【正文】 第 節(jié) 精餾塔的設計 ⑴ 已知條件 : 塔頂壓力≤ kPa(650 mmH2O) 塔底壓力≤ kPa(5250 mmH2O) 回流溫度 63 ℃ 進料溫度 86 ℃ 24 進料中含 甲醇 %(wt)、進料量 kg/h 精甲醇中含甲醇 %(wt) 殘液排放物中含甲醇 1 %（ wt） 當采用沸點進料時不設蒸發(fā)段，只設精餾段和提餾段。 ⑵ 進料、精甲醇和殘液排放物中所含甲醇的摩爾分數(shù) Xf、 Xd、 Xw的計算 。 進料中甲醇的摩爾分數(shù) Xf： Xf=Gf/Mf/（ Gf/Mf+GH2O/MH2O） =(+)= 精甲醇中甲醇的摩爾分數(shù) Xd: Xd=Gd/Md/(Gd/Md+GH2O/MH2O) =(+)= 殘液中甲醇的摩爾分數(shù) Xw: Xw=Gw/Mw/(Gw/Mw+GH2O/MH2O) =(+)= ⑶ 塔處理能力 F=G/(+) =[+() 18]= kmol/h 精餾段處理能力 : D精 =F(XfXw)/(XdXw) =()/() = kmol/h 提餾段處理能力 : D提 =F(XdXf)/(XdXw) =()/() = kmol/h ⑷ 塔板層數(shù)的確定 ① 求最小理論塔板數(shù)。即在全回流下所需要的理論板數(shù) 。 根據(jù)芬斯克（ Fansker）公式求取 Nm+1=㏒（ Xd/） /㏒ a平均 25 當溫度為 65℃時甲醇 的飽和蒸汽壓為 P0CH3OH=90 KPa 水的飽和蒸汽壓為 P0H2O= KPa 則相對揮發(fā)度為 aCH3OH=P0CH3OH/P0H2O=90/=4 當溫度為 109℃時甲醇的飽和蒸汽壓為 P0CH3OH= KPa 水的飽和蒸汽壓為 P0H2O= KPa 則相對揮發(fā)度為 aH2O=P0CH3OH/P0H2O=平均相對揮發(fā)度 a平均 =(aCH3OH. aH2O)1/2= ()1/2= ∴ Nm+1=㏒（ Xd/） /㏒ a平均 =㏒ [()()/]/ ㏒ = Nm= (不包括再沸器 ) ② 求最小回流比 Rm 因為進料為飽和液體 ∴ Rm=1/（ a1） [Xd/Xfa（ 1Xd） /（ 1Xf） ] =1/（ ） [()/() = 操作回流比 : R=2Rm== ③ 求實際塔板數(shù) 根據(jù)吉利蘭 (Gellin) 理論板數(shù)與回流比的關聯(lián)圖 754(化工原理 .陸美娟 . 化學工業(yè)出版社 ， 2021)， 計算 (RRm)/(R+1)=()/(+1)= 查圖 754得 (NTNm)/(NT+1)= 則 ()/(NT+1)= 得理論板數(shù) NT =≈ 14塊 (不包括再沸器 ) ④ 計算全塔的板效率 : 物料的相對揮發(fā)度與粘度是計算塔板效率的主要參數(shù) 塔頂溫度 65 ℃ 。塔底溫度 109 ℃ 。平均溫度 1/2(65+109)=87 ℃ 查得在 87℃時甲醇粘度 CH3OH= 。 水的粘度 H2O= 26 平均組成 X’CH3OH=1/2(Xf+Xd) =1/2(+)= X’H2O= 查進料 86℃時，甲醇蒸汽分壓 kPa 水的蒸汽分壓 kPa 則 86℃時相對揮發(fā)度 a1=平均相對揮發(fā)度 a’=(aCH3OH. a1)1/2=()1/2= 平均粘 度 ’L=+ = ’L? a’= = = m 查圖 815奧康內(nèi)爾 (O’connell)精餾塔全塔效率關聯(lián)圖 得全塔效率 E0=48% 由于 E0=NT/NP100% ∴實際塔板數(shù) NP=NT/E0100%=14/48%100%=≈ 30塊 通過計算知道在回流比和塔板數(shù)較小的情況下，就可以達到較高的板效率。但實際上粗甲醇的精餾不是 簡單的甲醇 水二元組分的分離，其中還存在甲醇相對揮發(fā)度較小的其它難分組分。在實際生產(chǎn)中甲醇精餾塔的回流比為 2左右，塔板數(shù)為7585塊，板效率為 %。 ⑸ 塔徑的計算 取精餾塔的第 19塊塔板為進料口，塔板為 75塊。