【正文】 算 (1).進料： kg/h 。根據(jù)以上計算列表411：表411組分乙醇乙醛異丁醇水合計流量：kg/h125005326組成：(wt)%100：據(jù)資料，堿液濃度為8%時， kg的NaOH。則消耗純NaOH：換成8%為：：據(jù)資料記載。軟水加入量為粗乙醇的20%計，則需補加軟水：%－(1－8%)= kg/h據(jù)以上計算列表412：表412 預塔進料及組成物料量：kg/hCH5OHH2ONaOHCH3CHOC4H9OH合計粗乙醇12500 5326堿液軟水合計12500 (2)出料　。乙醇：12500kg/h 。粗乙醇含水：5326kg/h 堿液帶水： kg/h 補加軟水： kg/h 合計： ： ：由以上計算列表413：表413　預塔出料流量及組成物料量kg/hCH5OHH2ONaOHCHCHOC4H9OH合計塔頂塔底12500合計12500 2 主塔的物料平衡計算 (1)進料 預后粗甲醇： (2)出料%。塔頂形成乙醇水的共沸物，%（%）：塔頂出料：%G=12500%%kg/h則塔頂出料G= 塔釜 G=12500%= G=(%) =塔釜組成塔釜乙醇水NaOH高沸物塔釜kg/h總出料：由以上計算，得表215甲醇精餾塔物料平衡匯總表：單位：kg/h，總物料為12500+++=得乙醇精餾塔物料平衡匯總表414： 表414 乙醇精餾塔物料平衡匯總表物料總物料塔頂出料塔釜出料乙醇12500NaOH水高沸物 合計 甲醇生產的能量平衡計算 合成塔能量計算 已知：合成塔入塔氣為220℃，出塔氣為250℃，熱損失以5%計，殼層走4MPa的沸水。查《化工工藝設計手冊》得， kcal/kg， kJ/kg， kg/m3， kg/m3，溫度為250℃。入塔氣熱量表415：表415　5MPa，220℃下入塔氣除(CHOH)熱容組分COCO2H2N2ArCH4合計流量：Nm3比熱：kJ/kmol℃/熱量：kJ/℃查得220℃ kJ/kmol， Nm3。所以：Q入=+= 出塔氣熱容除(CH5OH)見表416：表416 5MPa，250℃下出塔氣除 (CHOH) 熱容組分COCO2H2N2ArCH4C4H9OHCH3CHOH2O合計流量：Nm3比熱：kJ/kmol℃/熱量：kJ/℃24,875查得250℃， Nm3/h。所以：Q出=+= kJ由反應式得:Q反應=[++++()] 1000 =Q熱損失=(Q入＋Q反應) 5%=(+) 5%=所以：殼程熱水帶走熱量Q傳 = Q入 + Q反應－Q出－Q熱 =+=又：Q傳=G熱水r熱水所以：G熱水== kg/h即時產蒸氣：= 主精餾塔能量衡算查《化工工藝設計手冊》，乙醇露點溫度t=78℃操作條件：塔頂78℃，塔釜105℃，進料溫度124℃，回流液溫度40℃，:1。1. 帶入熱量見表417： 表417　主塔入熱物 料進 料回流液加熱蒸汽組分乙醇水+堿乙醇流量：kg/h 溫度：℃12412440比熱：kJ/kg℃熱量:kg/h37939355507325Q加熱Q入=Q進料+Q回流液+Q加熱= 3793935++5507325 +Q加熱= + Q加熱 2. 帶出熱量見表418：表418　主塔物料帶出熱量物料精乙醇回流液殘液熱損失組分乙醇乙醇乙醇水+堿流量：kg/h溫度：℃7878105105比熱：kJ/kg℃潛熱：kJ/kg熱量:kg/h2387353107401385%Q入所以Q出＝ ＋＋＋＋5%Q入 = +5%Q入因為：Q出＝Q入所以：Q入= Q出= 所以：Q = － = kJ/kg所以：需蒸汽G3蒸汽== 3. 