【正文】 連接 OP 作出操作線，由圖可知，該塔的霧沫夾帶及液相負(fù)荷下限，即由漏液所控制。 第 節(jié) 流體力學(xué)驗(yàn)算 氣體通過浮閥塔板的壓力降 (單板壓降 ) 氣體通過浮閥塔板的壓力降 (單板壓降 ) 干板阻力 浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開時(shí)的臨界速度為 ： 因?yàn)? 所以 板上充氣液層阻力 取板上液層充氣程度因數(shù) ，那么： 由表面張力引起的阻力 由表面張力導(dǎo)致的阻力一般來說都比較小，所以一般情況下可以忽略，所以： 第 節(jié) 漏液驗(yàn)算 動(dòng)能因數(shù) ，相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷 為： 其中 所以 可見不會(huì)產(chǎn)生過量漏液。 取塔板間距 ，板上液層高度 ，那么分離空間： 功能參數(shù)： 從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得： ，由于 ，需先求平均表面張力： 全塔平均溫度 ，在此溫度下，甲醇的平均摩爾分?jǐn)?shù)為 ，所以，液體的臨界溫度： 設(shè)計(jì)要求條件下甲醇 ~水溶液的表面張力 平均塔溫下甲醇 ~水溶液的表面張力可以由下面的式子計(jì)算： ， 所以： 根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為 此時(shí)，精餾段的上升蒸汽速度為： 提餾段的上升蒸汽速度為： 第 節(jié) 塔高的計(jì)算 塔的高度可以由下式計(jì)算： 已知實(shí)際塔板數(shù)為 塊，板間距 由于料液較清潔，無需經(jīng)常清洗，可取每隔 8塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目 為： 個(gè) 取人孔兩板之間的間距 ，則塔頂空間 ，塔底空間 ，進(jìn)料板空間高度 ，那么，全塔高度： 第 節(jié) 塔板結(jié)構(gòu) 尺寸的確定 塔板尺寸 由于塔徑大于 800mm，所以采用單溢流型分塊式塔板。 精餾段的負(fù)荷列于表 4。 第 節(jié) 有關(guān)的工藝計(jì)算 由于精餾過程的計(jì)算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，需先把設(shè)計(jì)要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。 熱能利用 精餾過程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。 根據(jù)提餾段 ， + ＝ + ＝ kg/h 提餾段帶入熱量 ＝ + ＝ kg/h 235 主塔提餾段熱量平衡計(jì)算表 帶入熱量， kl/h 帶出熱量， kl/h 預(yù)后甲醇 塔底供熱 內(nèi)回流 總?cè)霟? + + 殘液 內(nèi)回流 總出熱 （ + ） + 第三章 精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 第 節(jié) 精餾塔設(shè)計(jì)的依據(jù)及任務(wù) 設(shè)計(jì)的依據(jù)及來源 本設(shè)計(jì)依據(jù)于化工原理的設(shè)計(jì)實(shí)例，對所提出的題目進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。 表 228 預(yù)塔全塔熱平衡表 帶入熱量， kl/h 帶出熱量， kl/h 塔側(cè)粗甲醇入熱 塔頂加入冷凝液及堿液 塔頂回流液 加熱蒸汽 總?cè)霟? 塔頂二甲醚及回流液甲醇蒸汽 塔底預(yù)后粗甲醇 測線采出初餾物 熱損失 總出熱 表 229 預(yù)塔精餾段熱平衡計(jì)算表 帶入熱量， kl/h 帶出熱量， kl/h 粗甲醇入熱 塔底供熱 加熱軟水 內(nèi)回流 總?cè)霟? 65 + 二甲醚 預(yù)后甲醇 初餾物 內(nèi)回流 總出熱 （加 NaOH） （ 65+ ） + 根據(jù) 得 + ＝ + ＝ kl/h 預(yù)塔精餾段總熱量為 kl/h. 