【文章內(nèi)容簡介】 , 1 3 2 . 0 4 0 . 1 3 1 1 8 . 0 2 1 0 . 1 3 11 9 . 8 6 /x T A T B TM M x M xk g k m o l? ? ? ? ? ? ? ? ?? (8)提餾段中液體平均質(zhì)量流量 ,//7 1 . 7 8 1 1 9 . 8 6 1 0 8 . 3 6 6 1 9 . 8 63 5 7 7 . 7 2 /T x T A x T BL L M M F M Mk g h? ? ? ?? ? ? ?? (9)提餾段蒸汽平均摩爾組成 ? ? ? ?/ 2 0 . 5 8 4 0 . 0 4 5 / 2 0 . 3 1 4 5T F WY Y Y? ? ? ? ? (10)提餾段中液體平均摩爾質(zhì)量 ? ? ? ?, 1 3 2 . 0 4 0 . 3 1 4 5 1 8 . 0 2 1 0 . 3 1 4 52 2 . 4 3 /y T A T B TM M y M yk g k m o l? ? ? ? ? ? ? ? ?? (11)提餾段中液體平均質(zhì)量流量 , 1 1 0 . 3 7 3 2 2 . 4 32 4 7 5 . 6 7 /T y TL V Mk g h?? ? ? ?? 平均密度 (1)氣相平均密度計(jì)算 11 ?J ?T (a)精餾段蒸汽密度 ? ?? ?, 0 03/ 2 2 .4 /2 9 .0 6 / 2 2 .4 2 7 3 .1 5 / 2 7 3 .1 5 7 2 .21 .0 3 /T J JM T T tk g m? ? ? ?????? ? ??Y,J (b)提餾段的蒸汽密度 ? ?? ?, 0 03/ 2 2 . 4 /2 2 . 4 3 / 2 2 . 4 2 7 3 . 1 5 / 2 7 3 . 1 5 8 8 . 90 . 7 6 /T T TM T T tk g m? ? ? ?????? ? ??Y,T (2)液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依下列式計(jì)算 1 iLm i????? 表 不同溫度下甲醇和水的密度 物質(zhì) 數(shù)值 溫度 /℃ 50 60 70 80 90 100 水 密度/)/( 3mkg 物質(zhì) 數(shù)值 溫度 /℃ 20 40 60 80 100 120 甲醇 密度/)/( 3mkg (3)塔頂液相平均密度計(jì)算 ? 根據(jù) 表 3 得， /A kg m? ? ， /B kg m? ? 12 ? ? 31 / 0 . 9 9 1 / 7 5 5 . 6 5 0 . 0 0 9 / 9 8 1 . 4 1 7 5 6 . 5 2 /L D m k g m? ? ? ? (4)進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算 ? 根據(jù)表 3 得， /A kg m? ? ， /B kg m? ? 0 . 2 5 1 3 2 . 0 4 0 . 3 7 30 . 2 5 1 3 2 . 0 4 0 . 7 4 9 1 8 . 0 2A? ?????? ? ? 31 / 0 . 3 7 3 / 7 3 7 . 6 4 0 . 6 2 7 / 9 7 1 . 9 1 8 6 8 . 9 7 /L F m k g m? ? ? ? (5)塔底液相平均密度接近水的密度， ? ， /B kg m? ? 精餾段液相平均密度： ? ? 37 5 6 . 5 2 8 6 8 . 9 7 / 2 8 1 2 . 7 5 /LJ k g m? ? ? ? 提餾段液相平均密度 。 ? ? 38 6 8 . 9 7 9 5 9 . 7 9 / 2 9 6 2 . 4 0 /LT k g m? ? ? ? 液體平均表面張力 液相平均表面張力依下式計(jì)算： Lm i ix???? (1) 塔頂液相平均表面張力計(jì)算 ? 查手冊 ??2 得 /A mN m? ? ， /B mN m? ? 0 . 9 9 1 1 6 . 8 0 3 0 . 0 0 9 6 5 . 3 6 1 1 7 . 2 4 /L D m m N m? ? ? ? ? ? (2)進(jìn)料板液相平均表面張力計(jì)算 ? 查手冊 ??2 得 /A mN m? ? ， /B mN m? ? 0 . 2 5 1 1 5 . 0 6 3 0 . 7 4 9 6 2 . 