【正文】 段為 10 塊，提餾段為 1 塊。 精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算出水和甲醇在塔頂、塔底和進(jìn)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??????+（）????DDLx21?= 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(hào) kmolgM/3/gV?3/mkLsPaL?????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(hào) kmolg/3/gV?3/mkLsPaL?????hkmolgW//摩 爾質(zhì) 量 流 量數(shù)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(jìn)料質(zhì)量流量：F=表 213 進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào) kmolgM/3/gV?3/mkLsPaL?????hkolgF//摩 爾質(zhì) 量 流 量數(shù)值 kg/ m3????? ?????????smPa?? kg/ m3????39。339。2V???39。339。2L?smPa? 塔頂： ????塔底： 39。VS進(jìn)料： ????精餾段： ?219..SS提餾段： ??.39。 SSV表 214 精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表精餾段 提餾段氣相密度 ??3/??mkgV? 液相密度 L 氣相摩爾流量 1/??hkol 氣相質(zhì)量流量 ?? 液相黏度/ smPa? 液相摩爾流量 1/?hkol 液相質(zhì)量流量 ??? 填料的選擇 填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前，填料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個(gè)方面進(jìn)行。本設(shè)計(jì)選用規(guī)整填料，規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料，規(guī)定了氣液流路，改善了溝流和壁流現(xiàn)象，壓降可以很小，同時(shí)還可以提供更大的比表面積，在同等溶劑中可以達(dá)到更高的傳質(zhì)、傳熱效果。與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)則、有對(duì)稱性，當(dāng)與散裝填料有相同的比表面積時(shí)，填料空隙率更大，具有更大的通量，單位分離能力大。所選的規(guī)整的參數(shù)為型號(hào) 峰高 mm 比表面積 m2/m3 理論板數(shù) 1/m 空隙率 % 壓力降MPa/mCB250Y 12 250 ~3 97 104 塔徑設(shè)計(jì)的計(jì)算由氣速關(guān)聯(lián)式 ?????????????????????? LGLGf Aau????式中 干填料因子；2?a 液體粘度， ；L?smPa? 金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料為 ；A 液體、氣體質(zhì)量流速；G、 氣體、液體密度；L?、 重力加速度。g精餾段： =， =?m3， =， =250 ， = ， = ?a32/mL?sPa?kg/h， = kg/h， =代入式中求解得 ?fu空塔氣速 = m/體積流量 ????圓整后： 3000mm，空塔氣速 ?提餾段： =， = kg/ m3， =， =250 ，G?L??a32/m= ， =， = kg/h， =?sPa? GA代入上面的公式中，解得 ?39。fu空塔氣速 =?體積流量 39。SV???39。uVDS?圓整后： 3200mm，空塔氣速 ? 填料層高度的計(jì)算 所選的規(guī)整的參數(shù)為型號(hào) 峰高 mm 比表面積 m2/m3 理論板數(shù) 1/m 空隙率 % 壓力降MPa/m250Y 12 250 97 104根據(jù)所選的填料的參數(shù)，選取 1m 填料高度等于 3 塊理論塔板，壓力降為 104MPa/m,即 =1/3=, 104MPa/m=300Pa/m。HETP??Zp/則精餾段填料層高度為 HETPN?=10=?精精餾段總壓降 104???精精 p/=103MPa =990Pa根據(jù)所選的填料的參數(shù)，已知 1m 填料高度等于 3 塊理論塔板，壓力降為 104MPa/m,即 =1/3=, 104MPa/m=300Pa/m。HETP??Zp/則提餾段填料層高度為 HETPN?=1=?提提餾段段總壓降 104???提提 p/=104MPa =99Pa 全塔高度的確定+=??提精 Z根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層的設(shè)計(jì)高度一般為： ??39?！街? 設(shè)計(jì)時(shí)的填料高度，m；39。Z 工藝計(jì)算得到的填料層高度， m。取安全系數(shù)為 則==??39?！?=990+99=1089Pa提精 p??3 全塔填料層高度和壓降計(jì)算匯總表 1254參數(shù) 精餾段 提餾段 全塔壓降 （Pa/m）Zp/?300 300 總壓降 / Pa 990 99 1089填料層高度/m 4 填料的分段對(duì)于規(guī)整填料，填料層分段高度可按下式確定： h=(15~20)HETP式中 h填料分段高度， m HETP填料的等板高度， m亦可按下表推薦的分段高度值確定填料類型 分段高度250Y 板波紋填料 500Y 板波紋填料 500（BX）絲網(wǎng)波紋填料 700（CY）絲網(wǎng)波紋填料 填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料。常用的填料支承裝置有柵板型、孔管型、駝峰型等。對(duì)于規(guī)整填料，通常選用柵板型支承裝置。液體在填料塔內(nèi)均勻分布，可以增大填料的潤(rùn)濕表面積，以提高分離效果，因此液體的初始分布十分重要。所以要求分布裝置要有與填料相匹配的分液密度和均勻的分布質(zhì)量。近年來(lái)的實(shí)踐表明，大直徑填料塔的放大的問(wèn)題主要是保證液體初始分布均勻，若能保證單位塔截面的噴淋點(diǎn)數(shù)目與小塔相同，大型填料塔的傳質(zhì)效率將不會(huì)低于小型塔。