則進料口壓力為 : P平均 =()(7519)/75+105 = Pa(絕 ) ① 精餾段塔徑的計算 根據(jù)物料衡算求出塔內(nèi)汽液負荷 : 已知 D精 = kmol/h L=RD精 == kmol/h V=(R+1)D精 =(2+1) = kmol/h 塔頂物料平均千摩爾質量為 : MD=XAMA+XBMB=+= kg/kmol 27 塔頂氣相密度 ρg為 : PMD/RT=(100+)(273+65)= kg/m3 塔頂液相密度及表面張力近似按甲醇計算 ， 并根據(jù)化工原理查得 ρL=750 kg/m3 σ= N/m 精餾段上升與下降的氣液體積流量為 : Vg=VMD/ρg = VL=LMD/ρL =取 HT=550mm， hL=，則分離空間為 : HThL== 氣液動能參數(shù)為 : VL/Vg(ρL/ρg)1/2=(750/)1/2= 由圖 818查得氣體負荷因子 C20為 ，因表面張力的差異，氣體負荷因子校正為 : C=C20/（ ） =()= m/s 由式 87計算最大允許速度 umax為 : umax=C[(ρLρg)/ρg]1/2=[()/]1/2= m/s 取空塔速度為最大允許速度的 ，則空塔速度為 : u= umax== m/s 最后由式 86計算出塔徑 D: D=(4Vg/πu)1/2=()1/2= m ② 提餾段塔徑的計算 平均壓力為 : 1/2(+)= Pa () 平均溫度為 : 1/2(86+109)=℃ 查得 ℃時甲醇粘度 CH3OH= 。 水的粘度 H2O= 提餾段平均組成為 : X’CH3OH=1/2(Xf+XW)=1/2(+)= X’H2O== 28 平均分子量為 : M’=X’CH3OH MA+ X’H2O MB =+= kg/kmol 平均氣體密度 ρg為 : ρg=PM’/RT =(+273)= kg/Nm3 平均液體密度 ρL為 : ρL=1/2(ρ進料 +ρ殘液 )=1/2(880+996)=938 kg/m3 查 ℃時甲醇表面張力 σCH3OH= N/cm。 水的表面張力 σH2O= N/cm 平均表面張力 : σ=+ = N/m 氣相負荷為 : Vm=(R+1)D精 M’/ρg =(2+1)()= Nm3/s 液相負荷為 : Lm=(RD精 +qF) M’/ρL =(+)(9383600) = m3/s 取 HT=550mm， hL=， 則分離空間為 : HThL== 氣液動能參數(shù)為 : Lm/Vm(ρL/ρg)1/2=(938/)1/2= 由圖 818查得氣體負荷因子 C20為 ，因表面張力的差異，氣體負荷因子校正為 : C=C20/（ ） =()= m/s 由式 87計算最大允許速度 umax為 : umax=C[(ρLρg)/ρg]1/2 29 =[()/]1/2= m/s 取空塔速度為最大允許速度的 ，則空塔速度為 : u= umax== m/s 最后由式 86計算出塔徑 D: D=(4Vg/πu)1/2=()1/2= m ⑹ 主塔高度的確定 塔的有效高度 Z=(NP1)HT=(751)= 塔的實際高度 =有效高度 +塔頂空間高度 +塔底空間高度 +人孔高度 =+++= m 30 結 論 此次主要針對大化肥聯(lián)醇而設計，采用雙塔精餾流程，從 設計結果可以看到 :生產(chǎn) 1噸精甲醇總蒸汽消耗為 ，循環(huán)水用量為 t/h， 每噸精甲醇用冷卻水量為 t。雖然耗汽較三塔流程多些，但總的說來設計還算成功，達到了鞏固知識、增長解決實際問題的能力，為以后在工作中更好地運用所學的知識打下了一定的基礎。 31 參考文獻 [1]李好管，我國聯(lián)醇工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展，大氮肥 ， 2021,23(6):P369373 [2]馮元琦主編，《聯(lián)醇生產(chǎn)》（第 2版），北京，化學工業(yè)出版社出版， 1995年 7月第 2次印刷， P180281 [3]《化工原理》陸美娟主編 ， 化學工業(yè)出版社出版， 2021年 1月北京第一次印刷 [4]《 化工工藝設計手冊 》 化學工業(yè)出版社 2021年 [5]《化工計算》，化學工業(yè)出版社， 2021年 32