【導讀】了甲醇精餾工藝，對單塔流程、雙塔流程、三塔流程和四塔流程工藝進行了闡述,段全流程進行物料衡算,著重分析常壓精餾塔的工藝設計。工模擬系統(tǒng)中的和DSTUW、RADFRAC塔精餾模塊對常壓精餾塔進行模擬。生產(chǎn)中各塔的作用、進出料情況、塔板數(shù)等相關(guān)參數(shù)的計算。最后繪制出工藝流。程圖、帶控制點的物料流程圖、設備圖和設備布置圖。

　　

【正文】 y= VDVL ?x xD= x+ ?=+ 提餾段操作線方程 y`= `x`` VWVL ? xW= x ? = 簡捷法求理論板層數(shù) 組分 飽和蒸汽壓， kPa 塔頂（ 70℃ ） 進料（ 90℃ ） 塔底（ 110℃ ） 甲醇 水 已知 xD= xF= xW= 及 R= Rmin= （ 1）求平均揮發(fā)度 塔頂 D? = 。ABPP = = 塔底 w? = 。ABPP = = 進料 F? = 。ABPP = = 全塔平均相對揮發(fā)度 m? = DW?? = ? = 精餾段平均相對揮發(fā)度 39。m? = DF?? = ? = （ 2） 求全塔理論板層數(shù)，由芬斯克方程知 Nmin=1lg1lgDWDWmxxxxa??? ? ? ????? ? ? ??? ? ? ???— 1= min1RRR?? = ? = 由吉利蘭圖查得 min2NNN?? = 即 N? ? = 得 N=12 （不包括再沸器） 因 min1RRR?? = 在適用條件內(nèi)，故計算結(jié)果與查圖所得結(jié)果一致。 （ 3） 精餾段理論板層數(shù) Nmin=39。1lg1lgDFDFmxxxxa??? ? ? ????? ? ? ??? ? ? ???— 1=— 1= 前已查出 min2NNN?? = 即 ?? = 得 N= 由全塔效率為 52% 得 實際板層數(shù) ET= TPNN NP= =23 精餾段實際板層數(shù) NP‘ ==10 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 以精餾段為例進行計算。 操作壓力計算 塔頂操作壓力 PD=+30= 每層塔板壓降 △ P= 進料板壓力 PF=+? 10= 精餾段平均壓力 Pm=(+)/2= 操作溫度計算 依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過視差法計算泡點溫度，其飽和蒸汽壓由安托尼方程計算，結(jié)果為： 塔頂溫度 tD=℃ 進料板溫度 tF=90℃ 精餾段平均溫度 tM=(+90)/2=℃ 平均摩爾質(zhì)量計算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計算 由 xD=y1= ，查平衡曲線，得 x1= MVDm=? 32+() ? 18= kg/mol MLDm=? 32+() ? 18= kg/mol 進料板平均摩爾質(zhì)量計算 由圖解理論板，得 yF= 查平衡曲線，得 xF= MVFm=? 32+() ? 18= kg/h MLFm=? 32+() ? 18= kg/h 精餾段平均摩爾質(zhì)量 MVm=(+)/2= kg/mol MLm=(+)/2= kg/h 平均密度計算 （ 1）氣相平均密度計算 由理想氣體狀態(tài)方程計算，即 VM? = m VMmPMRT = ? ?1 3 4 . 3 3 0 . 6 48 . 3 2 4 8 0 . 6 5 2 7 3 . 1 5???= kg/m3 （ 2）液相平均密度計算 液相平均密度依下式計算，即 1Lm?= /ii??? 塔頂液相平均密度的計算 由 tD= ℃，查手冊得 A? = kg/m3 B? = kg/m3 LDm? = ? ?10 . 9 8 / 7 4 1 . 7 6 0 . 0 2 / 9 8 1 . 4 3?= kg/m3 進料板液相平均密度的計算 由 tF=90 ℃，查手冊得 A? = kg/m3 B? = kg/m3 進料板液相的質(zhì)量分率 A? = 0 . 6 0 . 3 20 . 6 0 . 3 2 0 . 8 2 5 1 8?? ? ?= LFm? = ? ?10 . 5 6 / 7 2 0 . 9 6 0 . 4 4 / 9 7 5 . 7 8?= kg/m3 精餾段液相平均密度為 Lm? =（ +） /2= kg/m3 液體平均表面張力的計算 液體平均表面張力依下式計算，即 Lm? = iiX?? 塔頂液體平均表面張力的計算 由 tD= ℃，查手冊得 A? = mN/m B? = mN/m LDm? =? +? = mN/m 進料板液相平均表面 張力的計算 由 tF= 90℃，查手冊得 A? = mN/m B? = mN/m LFm? =? +? = mN/m 精餾段液相平均表面張力為 Lm? =(+)/2= mN/m 液相平均粘度的計算 液相平均粘度依下式計算，即 lg Lm? = lgiiX ?? 由 tD= ℃，查手冊得 A? = B? = lg LDm? =()+() 得 LDm? = 進料板液相平均粘度的計算 由 tF= 90℃，查手冊得 A? = B? = lg LFm? =()+() 解出 LFm? = 精餾段液相平均粘度為 Lm? =(+)/2= 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 塔徑的計算 精餾段的汽液相體積流率為 VS= mm3600VVVM? = ?? = m3/s LS= mm3600LVLLM? = ?? = m3/s 由 umax=CV??? VL? 式中 C 由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，橫坐標為 21????????VLhhVL ?? =120. 00 78 36 00 78 9. 88. 34 36 00 1. 4??? ??? ??= 取板間距 HT=，板上液層高度 hL=，則 HThL== 查圖得 C20= C=C20 .2020?????? L?= 20??????= umax= = m/s 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 u==? = m/s D=uVS?4= 4 ? ??