冷卻水用量計算對熱流體：Q入＝Q產品精甲醇+Q回流液= += kJ/hQ出 = Q精甲醇(液)+Q回流液(液)= +5507325 = kJ/hQ傳 = (15%)－ = 冷卻水溫：30℃ 40℃所以：冷卻水用量G3水= = 所以：每噸精乙醇消耗G3水==第5章 主要設備計算及選型設備是化工工藝運作的載體，選擇合適的設備，對于提高生產率，降低原料能量消耗有著重要的作用。 甲醇合成塔的設計（1）傳熱面積的確定傳熱溫差為10℃， kJ/h，（m2℃）。 Q = KA△Tm （51）由公式（51）得：A =Q/KTm =（10）=。（2）催化劑用量的確定 入塔氣空速6000h1，所以。（3）傳熱管數(shù)的確定 傳熱管選用Ф32，長度9000mm的鋼管，材質為00Cr18Ni5Mo3Si2鋼。A =dLn （52）由公式（52）得： n = A/（dL）=（9）=取整為2331。其中因要安排拉桿需要減少12根，實際管數(shù)為2319根。（4）合成塔殼體直徑的確定合成塔內管子分布采用正三角形排列，管間距a=40mm，殼體直徑： Di=a（b1）+2L （53）式中 a = 40；b = = = ； L = 125mm。所以 ：Di=40（）+2125=3692，圓整后取為3700 mm（5）合成塔殼體厚度的確定 殼體材料選用13MNiMoNbR鋼，計算壁后的公式為：S=PcDi/（2[] tФPc） （54）式中：Pc= ； Di=3700mm；Ф=； [σ]t =190Mpa（取殼體溫度為50℃）；S=3700（2190）=。取C2=1mm ；C1=1mm，圓整后取S=63mm（6）合成塔封頭的確定上下封頭均采用半球形封頭，材質選用和筒體相同。封頭外徑為3700+263=3826，圓整后取3900。由封頭厚度計算公式：S=PcDi/（2[σ] ） （55）式中 ； Di=3900mm；Ф=； [σ] t =190Mpa（取殼體溫度為50℃）S=3900（2190）=。取C2=1mm，C1=1mm，原整后取S=66mm，所以封頭為DN390066。（7）管子拉脫力的計算a. 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產生的力qp=pf/（doL） （56）式中 f=（）do2=402（）322=；P=；L=100mm；qp=（32100）=。b．溫差應力導致的每平方米脹接周邊上的拉脫力qtqt=σt（d02di2）/（4d0L ） （57）式中 σt=a E（ttts）/（1+At/As）；At=（do2di2）n=（322272）6262=；As=DSn=390063=771498mm2；σt=10610610/（1+）=；qt=（322272）/（432100）=。已知：Tt＞Ts，pt＞ps Tt、Ts分別為管壁溫度和殼壁溫度；；ps為殼程壓力 MPa，所以可知qt與qp的作用力同向，則合拉力q= qp ＋qt =+=＜[q]，拉脫力在許用范圍內。（8）折流板的確定折流板為弓形 h=3/4Di=3/43900=2925mm，折流板數(shù)量為5，間距取1500mm，折流板最小厚度為22mm，材料為Q235A鋼。拉桿Ф12，共12根，材料Q235AF鋼；定距管Ф25。（9）管板的確定 管板直徑3900，厚度100mm，管板通過焊接在筒體和封頭之間。（10）支座的確定支座采用裙座，裙座座體厚度為50mm，基礎環(huán)內徑3700mm，外徑3900mm，基地腳螺栓公稱直徑M30，數(shù)量為6個。