【導(dǎo)讀】我保證所提交的論文都是自己獨(dú)立完成，如有抄襲、剽竊、雷同等現(xiàn)象，愿承擔(dān)相應(yīng)后果，接受學(xué)校的處理。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)描述了甲醇合成工藝流程。甲醇是重要的化工原料和燃料，應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)。首先簡(jiǎn)單地介紹了甲醇的生產(chǎn)發(fā)展、甲醇合成的反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)、甲醇反應(yīng)需要。其中，甲醇合成催化劑和工藝選擇關(guān)系著甲。造氣選用煤作原料，得到的粗煤氣經(jīng)脫硫、脫碳等凈化操作后。甲醇合成工藝選擇Luigi低壓合成，合成氣于5MPa、220℃下進(jìn)入。Luigi管殼式反應(yīng)器。本設(shè)計(jì)需要將原料粗甲醇。精制到含醇量%的純度。以其能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)領(lǐng)先于其他工藝。對(duì)甲醇的生產(chǎn)合成和精餾過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的物料衡算。最后進(jìn)行了常壓精餾塔的計(jì)算，包。括設(shè)備選型、塔的外形設(shè)計(jì)以及塔板流體力學(xué)驗(yàn)算。甲醇有更深刻的認(rèn)識(shí)。

　　

【正文】 1?E ， mhow ? 則 mhw ??? (3) 弓形降液管寬度 dW 和面積 fA 由 ?Dlw ，查弓形降液管的寬度和面積圖，得 ?DWd ， ?TfAA mD ? ， 222 mDA T ???? ?? 所以， mW d ??? ， mA f ??? 液體在降液管 中停留時(shí)間，即hTfL HA3600?? 精餾段： ss 6 0 0 ?????? 提餾段： ss 6 0 0 ?????? (4) 降液管底隙高度 0h 39。00 3600 ulLh wh? 取降液管底隙 處流體流速 smu /39。0 ? ，則 精餾段： mh 6 0 0 0 ???? 提餾段： mh 6 0 0 0 ???? 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 塔的平均蒸汽流量： smVVV sss / 6 0 02 1 1 6 0 1 2 02 339。 ?? ???? 塔的平均液相流量： smLLL sss /0 0 3 339。 ????? 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 28 塔的氣相平均密度： 339。 / mkgVVV ????? ??? 塔的液相平均密度： 339。 / 2 42 6 7 92 mkgLLL ????? ??? 塔的液相平均表面張力： mNLLL / 39。 ????? ??? 取閥孔動(dòng)能因子 100?F 孔速 smFuV/ ??? ? 每層塔板上的浮閥數(shù) 271 2020 ??? ??? ?? ud VN s 考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔盤(pán)。 取邊緣區(qū)寬度 mWc ? ，破沫區(qū)寬度 mWs ? ，則塔板上鼓泡區(qū)面積為 )a r c s in1 8 0(2 222 RxRxRxA a ???? mWDR c ????? mWWDx sd )(2 )(2 ??????? 2222 ) r c s i (2 mA a ???????? ? 浮閥排列方式采用等邊三角形排列，取孔中心距 mt ? 篩孔數(shù)目 22 ???? t An a 按 261?N 重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因子： smu /4 9 6 10 3 20 ??? ?? ? ???F 閥孔動(dòng)能因子變化不大，仍在 9～ 12 范圍內(nèi)。 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 29 實(shí)際空塔氣速 smAVu Ts /4 7 ??? 塔板開(kāi)孔率 % ??? uu? 6. 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 塔 板壓降 dLpp hhhp ???? ?hhhh lcp ??? (1) 干板阻力 ch 臨界孔速 smuVoc/ ??? ? 因?yàn)?oco uu? ，故 液柱muhLoc ???? ? (2) 板上充氣液層阻力 lh 本設(shè)備分離甲醇和水的混合液，即液相為碳?xì)浠衔铮扇〕錃庀禂?shù) ?? 。 液柱mhh lc ???? ? (3) 液面表面張力所造成的阻力 ?h 此阻力很小，忽略不計(jì)。 因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹? 液柱mh p 0 6 3 ??? 則單板壓降 Paghp Lpp ?????? ? 液泛 為了防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 30 )( wTd hHH ??? dLpd hhhH ??? (1) 與氣體通過(guò)塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨?ph 液柱mhp ? (2) 液體通過(guò)降液管的壓頭損失 dh 因不設(shè)進(jìn)口堰，故 液柱mhl Lh w sd 0 0 1 ) 0 0 3 ()( 220 ????? (3) 板上液層高度 Lh mhL ? 