6 3 6 5 0 . 6 9 5 /L D m m N m? ? ? ? ? ? (3)釜底液相平均表面張力接近水的表面張力， ? ，查得 /B mN m? ? 精餾段液相平均表面張力： ? ?1 7 . 2 4 5 0 . 6 9 5 / 2 3 3 . 9 6 8 /LJ m N m? ? ? ? 13 提餾段液相平均表面張力 。 ? ?5 9 . 2 7 0 5 0 . 6 9 5 / 2 5 4 . 9 8 3 /LT m N m? ? ? ? 精餾塔各段物性參數(shù)匯總 （ 1）塔頂、進(jìn)料板、塔釜數(shù)據(jù)結(jié)果匯總： 表 塔頂、進(jìn)料板、塔釜的物性參數(shù) 項(xiàng)目 ML kg/kmol MV kg/kmol L? kg/m3 L? L? mN/m 塔頂 進(jìn)料板 塔釜 (2)精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果： 表 精餾段、提餾段的物性參數(shù) 符號 MLm kg/kmol MVm kg/kmol Lm? kg/m3 V? kg/m3 Lm? Lm? mN/m 液相 /氣相質(zhì)量流量kg/h 液相 /氣相摩爾流量kmol/h 精餾段 提餾段 熱量衡算 加熱介質(zhì)和冷卻劑 (1)加熱介 質(zhì)的選擇 14 常用的加熱介質(zhì)有飽和水蒸氣和煙道氣。 煙道氣適用于高溫加熱，加熱溫度控制困難，故不采用。飽和水蒸氣冷凝時的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽壓力準(zhǔn)確的控制加熱溫度。本次任務(wù)選用（溫度為 ℃） ??1 的飽和水蒸氣作加熱介質(zhì)，水蒸氣易獲得，清潔干凈，不會腐蝕管道。 (2)冷卻劑的選擇 常用的冷卻劑是水和空氣。選用 20℃的冷卻水，升溫 20℃，即冷卻水出口溫度為 40℃。 冷凝器的熱負(fù)荷 冷凝器的熱負(fù)荷計(jì)算公式： )()1( LDVD IIDRQc ??? ，其中 IVD， ILD 分別為塔頂上升蒸汽和塔頂餾出液的焓， kcal/kmol， 水甲 ）（ VDVDLDVD HxHxII ?????? 1，其中 水甲 ， VV HH ?? 分別為甲醇和水的蒸發(fā)潛熱， kcal/kmol。 表 沸點(diǎn)下各部分?jǐn)?shù)據(jù) 符號 沸點(diǎn) /℃ 蒸發(fā)潛熱 VH? /kcal/kmol Tc/K 甲醇 8430 水 100 9729 蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系： 1212 )11(rrV TTHH ????? ，其中 Tr 為對比溫度 (1)由沃森公式 [3,4]計(jì)算塔頂溫度下的潛熱： Dt =℃時，對甲醇，6 5 89 6 5 12????????TcTTTcTTrr ， 蒸發(fā)潛熱 k mo lk c a lHV /8431) (8430 ?????? 甲 (2)對水，同理得， 2rT =， 1rT =， 蒸發(fā)潛熱 k mo lk c a lHV /10189) (9729 ?????? 水 (3) k m o lk c a lII LDVD /8 4 4 71 0 1 8 4 3 ?????? ，對全 凝器做熱量衡算（忽略熱量損失）： hk c a lQc / 4 4 75 9 )( 5?????? 冷卻介質(zhì)的消耗量 hkgttC QcWcpc/)2040(1 )( 4512???? ???? 15 加熱器的熱負(fù)荷及全塔熱量衡算 甲醇： Dt =℃時， Cp=， Ft =℃時， Cp=， Wt =℃時， Cp= Cp 精 =， Cp 提 = 水： Dt =℃， Ft =℃， Wt =℃時， Cp 水 =1 )()(]1[ ????????????? twCwCC p d t DDp p ）（水精 )()(]1[ ???????????? twCwCC p d t wwp p ）（水提 計(jì)算得： D=? =， W=? =hk c a ltCDdtCDQ ppD /1 3 7 8 2)( 2 1 ???????? ? hk ca ltCWdtCWQ ppW /2 2 9 8 2 6 ?????? ? 