本設(shè)計(jì)選用的是槽式液體分布器和槽盤(pán)式液體分布器可以較好地解決抗堵、防夾帶等問(wèn)題，壓降小、負(fù)荷彈性大。槽式液體分布器是由分流槽（又稱主槽或一級(jí)槽） 、分布槽（又稱副槽或耳機(jī)槽）構(gòu)成的。一級(jí)槽通過(guò)槽底開(kāi)孔將液體初分成若干流股，分別加入其下方的液體分布槽。分布槽的槽底（或槽壁）上設(shè)有孔道（或?qū)Ч埽?，將液體均勻分布于填料層上。槽式液體分布器具有較大的操作彈性和極好的抗污堵性，特別適合于大氣液負(fù)荷及含有固體懸浮物、粘度大的液體的分離場(chǎng)合，應(yīng)用范圍非常廣泛。槽盤(pán)式分布器是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的新型液體分布器，它兼有集液、分液及分氣三種作用，結(jié)構(gòu)緊湊，氣液分布均勻，阻力較小，操作彈性高達(dá)10：1，適用于各種液體噴淋量。(1)塔頂空間塔頂空間是塔頂?shù)谝粔K塔板到塔頂切線距離。對(duì)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(shè)計(jì)取塔頂空間為 。(2)塔內(nèi)液體分布器高度本設(shè)計(jì)選用的是槽式液體分布器和槽盤(pán)式液體分布器可以較好地解決抗堵、防夾帶等問(wèn)題，壓降小、負(fù)荷彈性大。因?yàn)槿盍戏譃槿龑?，精餾段為二層，提餾段為一層，則需二組液體分布器，確定第一層液體分布器在塔內(nèi)高度為 ，第二層高度為 ，其總高度為 +=。(3)塔底空間塔底空間是指塔底第一塊板到塔底切線的距離。對(duì)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(shè)計(jì)取塔底空間為。(4)裙座高度裙式支座是由座圈、基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓座組成。座圈上開(kāi)有人孔、引出管孔、排氣孔和排污孔。座圈焊固在基礎(chǔ)環(huán)上，基礎(chǔ)環(huán)的作用，一是將載荷傳給基礎(chǔ)，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(guò)地腳螺栓座將裙座牢牢地固定在基礎(chǔ)上。裙座高度是指從塔底封頭切線到基礎(chǔ)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(chǔ)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(yīng)按工藝條件確定。圖 24 加壓塔底裙座結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)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=++++= 常壓精餾塔工藝計(jì)算 物料衡算已知： =進(jìn)料流量 F= =率 =22% 另外還有乙醇和雜醇的量較小，這里忽略不計(jì)。摩爾分率單位：tW%進(jìn)料的摩爾流量 =?甲醇的摩爾分率 =（（78）/）/= D=根據(jù)物料衡算方程 D?? Fxx???計(jì)算出 = + =?進(jìn)料溫度 （400kPa） ℃，取泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1Ft?Ft在塔頂壓力 110kpa 下，甲醇的安托因常數(shù)為A=，B=，C= CtBAP???lg根據(jù)安托因公式計(jì)算的甲醇蒸汽的溫度為 ℃，因?yàn)樗攷缀鯙榧状迹源藴囟冉频扔谒敎囟?，選用資料提供的塔頂溫度為 ℃。在 ℃溫度下，根據(jù)安托因公式計(jì)算出甲醇和水的飽和蒸汽壓，?Ft注：水的安托因常數(shù)為 A=，B=，C=；甲醇的安托因常數(shù)為 A=，B=，C= CtBAP????lg代入數(shù)據(jù)得，甲醇的飽和蒸汽壓 =，水的飽和蒸汽壓?=。?BP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(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1，所以畫(huà) q 線與平衡線交點(diǎn)，用交點(diǎn)坐標(biāo) x,y 求最小回流比圖 25 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+1=?Fq39。?V39。表 215 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(jìn)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(yīng)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸汽冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過(guò)改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá) 100～1000℃，適用于高溫加熱。缺點(diǎn)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。但根據(jù)國(guó)家政策不同，為達(dá)到節(jié)能減排的目的，本設(shè)計(jì)選用加壓塔頂氣 800KPa（溫度為 ℃）的甲醇作為加熱介質(zhì)，可以節(jié)約能量消耗，節(jié)省設(shè)備投資。②冷卻劑的選擇常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。受當(dāng)?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(shè)計(jì)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(biāo) 1 為甲醇，下標(biāo) 2 為水。冷凝其的熱負(fù)荷 ??LDVCIQ?? 其中 塔頂上升蒸汽的焓VDI 塔頂餾出液的焓L對(duì)于全凝器作熱量衡算（忽略熱量損失）因塔頂餾出液幾乎為純甲醇，故其焓可近似按純甲醇進(jìn)行計(jì)算，則全凝器的熱負(fù)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???/184. kg/h????12tWpcCC ???常壓塔再沸器的加熱介質(zhì)為加壓塔