【正文】 物料衡算 1 4 一 、 設(shè)計任務(wù)書 甲醇散堆填料精餾塔設(shè)計： 處理量： 16000 噸 /年 (年生產(chǎn)時間以 7200 小時計算 ) 原料液狀態(tài)：常溫常壓 進(jìn)料濃度： %(甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 塔頂出料濃度： %(甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 塔釜出料濃度： %(甲醇的質(zhì) 量分?jǐn)?shù) ) 填料類型： DN25 金屬環(huán)矩鞍散堆填料 廠址位于 南昌 地區(qū) 二 、 設(shè)計的方案介紹 進(jìn)料的熱狀況 精餾操作中的進(jìn)料方式一般有冷液加料、泡點進(jìn)料、汽液混合物進(jìn)料、飽和蒸汽進(jìn)料和過熱蒸汽加料五種。南昌 市地處亞熱帶， 夏天室外平均氣溫 28℃ 。同樣，冷卻水分為三路，分別進(jìn)入冷凝器、甲醇產(chǎn)品的冷卻器和塔釜的冷卻器，充分換熱均勻之后，全部排入下水道。對 于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。同理， x2與 y2為平衡關(guān)系，可以用平衡方程由 x2求得 y2，再用提餾段操作線方程由 y2求得 x3。C 液相中甲醇 的摩爾分?jǐn)?shù) 汽相中甲醇 的摩爾分?jǐn)?shù) tF xF ＝ / （來源自表 2） 可得： (－ ) / (－ ) ＝ (－ ) / ( tF－ ) tF＝ 176。甲醇 ＝ mPa?s 表 7 不同溫度下水的粘度 溫度 t/176。LW ≈181。LW＋ 181。 塔高的計算 對于 DN25 金屬環(huán)矩鞍填料，一般取的 HETP =355～ 485mm。 (2) 回流管： 選用 WR=1 25 dR = [ 4L’ / (3600π?WR?ρL1) ] 1/2 = [ 4 / (3600) ] 1/2 = m 圓整后，選用的是 φ = 32mm 。 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 20xx 化學(xué)工程手冊編委會。 除霧沫器 為捕集出填料層氣體中所夾帶的液沫和霧滴，需在塔頂液體初始分布器的上方設(shè)置除霧沫器。 加熱器的選用 由于本設(shè)計選擇的是 ℃ 總壓是 300 kpa 的飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)，取傳熱系數(shù) K= kJ/m2*h*℃ 。 精餾段： U＝ 4L’ / (πD2ρL)＝ 4 / () 1 22 ＝ m3/ (m2?h) 提餾段： U＝ 4L’ / (πD2ρL)＝ 4 / () ＝ m3/ (m2?h) 為保證填料層的充分潤濕，必須保證液體噴淋密度大于某一極限值，該極限值稱為最小噴淋密度，以 Umin 表示。L1＝ (181。C ，近似可以看成是 100176。C ， 查常用溶劑相對密度表可得： ρ 甲醇 ＝ 735 kg/m3 1 16 表 6 不同溫度下水的密度 溫度 t/176。汽相溫度與液相溫度相差不大，可近 似看作相等。C 液相中甲醇的 摩爾分?jǐn)?shù) 汽相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 100 0 0 1 1 1 10 圖 1：甲醇 水汽液相平衡圖 在對甲醇和水二元物系汽液平衡數(shù)據(jù)做擬合之后，可得出汽相組成 y 和液相組成x 的函數(shù)關(guān)系式： Y ＝ ＋ － ＋ － 388035736X4 ＋ － ＋ － (2) 求最小回流比及操作回流比 由于本設(shè)計采用的是泡點進(jìn)料， q＝ 1， xq＝ xF＝ 根據(jù)擬合得到的 y－ x 方程，可得到 yq＝ 最小回流比 Rmin＝ (xD－ yq) / (yq – xq) 可得到 Rmin＝ 所以回流比 R＝ 2Rmin＝ 2＝ (3)求精餾塔的汽、液相負(fù)荷 L＝ RD＝ ＝ V＝ (R＋ 1) D＝ ＝ L’＝ L＋ F＝ ＋ ＝ V’＝ V＝ (4)精餾段和提餾段的操作線方程 精餾段操作線方程為： y＝ (R/ R+1)x ＋ xD/（ R+1） ＝ ()x ＋ ＝ ＋ 0 1 0 1 x y 1 11 提餾段操作線方程為： y’＝ (L’/V’)x － (W/ V’)xW ＝ ()x－ () ＝ － (5)逐板計算法求理論塔板數(shù) 規(guī)定塔釜是第一層塔板，從下往上依次命名為第 3……n 塊。使上升蒸汽與回流下來的冷液再進(jìn)行熱質(zhì)交換。加熱的液體產(chǎn)生蒸汽再次回到塔底，沿塔上升，同樣在每層塔板上進(jìn)行汽液兩相的熱質(zhì)交換。水蒸氣容易獲取，環(huán)保清潔不產(chǎn)生環(huán)境污染，并且不容易使管道腐蝕，成本降低。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。分子式 CH4O。本設(shè)計采用的是泡點進(jìn)料。因此，計算選用 28℃ 的冷卻水 ，選擇升溫 10℃ ，即冷卻水的出口溫度為 38℃ 。 在流程設(shè)計上，釜出液為 100℃左右的高溫水，熱值高，將其送回?zé)崴h(huán)管路用于高爐產(chǎn)蒸汽，具有節(jié)能的特點。設(shè)計中采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。如此交替利用平衡方程及提餾段操作線方程進(jìn)行逐板計算，直到 x7≥xF時，則第 6 塊板是加料板。C 1 13 熱量衡算 (1)冷凝器的熱負(fù)荷 冷凝器的熱負(fù)荷 Qc＝ (R＋ 1) D (IVD－ ILD) 其中 IVD ——塔頂上升的蒸汽的焓 ILD ——塔頂餾出液的焓 IVD－ ILD＝ xD ?HV甲 ＋ (1－ xD) ?HV水 其中 ?HV甲 ——甲醇的蒸發(fā)潛熱 ?HV水 ——水的蒸發(fā)潛熱 蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān) 系： ?H V2＝ ?HV1 [(1－ Tr2) / (1－ Tr1)] 表 3 沸點下蒸發(fā)潛熱列表 [3] 組分 沸點 t /176。C 粘度 181。 水 ＝ mPa?s (4)液體表面張力： tLW＝ 176。LF)/2＝ (＋ )/2＝ mPa?s (6) 汽相流量 V2＝ V1＝ V2’＝ ＝ (7) 液相流量 L 2＝ L 1＋ F＝ ＋ ＝ L 2’＝ ＝ 1 20 表 12 精餾段，提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表 精餾段 提餾段 汽相平均相對分子質(zhì)量 kg/kmol kg/kmol 液相平均相對分子質(zhì)量 kg/kmol kg/kmol 汽相密度 kg/m3 kg/m3 液相密度 kg/m3 kg/m3 液相粘度 mPa?s mPa?s 汽相摩爾流量 kmol/h kmol/h 汽相質(zhì)量流量 kg/h kg/h 液相摩爾流量 kmol/h kmol/h 液相質(zhì)量流量 kg/h kg/h 六 、精餾塔塔體工藝尺寸計算 塔徑的計算 填料塔直徑依據(jù)流量公式計算，即 uVD S?4? 式中的氣體體積流量 VS 由設(shè)計任務(wù)給定，因此主要是確定空塔氣速 u。 本設(shè)計選用 HETP = 450mm。 (3)塔頂蒸汽接管： 選用 WV = 20m/s dV = [ 4V’ / (3600?π?WV?ρVD) ] 1/2 =[ 4 / (360020) ] 1/2 = m 圓整后，選用的是 φ = 133mm 。化學(xué)工程手冊。較低的入口氣速有利于氣體在塔內(nèi)的分布，適宜的管內(nèi)氣速為 10－ 1