對全塔進(jìn)行熱量衡算，以進(jìn)料焓即 ℃時焓值為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算： CWDF Qs ???? hk c a lQs FCWD / 2 9 8 51 3 7 8 2 55 ???????????? 設(shè)塔釜的效率 .90?? ，則 hk c a lQssQ / 5???? ? ， 其中： Qs —— 加熱器理想熱負(fù)荷，hkcal/ sQ? —— 加熱器實(shí)際熱負(fù)荷， DQ —— 塔頂餾出液帶出熱量，/ WQ —— 塔底帶出熱量，hkcal 下的飽和水蒸氣的汽化熱 KgKJH r /2076?? 水蒸氣 加熱蒸汽消耗量： hKgH sQW rh /19932076 5 ????? ?? 水蒸氣 表 熱量衡算數(shù)據(jù)表 項(xiàng)目 Qc/kcal/h Wc/kg/h QF/kcal/h QD/kcal/h QW/kcal/h Q`s/kcal/h Wh/kg/h 數(shù)值 105 104 0 13782 22985 105 1993 16 填料 填料選取 填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣 液兩相相接觸的傳質(zhì)與傳熱表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個方面進(jìn)行。 本次設(shè)計(jì)選用規(guī)整填料， 250Y 型 金屬板波紋填料。規(guī)整填料 在整個塔截面上，幾何形狀規(guī)則、對稱、均勻。它規(guī)定了氣液流路，改善了溝流和壁流現(xiàn)象， 壓降 可以很小。 同時 與散裝填料相比它 可以提供更大的比表面積，在同等溶劑中可以達(dá)到更好的傳質(zhì)、傳熱效果 [5,6]。 250Y 型板波紋填料是最早研制并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的板波填料， 通過多年的研究及工業(yè)應(yīng)用表明，它有以下特點(diǎn) [7]： 第一、 比表面積與通用散裝填料相比，提高近 一 倍，壓降較低，通量和傳質(zhì)效率均有較大幅度提高。 第二、 與各種通用板式塔相比，不僅傳質(zhì)面積大幅度提高，而且全塔壓降及效率有很大改善。 第三、 工業(yè)生產(chǎn)中氣液均可能帶入 “ 第三相 ” 物質(zhì)，導(dǎo) 致散裝填料及某些板式塔無法維持操作， 鑒于 250 型 填料整齊 的幾何結(jié)構(gòu)，顯示出良好的抗堵性能，因而能在某些散裝填料塔 或板式塔 不適宜的場合使用，擴(kuò)大了填料塔的應(yīng)用范圍。 第四、該填料甚至能在高壓下保持良好的傳質(zhì)性能，充分顯示出其通用特性。 故 本設(shè)計(jì)采用 瑞士蘇爾壽的 250Y 型 金屬板波紋 填料 ,牌號 Mellapak。 填料層高度 一、精餾段 (1)空塔氣速的計(jì)算 泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速的上限，填料塔的操作空塔氣速必須小于泛點(diǎn)氣速，操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之比稱泛點(diǎn)率。 對于規(guī)整填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值 [6]為 ~?Fuu 泛點(diǎn)氣速可用貝恩 — 霍根關(guān)聯(lián)式 [6]來計(jì)算，即 )()(]))((lg[ 2LVVLLLVF wwKAagu t ?????? ??， 其中 Fu 為泛點(diǎn)氣速， ta 為填料總比表面積 m2/m3， ? 為填料層空隙率 m3/m3， 17 ,LVWW為液相、氣相的質(zhì)量流量 kg/h， A， K 為關(guān)聯(lián)常數(shù)。 對 250Y 型金屬板波紋填料， A=， K=， ta =250m2/m3， ? = WL=,WV=， sm P amkgmkg LLV .,/,/ 33 ??? ??? 代入上式，得泛點(diǎn)氣速： uF=，空塔氣速： u==22500 5 . 5 3 /3 6 0 0 0 . 7 8 5 0 . 4u m s? ???? uF 取直徑為 600mm，得22500 2 . 4 6 /3 6 0 0 0 . 7 8 5 0