【正文】 閥孔動(dòng)能因素變化不大，仍在 912 之間。塔板開孔率： 22044DNd??= 2? =% 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 1.氣相通過浮閥塔的壓 降 Hp=Hc+Hl+H? ⑴. 干板阻力 精餾段 提餾段 Uoc=v? Uoc= =m/s Uoc= =/s 因?yàn)? U0Uoc U0Uoc Hc=gUlv??220 Hc=? 2?? ? Hc=? 2??? = = ⑵ .板上充氣液層阻力。取充氣系數(shù) ? 0= hl=? 1hL=? = 35 ⑶ 液體表面張力所造成的阻力很小，可以忽略。 所以 hp=hc+hL 對(duì)精餾段： hp=+= 水柱 對(duì)提餾段： hp=+= 水柱 2渣塔 為防止淹塔，要求嚴(yán)格控制降流管中液層高度。 Hd ? ? (HT+hw) Hd=hp+hL+hd A、氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊航蹈叨?hp 精餾段 hp= 水柱 提餾段 hp= 水柱 B、液體通過降液管的壓頭損失。 因?yàn)椴辉O(shè)進(jìn)口堰： 精餾段： hd=(0hLLw)2=? ( ? )2= 水柱 提餾段： hd=? (0hLLw)2=? ( ? )2= 水柱 C、板上液層高度： hL= m 所以 Hd=hp+hL+hd 精餾段： Hd=++= m 提餾段： Hd=++= 取 ? = 選定 HT= hw= 則： ? （ HT+hw） =（ +） = 所以 Hd? ? (HT+hw) 即可防止淹塔。 3霧沫夾帶。 板上液體流經(jīng)長度 :ZL=D2Wd=?= 板上泛液面積： Ab=AT2Af=?= 36 ev=( ????????? fT GHH ????????? ? VL V?? ? ????????? 又因?yàn)閒TmG AAV??? ， lf hFH ?? 0 所以對(duì)于精餾段 ????G? 17 ???fH 則 ? ? 7 5 ???????? ??????? ???Ve 氣液 KgKg / ?? 提餾段 0 0 5 ???????? ??G? 13 ???fH 則 ? ? ???????? ??????? ???Ve 氣液 KgKg / ?? 因此沒有霧沫夾帶 塔板負(fù)荷性能 !.霧沫夾帶線 泛點(diǎn)率 =bflvlvAKCLZV ?? ?? ? 對(duì)于一定的物系和一定的塔板 ? v， ? l， Ab， K， G 及 Zl 已知，相對(duì)于 ev的泛點(diǎn)率上限可確定，得 VL 關(guān)系式，按泛點(diǎn)率 =80%計(jì)算： 37 精餾段： ???? ss LV = 化簡得： += 由上可知，霧沫夾帶線為直線。 2.液泛線 ? (HT+HW)=Hp+Hl+Hd=Hc+Hl+H? +HL+Hd 忽略掉 H? ，有： ? (HT+HW)=?gpUlv ?220? +(0hLLw)2+(1+? 0) [HW+ E( LwL3600 )1/3] 因塔板結(jié)構(gòu)一定，物系一定，則 HT， HW， H0， Lw， ? v， ? l， ? 0和 ?定值， U0=NdV204?式中 d0， N 也是定值，故：上式可簡化為： 精餾段： =? ???????????????????????????????????32222241000LLV? 即： = 3222 ?? LV 提餾段：? ????????????????????????????????????32222241000LLV? 即： 3222 LLV ??? 此即常壓塔的泛點(diǎn)率。 3.液相負(fù)荷上限 液體在降液管中停錙時(shí)間不低于 5S 為停留時(shí)間的上限。 38 由 t = LHA Tf 有： L= tHA Tf 則精餾段： Ln(max)=5 ?= 提餾段： Lm(max)=5 ?= 4.漏液線 對(duì) F1 重閥，以 F0=5 為規(guī)定氣體最小負(fù)荷 由 F0=U0v?＝ 5，得 U0＝v?5 由 V= ?4? d0NU0=vNd?? 2054 所以：精餾段： Vn(min)= ?? ?= m3/S 提餾段： Vm(min)= ?? ?=5.液相負(fù)荷下限 取板上液層高度 how= m，作為液相負(fù)荷下限條件。 L(min)=( ?Ehow )3/23600wL 精餾段： Ln(min)=( ?? )3/2 = m3/s 提餾段： Lm(min)=( ?? )3/2 = m3/s 常壓塔主要尺寸確定 1.壁厚 選用 20 尺鋼為塔體材料，由于是常溫常壓操作，取壁厚 Sn=10 mm 2.封頭 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料為 20R 鋼，壁厚與塔體相同，即： Sn=10 mm 39 hi= ? 1000=750 mm， h0=60 mm 3.裙座 以 Q235A 鋼為裙座材料，壁厚為 10 mm，內(nèi)徑等于塔內(nèi)徑 D=2600 mm，高度為 3m，裙座與簡體的連接采用對(duì)焊不校核強(qiáng)度。 4.塔高設(shè)計(jì) 塔釜高取 Hb=3 m，塔頂高為 m，頂接管高為 350 mm，板間距為 350 mm，開 7 個(gè)人孔，人孔處板間距為 700 mm。 塔高 =3000+(750+60)+35?350+1200+350+3000+700?7 =25510 mm 5.接管設(shè)計(jì) ⑴ .塔頂甲醇蒸汽出口管 由前面計(jì)算可知：塔頂甲醇蒸汽流量為 kg/h，溫度 75 ℃ ，則體積流量為： V= MPmRT = )75273( ? ??? = m3/h 蒸汽流速，取 u=20 m/s 則出口管面積 S= 360020 ? = m2 所以：出口管徑 d1= ?S4 = m 即取 d1=663 mm ⑵ .