則 液柱mH d 1 2 7 0 1 6 ???? 取 ?? ， mHT ? ， mhw ? 則 mhH wT 2 7 )()( ?????? )( wTd hHH ??? ，符合防止液泛的要求。 霧沫夾帶 泛點(diǎn)率 %1 0 ????bFLsVLVsAKCZLV ?? ? ① 及泛點(diǎn)率 % ???TFVLVsAKCV ?? ? ② 板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度 mWDZ dL ?????? 板上液流面積 mAAA fTb ?????? 甲醇和水為正常系統(tǒng)，取物性系數(shù) ?K ，查泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖，得 ?FC 。 代入式①，得 泛點(diǎn)率 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 31 %% 0 3 ???? ?????? 代入式②，得泛點(diǎn)率 %%1 0 1 2 4????? ??? 根據(jù)兩式計(jì)算出的泛點(diǎn)率都在 80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿(mǎn)足)(/)( 氣液 kgkgeV ? 的要求。 7. 塔板負(fù)荷性能圖 霧沫夾帶線(xiàn) 泛點(diǎn)率 bFLsVLVsAKCZLV ??? ??? 按泛點(diǎn)率為 80%計(jì)算如下： 5 2 4?? ??? ss LV 整理，得： ss LV ?? (1) 由式 (1)知霧沫夾帶線(xiàn)為直線(xiàn)，則在操作范圍 內(nèi)任取兩個(gè) sL 值，依式 (1)算出相應(yīng)的 sV值列于表 46中。據(jù)此，可作出霧沫夾帶線(xiàn) (1)。 表 46 )//( 3 smLs )//( 3 smVs 液泛線(xiàn) dLlcdLpwT hhhhhhhhhH ????????? ?? )( ，忽略 ?h ，則 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 32 ])3600(1000 )[1()()( 3/202020wswwsLwT lLEhhl LguhH V ??????? ???? 因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則 ???? 及0,, LVwTwlhH等均為定值，而NdVu s200 4??，式中 0dN與 亦為定值，因此可將上式簡(jiǎn)化成 ss LV與 的如下關(guān)系式： 3/222 2 3 5 4 sss LLV ??? (2) 在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè) sL 值，依式 (2)算出相應(yīng)的 sV 值列于表 47 中。 表 47 )//( 3 smLs )//( 3 smVs 據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線(xiàn) (2)。 液相負(fù)荷上限線(xiàn) 液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于 3～ 5s。液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間為 sL HAh Tf 5~33600 ???。 以 s5?? 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則 smHAL Tfs / 3m a x, ??? (3) 求出上限液體流量 sL 值（常數(shù)）。在 ss LV? 圖上液相負(fù)荷上限線(xiàn)為與氣體流量 sV 無(wú)關(guān)的豎直線(xiàn) (3)。 漏液線(xiàn) 對(duì)于 F1型重閥，依 500 ?? VuF ? 計(jì)算，則Vu ?50 ? 。又知 0204 NudVs ?? ，則得VsNdV ?? 54 20? 。 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 33 以 50?F 作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則 smV s /4 2 52 6 10 3 32m i n, ????? ? (4) 據(jù)此作出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線(xiàn) (4)。 液相負(fù)荷下限線(xiàn) 取堰上液層高度 mhow ? 作為液相負(fù)荷下限條件，依 owh 的計(jì)算式計(jì)算出 sL 的下限值，依此作出液相負(fù)荷下線(xiàn)線(xiàn)，該線(xiàn)為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線(xiàn) (5)。 )360 0(100 3/2m in, ?w sl LE 取 E=1，則 smLs /0 0 0 9 6 0 ) 1 0 0 ( 32/3m i n, ????? (5) 根據(jù)表 4 47及式 (3)、 (4)、 (5)可分別作出塔板負(fù)荷性能圖上的 (1)、 (2)、 (3)、(4)及 (5)共五條線(xiàn)，見(jiàn)圖 41。 )//( 3 smVs )//(10 33 smLs ? 圖 41 塔板負(fù)荷性能圖 由塔板負(fù)荷性能圖可以看出： (1)任務(wù)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下的操作點(diǎn) P(設(shè)計(jì)點(diǎn) )，處在事宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。 (2)塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 34 (3)按照固定的液氣比，由圖 41查出塔板的氣相負(fù)荷上限 smVs / 3m ax, ? ，氣相負(fù)荷下限 smVs / 3m in, ? ，所以， 操作彈性 = ? 8. 常壓塔工藝計(jì)算匯總 表 48 浮閥塔板工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 數(shù)值及說(shuō)明 備注 塔徑 mD/ 板間距 mHT/ 塔板形式 單溢流弓形降液管 分塊式塔板 空塔氣速 )//( smu 堰長(zhǎng) mlw/ 堰高 mhw/ 板上液層高度 mhL/ 降液管底 隙高度 mh/0 精餾段 提餾段 浮閥數(shù) N/個(gè) 261 等邊三角形排列 閥孔氣速 )//(0 smu 閥孔動(dòng)能因數(shù) 0F 臨界閥孔氣速 )//( smuoc 孔心距 mt/ 單板壓降 Papp/? 534 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間 s/? 精餾段 提餾段 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 35 降液管內(nèi)清液層高度 mHd/ 泛點(diǎn)率 /% 氣相負(fù)荷上限 )//( 3max, smVs 霧沫夾帶控制 氣相負(fù)荷下限 )//( 3min. smVs 漏液控制 操作彈性 9. 常壓塔塔高計(jì)算 塔高可以由下式計(jì)算： DWFT HHHnHHnNH ??????? 人孔)2( 其中已知塔板數(shù) N=33 塊，板間距 ?TH m。由于塔 內(nèi)的甲醇水混合液較清潔，不需要經(jīng)常清洗內(nèi)部物件，所以可以沒(méi)隔 8 塊塔板設(shè)一個(gè)人孔，人孔直徑為 。這樣設(shè)置的人孔數(shù)為： 31833 ????n 個(gè) 塔頂還得設(shè)置一個(gè)人孔。 取人孔兩個(gè)板間距 mH ?人孔 ，取塔頂空間 mHD ? ，塔底空間 mHW ? ，進(jìn)料板的空間高度 mHF ? ，那么可以求出全塔高度： mH )2333( ?????????? 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 36 第五章 Aspen Plus 的模擬計(jì)算 對(duì)上述結(jié)果利用 Aspen Plus 軟件用 RadFrac 進(jìn)行精餾塔的嚴(yán)格法模擬與設(shè)計(jì)。進(jìn)料含甲醇 ,、水 （摩爾分?jǐn)?shù)），處理量 ，進(jìn)料溫度 70℃ ,；進(jìn)料壓力130kPa，冷凝器壓力 110kPa，再沸器壓力 130kPa。理論板數(shù) 18（含冷凝器、再沸器），進(jìn)料板位置 10，實(shí)際回流比 ，塔頂流出量與進(jìn)料量比 ，物性方法 NRTL。 模擬結(jié)果如下： 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 37 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 38 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 39 由以上模擬結(jié)果看出，模擬出的甲醇純度為 %，塔徑為 ，與計(jì)算結(jié)果相差不大。 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 40 致謝 歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫(xiě)完，在論文的寫(xiě)作過(guò)程中遇到了無(wú)數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師 汪海 老師，他 對(duì)我進(jìn)行了無(wú)私的 指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外，在校圖書(shū)館查找資料的時(shí)候，圖書(shū)館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過(guò)我的各位老師表示最 衷心 的感謝！ 感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫(xiě)作。 感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫(xiě)論文的過(guò)程中給予我了很多素材，還在論文的撰寫(xiě)和排版燈過(guò)程中提供熱情的幫助。 由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫(xiě)論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng)和指正！