【正文】 釜液，含有微量的甲醇和有機物，經(jīng)廢水冷卻器 E15512 中的循環(huán)冷卻水冷卻到 60℃左右后，送出界區(qū)去污水生化處理裝置。 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 17 頁 計算參數(shù)表 21 加壓下甲醇水平衡數(shù)據(jù)表溫 度 t 液相中甲醇 氣相中甲醇 溫 度 t 液相中甲醇 氣相中甲醇℃ 的摩爾分數(shù) 的摩爾分數(shù) ℃ 的摩爾分數(shù) 的摩爾分數(shù) 134 129 135 140 145 130 148 150 155 158 131 160 165 168 132 170 172 133 表 22 甲醇的汽化熱溫度，℃ 汽化熱，kJ/kg 溫度，℃ 汽化熱，kJ/kg 溫度，℃ 汽化熱， kJ/kg0 80 160 20 100 180 40 120 200 60 140 220 表 23 常壓下甲醇水平衡數(shù)據(jù)表溫 度 t 液相中甲醇 氣相中甲醇 溫 度 t 液相中甲醇 氣相中甲醇℃ 的摩爾分數(shù) 的摩爾分數(shù) ℃ 的摩爾分數(shù) 的摩爾分數(shù)100 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 18 頁 預精餾塔工藝計算 物料衡算預精餾塔的目的是首先對從合成塔過來的粗甲醇進行初步精餾，主要目的是除去其中的輕餾分，將甲醇作為重組分留在塔底以作為后續(xù)塔的進料，通過后面的加壓塔、常壓塔和回收塔對甲醇精餾得到精甲醇，因此預精餾塔的主要產(chǎn)品是輕餾分，所以此塔的物料衡算應取輕餾分的量進行計算。已知：進料的 =進料流量 F= =67925kg/h，甲醇的質(zhì)量分率 =95%，水的質(zhì)量分率 =%，輕餾swtWtW分的質(zhì)量分率 =%，另有雜醇和乙醇的量較少，這里忽略不計。摩爾分率單位：tW%，由于輕餾分的平均分子沒法確定，因此通過對其它組分的摩爾分率計算推出輕餾分的摩爾分率。進料的摩爾流量 =67925/=?甲醇的摩爾分率 （（9567925/100）/32）/=水的摩爾分率 （（67925/100）/18）/=則 ==根據(jù)工藝流程圖，確定塔頂產(chǎn)品的摩爾流量和塔頂產(chǎn)品組成D=2360/=根據(jù)物料衡算方程 W=??? F???計算出 =+ =?由于輕餾分是多種物質(zhì)的混合物，因此無法得到其物性參數(shù)以及輕餾分與重組分甲醇的平衡數(shù)據(jù)，所以無法計算對預精餾塔進行物料衡算和能量衡算，以及填料層高度，塔徑的計算，但預精餾塔屬于本設計第一個塔設備，也是關鍵設備之一，所以對預精餾塔的設備參數(shù)選取實際現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，這里給予說明。中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 19 頁 全塔高度和塔徑的確定 [5]精餾段填料選擇為 TJW2 型，精餾段填料高度為 3650mm，提餾段填料選擇為 TJH50型，提餾段填料高度為 11200mm，全塔填料高度為 14850mm，即 。塔頂空間是塔頂?shù)谝粔K塔板到塔頂切線距離。對于填料塔而言，塔頂空間即為第一層填料上線到塔頂切線的距離。為了減少塔頂出口氣體中攜帶液體量，塔頂空間一般取～，以利于氣體中的液滴自由沉降。本設計取塔頂空間為 。本設計選用的是槽式液體分布器和槽盤式液體分布器可以較好地解決抗堵、防夾帶等問題，壓降小、負荷彈性大。因填料分三段，則需兩組液體分布器，確定液體分布器在塔內(nèi)高度為 ，第二組高度為 ，其高度為 +=。塔底空間是指塔底第一塊板到塔底切線的距離。對于填料塔而言，塔底空間是指最后一層填料底線到塔底切線的距離。本設計取塔底空間為 。裙式支座是由座圈、基礎環(huán)和地腳螺栓座組成。座圈上開有人孔、引出管孔、排氣孔和排污孔。座圈焊固在基礎環(huán)上，基礎環(huán)的作用，一是將載荷傳給基礎，二是在它的上面焊制地腳螺栓座，地腳螺栓座是由兩塊筋板、一塊壓板和一塊墊板組成，地腳螺栓正是通過地腳螺栓座將裙座牢牢地固定在基礎上。裙座高度是指從塔底封頭切線到基礎環(huán)之間的高度，今以圓柱型裙座為例，可知裙座高度是由塔底封頭切線到出料管中心線的高度 h 和出料管中心線至基礎環(huán)的高度 H 兩部分組成。 