= m 按標準塔徑圓整后 D= m 塔截面積為 AT= 24D? = ?? = m2 實際空塔氣速為 u= = m/s 精餾塔有效高度計算 精餾段有效高度為 Z 精 =（ N 精 1） HT=（ 10－ 1） ? = 提餾段有效高度為 Z 提 =（ N 提 1） HT=（ 13－ 1） ? = 在進料板 上方開一人孔，其高度為 1m 故精餾塔的有效高度為 Z=Z 精 + Z 提 +1=++1= m 塔高的計算 1） 塔頂空間 塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應大于板間距，設計中通常取塔頂間距為（ ~） HT。若要安裝除沫器時，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂間距。 2）塔底空間 塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值由如下因素決定； ① 塔底儲液空間依儲存液量 3~8min 而定； ②再沸器的安裝方式及安裝高度； ③塔底液面至最下層塔板之間 要留 1~2m的間距。 3）人孔 對于 D? 1000mm 的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔 6~8 層塔板設一人孔。人孔的直徑一般為 450mm~600mm,其伸出塔體得筒體長為200~250mm，人孔中心距操作平臺約 800~或大于 600mm。 4）塔高 H=（ n－ nF－ nP－ 1） HT+nFHF+nPHP+HD+HB+H1+H2 式中 H —— 塔高， m； n —— 實際塔板數(shù)； nF —— 進料板數(shù)； HF —— 進料板處板間距， m。 nP —— 人孔數(shù)； HP —— 設人孔處得板間距， m。 HD —— 塔頂空間高度， m； HB —— 塔底空間高度， m； H1 —— 封頭高度， m； H2 —— 裙座高度， m； H=（ 23－ 1－ 3－ 1） ? +1? +3? ++++= m 塔板主要工藝尺寸的計算 溢流裝置計算 因塔徑 D=，可選用雙溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下， (1) 堰長 lW 取 lW==? = m (2) 溢流堰高度 hW 由 hW=hLhOW 選用平直堰，堰上液層高度 hOW 為 hOW= 32h ????????WLE 近似取 E=1，則 hOW= 2 / 32 . 8 4 0 . 0 0 7 8 3 6 0 011 0 0 0 1 . 4 4???? ????= m 取板上清 夜層高度 hL=60mm 故 hW=－ = m （ 3）弓形降液管寬度 Wd 和截面積 Af 由 l ? 查圖得 ?TAAf ?DWd 故 Af==? = m2 Wd=? = m 驗算液體在降液管中的停留時間，即 sL HA T . h f ??? ????? 故降液管設計合理 （ 4）降液管底隙高度 h0 h0=0Wh u`l3600L 取 u`0=則 h0= ??? ? hWh0== 故降液管底隙高度設計合理 選用凹形受液盤，深 度 70mm。 塔板布置 （ 1）塔板的分塊 因 D mm800? ，故塔板采用分塊式，分為 6 塊。 （ 2）邊緣區(qū)寬度的確定 取 WS=W`S= WC= （ 3）開孔區(qū)面積計算 Aa =2（ rxrxrx 1222 s in180??? ） 其中 )(2 )(2 ???????Sd WWDxm mWD C ????? 故 21222 i n180 ???? ?）（Aa （ 4） 篩孔計算及其排列 設計處理物系無腐蝕性，可選用 mm3?? 碳板鋼，取篩孔直徑 d0=14mm 篩孔按正三角形排列，取空中心距 t 為 t==? 14=35mm 篩孔數(shù)目 n 為 n= 22 ???t A a 開孔率為 .5% 220 ???????????????? 氣體通過閥孔的氣速為 smAV S / 00 ??? 篩板的 流動力學驗算 塔板壓降 （ 1）干板阻力 hC計算 hC= ????????????????LVcu ??200 由 d0/? =14/3=，查得 C= 故 hC= 2 ????????????? （ 2）氣體通過液層的阻力 h1計算 h1= Lh? ? ?? ?1 / 2 1 / 20l1. 92 /4. 52 0. 18 51. 92 1. 4 2. 27 / ?查 得 0. 5 22故 h h ( ) 0. 55 2 0. 05 94 0. 02 06SaTfL W OWVu m sAAF kg s mhh???? ? ??????? ? ? ? ? = m 液柱 （ 3） 液體表面張力的阻力 ?h 計算 ?h = 30 ?????? ?gdLL? ? 氣體通過每塊塔板的液柱高度 hp 計算 液柱mh hhhh P CP 1 ???? ??? ? 氣體通過每層塔板的壓降為 k P aghP LPP ??????? ? 液沫夾帶 液沫夾帶量由下式計算 10 8 aVL T ffLueHhh h m?? ???? ?????? ? ? ? 故 eV= 6 35 . 7 1 0 1 . 9 30 . 6 0 . 22 6 . 6 1 1 0 ??? ???? ??= kg 液 /kg 氣 kg 液 /kg 氣 故本設計液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。 漏液 漏液點氣速 ? ? VLL hhCu ??? / 0m in,0 ??? =實際孔速 m in,00 / usmu ?? 穩(wěn)定系數(shù)為 in,0 0 ???? u uK 故本設計中無明顯漏液。 液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高 Hd 應服從下式關(guān)系 ? ?WT hHH ???d 甲醇 — 水物系屬于一般物系，取 ?? 則 ? ? 0 . 5( 0 . 6 0 . 0 5 9 4 ) 0 . 3 2 9TWHh? ? ? ? ? 而 d p L dH h h h? ? ? 板上不設進口