回流液進(jìn)口管 已知回流液溫度為 40℃ ，甲醇液體流量為 kg/h 查表知 :? 40℃ = kg/m3 所以：其體積流量 V= = m3/h 取液體流速 u= m/s 則回流液入口管徑 d2= ?S4 = ??? == mm 即取 d2=140 mm ⑶ .塔底出料管 因塔底含醇 1%，可近似為水，查表知 MPa， 105 ℃ 下水的密度為 40 kg/m3，而塔底出料流量為 ，仍取流速為 m/s。 則出口管徑： d3=3 6 0 5 4 7 7 5 1 ??? ?= m 取出口管徑 d3=90 mm。 ⑷ .進(jìn)料管 進(jìn)料狀態(tài)為 124 ℃ ， MPa，甲醇 kg/h，水 kg/h，查得此狀態(tài)下水的密度為 kg/m3，而醇的比重 ，即甲醇的密度為： ? ＝ ? ＝ m3/h 所以：進(jìn)料體積流量為： V= ? = m3/h 進(jìn)料管流速取為 u= m/s，則進(jìn)料管徑： d4= ?? ? = m 即取 d4=70 mm ⑸ .再沸器蒸汽入口管 由前面計(jì)算可知：再沸器蒸汽流量為 kg/h，溫度為 105 ℃ 。 則體積流量為： V=MPnRT = )105273( ? ??? = m3/h 蒸汽流速取 u=10 m/s，則入口管積 S= 360020 ? = m2 所以：入口管徑 d5= ?S4 = m 即取 d5=853 mm 輔助設(shè)備 甲醇合成反應(yīng)器是甲醇合成生產(chǎn)的核心設(shè)備，由于合成反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)， 41 故要求反應(yīng) 器設(shè)計(jì)能迅速移走反應(yīng)熱。目前世界上使用最多的是 公司的多段冷激爐和 Lurgi 公司的副產(chǎn)蒸汽管殼型合成塔。本設(shè)計(jì)選用 Lurgi 管殼型反應(yīng)器。圖② 蒸汽沸水圖31 Luigi管殼式反應(yīng)器示意圖 該反應(yīng)器外型像一個(gè)列管式換熱器，催化劑填裝于管內(nèi)，管外為 4MPa 的沸水。反應(yīng)氣流經(jīng)反應(yīng)管，放出的熱量通過管壁傳給沸騰水，使其汽化，轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑴囟日羝?。其特點(diǎn)為 ① 床層溫度平穩(wěn) ② 能準(zhǔn)確，靈敏的控制反應(yīng)溫度 ③ 以較高位能回收反應(yīng)熱 ④ 出口甲醇含量較高 ⑤ 設(shè)備緊湊，開工方便 ⑥ 可避免石蠟等副產(chǎn)物生成 ⑦ 避免 羰基化合物生成 ⑧ 壓降小，所需外部能量少 第 3 章 主設(shè)備圖及工藝流程圖 主設(shè)備塔 (精餾塔 )見圖③ 工藝流程圖見圖④ 42 參考文獻(xiàn) [1] 趙國方編著 《化工工藝設(shè)計(jì)概論》 原子能出版社， 1990 [2] 天津大學(xué)物理化學(xué)教研室 《物理化學(xué)》（上、下）高等教育出版社， 1991 [3] 刁玉瑋 等編 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 大連理工大學(xué)出版社， 1992 [4] 楊福升 等編 《甲醇生產(chǎn)工藝與操作》 石油化學(xué)工業(yè)出版社， 1974 [5] 天津大學(xué)化工原理教研室 《化工原理》（上、下） 天津科學(xué)技術(shù)出版社，1994 [6] 天津大學(xué)等合編 《基本有機(jī)化工分離工程》化學(xué)工業(yè)出版社， 1995 [7] 房鼎業(yè) 等編 《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》 華東化工學(xué)院出版社， 1990 [8] 馮元琦 主編 《聯(lián)醇生產(chǎn)》第二版，化學(xué)工業(yè)出版社， 1994 [9]上?；瘜W(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)院石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)建設(shè)組 《化工設(shè)備圖集》（Ⅳ，塔類），上?？萍汲霭嫔?， 1974 [10] 宋維端 等編 《甲醇工學(xué)》化學(xué)工業(yè)出版社， 1991 [11] 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 (上、下 ) 化學(xué)工業(yè)出版社， 1996 43 致謝 光陰似箭，歲月如梭，不知不覺我即將走完大學(xué)生涯的生活，回想這一路走來的日子，父母的疼愛關(guān)心，老師的悉心教誨，朋友的支持幫助一直陪伴著我，讓我漸漸長大，也慢慢走向成熟。 首先，我要衷心感謝一直以來給予我無私幫助和關(guān)愛的老師們，特別是我的指導(dǎo)師公老師，班主任羅老師，專業(yè)課劉老師、楊老師、戚老師謝謝你們這四年以來對(duì)我的關(guān)心和照顧，從你們身上，我學(xué)會(huì)了如何學(xué)習(xí)，如何工作，如何做人。 再次，我還要認(rèn)真地謝謝我身邊所有的朋友和同學(xué)，特別是機(jī)械 08 的虎杏榮同學(xué)、姜洋 洋同學(xué)，化工 08 的王丹同學(xué)，謝謝你們，你們對(duì)我的關(guān)心、幫助和支持是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力之一，我的大學(xué)生活因?yàn)橛心銈兌泳省? 最后，我要感謝我的父母及家人，沒有人比你們更愛我，你們對(duì)我的關(guān)愛讓我深深感受到了生活的美好，謝謝你們一直以來給予我的理解、鼓勵(lì)和支持，你們是我不斷取得進(jìn)步的永恒動(dòng)力。