h 的最小尺寸是由釜液出口管尺寸決定，H 則應按工藝條件確定。圖 21 塔底裙座結(jié)構(gòu)圖中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 20 頁本設計中采用圓柱型裙座，裙座高度選取 。全塔高度=塔頂空間 +塔內(nèi)液體分布器高度 +塔底空間 +裙座高度+填料層高度 H=++++= 根據(jù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)選取塔徑為 2800mm。 加壓精餾塔工藝計算 [3] 物料衡算已知： =進料流量 F= =還有乙醇和雜醇的量較小，這里忽略不計。摩爾分率單位：%進料的摩爾流量 =?甲醇的摩爾分率 =（（87）/32）/= D=根據(jù)物料衡算方程 D?? Fxx???計算出 = + =?進料溫度 （1000kPa） ℃，取泡點進料 q=1Ft ?Ft塔頂溫度為 ℃?D在 ℃溫度下，根據(jù)安托因公式計算出甲醇和水的飽和蒸汽壓，注：水的安托因Ft常數(shù)為 A=，B=，C= [4]。 CtBAP????lg式中 飽和蒸汽壓， KPa；?P t物系溫度，℃。代入數(shù)據(jù)得，水的飽和蒸汽壓 =。?B甲醇的安托因常數(shù)為 A=，B=，C= CTBAP????ln式中 飽和蒸汽壓， mmHg；?P T物系溫度，K。中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 21 頁代入數(shù)據(jù)得，甲醇的飽和蒸汽壓 = kpa.?AP回流比確定由甲醇水的平衡數(shù)據(jù)繪制 xy 圖用作圖法求最小回流比 minR由于進料為泡點進料 q=1，所以畫 q 線與平衡線交點，用交點坐標 x,y 求最小回流比圖 22 作圖法求最小回流比 ??BAP? ???操作回流比可取為最小回流比的 ～ 倍，所以取=?所以，回流比確定為 =??DRL中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 22 頁+1=???FqL39。39。表 24 物料衡算表物料 流量（kmol/h） 組成 物料 物流（kmol/h）精餾段上升蒸汽量 V 提餾段上升蒸汽量 V’ 精餾段下降液體量 L 提餾段下降 進料 F 甲醇 水 塔頂產(chǎn)品 D 甲醇 水 塔底殘液 W 甲醇 水 液體量 L’ 熱量衡算 [3]①加熱介質(zhì)的選擇常用的加熱劑有飽和水蒸汽和煙道氣。飽和水蒸汽是一種應用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸汽冷凝時的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達 100～1000℃，適用于高溫加熱。缺點是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。本設計選用 （溫度為 180℃）的低壓蒸汽作為加熱介質(zhì)，水蒸汽易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會相應降低，塔結(jié)構(gòu)也不復雜。②冷卻劑的選擇常用的冷卻劑是水和空氣，應因地制宜加以選用。受當?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為10～35℃.如需冷卻到較低溫度，則需采用低溫介質(zhì)，如冷凍鹽水、氟利昂等。 本設計建廠地區(qū)為永城。永城市夏季最熱月份日平均氣溫為 32℃。故選用 32℃的冷卻水,選升溫 10℃，即冷卻水的出口溫度為 42℃.根據(jù)資料所提供的數(shù)據(jù)， =℃， =℃DtWt注：下標 1 為甲醇，下標 2 為水。冷凝器的熱負荷 ??LDVCIQ?? 其中 塔頂上升蒸汽的焓VDI 塔頂餾出液的焓L對于全凝器作熱量衡算（忽略熱量損失）中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 23 頁因塔頂餾出液幾乎為純甲醇，故其焓可近似按純甲醇進行計算，則全凝器的熱負荷為（塔頂溫度為 ℃下，甲醇的汽化熱為 ）=107 kJ/h?CQ℃下，水的比熱容為?Dt ??CkgJpc??/ kg/h????12tWpcCC ???在 =℃ 下，甲醇的汽化熱為 ，水的汽化熱為 kJ/kgt選用 （700kpa，180℃）低壓蒸汽為加熱介質(zhì)再沸器的熱負荷為 ??LWVBIQ??39。