合成塔選型匯總表如表5表52：表51 合成塔設計匯總表筒體內徑(mm)3900列管數(shù)目182壁厚(mm)63管長9000封頭（半球型）半徑(mm)3900尺寸(mm)Ф32壁厚(mm)66折流板數(shù)目5拉桿尺寸(mm)Ф32高度(mm)2925數(shù)目12間距(mm)1500表52 合成塔設計匯總表項 目管 子殼 體材質ａ/（1/℃）E/MPa尺寸管間距/mm管殼壁溫差/℃管子與管壁連接方式脹接長度00Cr18Ni5Mo3Si2106106Ф3290004010開槽脹接L=10013MNiMoNbR106106Ф390063 粗乙醇貯槽,液體以5MPa減壓后，溶于粗甲醇中的氣體釋放出來，以貯罐氣的形式在壓力控制下經氣體排出口排出，貯槽液體出口管上裝有液體控制裝置。 主精餾塔的設計 精餾塔全塔物料衡算及塔板數(shù)的確定F：原料液流量（kmol/s） x：原料液組成（摩爾分數(shù)，下同）D：塔頂產品組成（kmol/s） x：塔頂組成W：塔底殘夜流量（kmol/s） x：塔底組成原料乙醇組成：x==%塔頂組成：x==%塔底組成：x==%F==D==W==L=(%247。46+%247。18) 247。3600=R=L/D= V=(R+1)D=體積流量V== kmol/s圖解法計算理論板數(shù)，根據(jù)常壓下乙醇水的氣液平衡關系可繪制出平衡曲線即xy曲線圖，泡點進料精餾段方程：y=x+=+提鎦段方程：y=x=在圖上做操作線，由點（,）起在平衡線與操作線間畫階梯，過精餾操作線與q線交點，如圖4：圖4 平衡相圖由此得理論板N=31塊(包括再沸器)加料版為第27塊理論板。=(311)/=63塊。加料板位置在第54塊板。 塔徑的確定由u=（安全系數(shù)）u，安全系數(shù)=，u=C，，則u==u= u=D==，堰長l=。 主精餾塔的選型 壁厚選用20R鋼為塔體材料，由于是常溫常壓操作，取壁厚Sn=10 mm 封頭采用標準橢圓封頭，材料為20R鋼，壁厚與塔體相同，即：Sn=10 mmhi=1000=750 mm，h0=60 mm 裙座以Q235A鋼為裙座材料，壁厚為10 mm，高度為3m，裙座與簡體的連接采用對焊不校核強度。 接管設計 ⑴.塔頂乙醇蒸汽出口管由前面計算可知：，溫度75 ℃，則體積流量為：V===蒸汽流速，取u=20 m/s則出口管面積S==所以：出口管徑d1==查表可用規(guī)格： ⑵.回流液進口管已知：回流液溫度為40℃，乙醇液體流量為49750kg/h查表知：40℃= kg/m3所以：其體積流量V==取液體流速u= m/s則回流液入口管d2====124mm查表可用規(guī)格：⑶.塔底出料管%，可近似為水，105℃ kg/m3， m/s。則出口管徑：d3== m查表可用規(guī)格： ⑷.進料管進料狀態(tài)為124 ℃， MPa，乙醇12500kg/h， kg/m3，即甲醇的密度為：＝＝ kg/m3所以：進料體積流量為：V=+=進料管流速取為u= m/s，則進料管徑： d4== m查表可用規(guī)格：⑸.再沸器蒸汽入口管由前面計算可知：，溫度為105℃。則體積流量為：V== =蒸汽流速取u=20 m/s，則入口管積S== m2所以：入口管徑d5==查表可用規(guī)格： 第6章 總結經過一段時間以來的資料查詢、文獻搜索、設計整理，在老師的指導和同學的幫助下，我順利完成了本次設計。本設計按照指設計任務書來編寫，工藝先進可行，節(jié)能環(huán)保，資源綜合利用，具有一定的成本優(yōu)勢。設計中的機械設備經復核，符合標準。同時，本設計在應用傳統(tǒng)工藝的基礎上，進行了一定的改進和創(chuàng)新：（1）本設計采用焦爐煤氣作為原料氣，作為貧油、缺氣的能源需求大國，充分、合理利用大量點天燈外排的焦爐煤氣，對建設資源節(jié)源型社會，實