因釜殘液幾乎為水，故其焓可按純水進行計算，即=?39。BLWVrI則 =107 kJ/h?BQ加熱蒸汽消耗量為 ??12tcQpC??由附錄查得 P 為 700kpa 時水的汽化熱為 kJ/kg。則? 理論塔板數(shù)計算 [7]由于本次設計時的相對揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡捷法求得，應用圖解法。精餾段操作線方程為 1??RxyD截距 ?連接（ ， ） ， （0， ）與 q 線交于 d 點，連接（ ， ）與 d 點，得到提餾段xD Wx操作線、然后，由平衡線與操作線可得精餾塔理論板數(shù)，但由于 極小，利用作圖法畫出理論板數(shù)，如圖所示，梯級數(shù)為 12 塊。中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 24 頁圖 23 加壓塔求理論塔板數(shù)的圖解法塔頂溫度下： = = ?AP?BP ??BD?塔底溫度下： = =?A?B??BAWP全塔平均揮發(fā)度： ?WDm?因為塔底設有再沸器，所以精餾塔理論板數(shù)要比梯級數(shù)少 1，所以精餾塔理論板數(shù)為11 塊，精餾段為 10 塊，提餾段為 1 塊。 精餾塔主要尺寸的設計計算表 25 水在不同溫度下的密度溫度/℃ 60 70 80 90 100 110密度/(g/ cm 3) 表 26 甲醇在不同溫度下的密度溫度/℃ 10 20 30 40 50 60中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 25 頁密度/(g/ cm 3) 表 27 水在不同溫度下的黏度溫度/℃ 80 90 100 110 120 130黏度/ smPa? 表 28 甲醇在不同溫度下的黏度溫度/℃ 10 15 20 黏度/ s? 用內(nèi)插法可以計算出水和甲醇在塔頂、塔底和進料溫度下的密度和黏度舉例： g/ cm3?????水水 ??. ??. smPa?表 29 水和甲醇在不同溫度下的密度溫度/℃ ?Dt ?Wt ?Ft水密度/(g/ cm 3) 甲醇密度/(g/ cm 3) 表 210 水和甲醇在不同溫度下的黏度溫度/℃ ?Dt ?Wt ?Ft水黏度/( )smPa? 甲醇黏度/( ) +（）=????????DDxMx121==?L1 =， =?Dx?1a2 ?21?L ??.所以 g/ cm3= kg/ m3? kg/ m3??????中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 26 頁+（）??????DDLx121?= smPa?塔頂出料口質(zhì)量流量：D== kg/h表 211 塔頂部數(shù)據(jù)結(jié)果表符號 kmolgM/3/kgV?3/mkgLsPaL?????hkmolgD//摩 爾質(zhì) 量 流 量數(shù)值 +()=????????WWxMx121 kg/ m3???由于 = =， =?1a ??21?L ?.所以 g/ cm3=+（）??????WLxx21?= sPa?=?39。39。3VM=?39。L塔底質(zhì)量流量：W==表 212 塔底部數(shù)據(jù)結(jié)果表符號 kmolg/3/kgV?3/mkgLsPaL?????hkmolgW//摩 爾質(zhì) 量 流 量數(shù) 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 27 頁值+()= kg/kmol????????FFxMx121 kg/ m3???由于 = =， =?1a cm3/g??21?L ?.所以 g/ cm3= kg/ m3=?239。V精餾段： =?LM提餾段： =39。39。2+()=??????FFLx11? smPa?進料質(zhì)量流量：F= 42823kg/h表 213 進料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號 kmolgM/3/kgV?3/mkgLsPaL?????hkolgF//摩 爾質(zhì) 量 流 量數(shù)值 kg/ m3????? ???? kg/h1897..2LFDL?smPa?中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計