設(shè)預(yù)塔提留段內(nèi)回流量為 （ kl/h），則列出提餾段熱平衡計(jì)算表 230。 粗甲醇中主要組分的物理常數(shù)如表 225。 其中：甲醇 kg/h； 水 kg/h； NaON kg/h； 乙醇及高沸點(diǎn)組分 kg/h 烷烴及油溶性 組分 kg/h 表 223 預(yù)塔出料流量及其組成 物料量， kg/h 甲醇 水 NaOH 低沸物 高沸物 油溶物 小計(jì) 塔頂 塔底 側(cè)線 合計(jì) — — — — — — — — — — ⑴ 塔底殘夜 其中： NaON 乙醇及高沸點(diǎn)組分 烷烴及油溶性組分 水 甲醇 合計(jì) 殘夜排放溫度為 110℃ 是，殘夜中甲醇含量為 %，所以 : = X=表 224 精餾塔全塔物料 平衡如表 物料 入 料 主塔入料口 出 主塔采出口 料 塔底 合計(jì) 甲醇 水 高沸物 油溶物 NaOH 合計(jì) — — — ⑵ 采出精甲醇 于是，精餾 全塔物料平衡如表 224所示。 ⑷ 烷烴及油溶性組分 。 a. 預(yù)塔物料平衡計(jì)算 ⑴ 粗甲醇， 6310kg/，每小時(shí)進(jìn)入預(yù)塔的物料如表 2﹣21 表 2﹣ 21 入預(yù)塔粗甲醇及組成 組 分 甲醇 水 低沸物 高沸物 油溶物 合計(jì) 流量 kg/h， 組成， w% 100 ⑵ 堿液，加入堿液濃度為 2%的 NaOH，進(jìn)料粗甲醇 PH值需從 6提高到 8查手冊[7]： 的氫氧化鈉溶液：（ OH） =10 3mol/L 的 NaOH 換算成百分含量： =% pH值從 6 提高到 8, OH需 H+量為： 166 108=需 2%的 NaOH（密度以 1g/ml 計(jì)）為 =則需每小時(shí)加入堿液量為 =⑶ 初餾物 已知：初餾物采出量為 20l/h；密度 ，其中 %為甲醇， %為油性雜質(zhì)；初餾物加水 20l/h。 。 C）； 于是，根據(jù)表 216 各表 217，計(jì)算冷凝液體帶走熱量為表 219 因冷凝器出口液體溫度為 38。 。 。 根據(jù)表（ 87）各組分的流量及熱容，計(jì)算冷凝器出口氣體顯熱，列表為 218。 C； 表 217 出塔氣在冷凝器冷凝放熱 組分 CH3OH （ CH3） 2O C4H9OH 冷凝器 Nm3/h Kmol/h 放熱量， kg/h 組分 C8H18 H2O 合計(jì) 冷凝器 Nm3/h Kmol/h 放熱量， kg/h （ 3）冷凝器出口氣體顯熱 冷凝器出口氣體顯 Q、出冷凝 = T 出口 （ 211） 式中 G`F— 冷凝器出口氣體組分摩爾流量， Kmol/h； CP— 出口氣體各組分比熱容， kJ（ kmol 。C） 計(jì)算條件已經(jīng)給出全塔熱損失為 5%，因此損失熱量為 Q熱損失 =（ Q 入塔＋ Q反應(yīng)） 5% = （ ＋ ） 5% kJ/h 按全塔熱平衡方程式 ，求出出塔氣體溫度 T出 ＋ =T 出＋ T出 =。C） 續(xù)表 214 甲醇合成塔出塔各組分的比熱容和熱量 組分 CH3OH C4H9OH （ CH3） 2O C8H18 H2O 合計(jì) 比熱容， kJ（ kmol 表 213 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 組 分 CH3OH （ CH3） 2O C4H9OH 生成熱， kJ/h 生成量 Nm3/h Kmol/h 反應(yīng)生成熱， kJ/h 續(xù)表 213 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 組分 C8H18 CH4 CO 合計(jì) 生成熱， kJ/h — 生成量 Nm3/h Kmol/h 反應(yīng)生成熱， kJ/h 表 214 甲醇合成塔出塔各組分的比熱容和熱量 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 比熱容， kJ（ kmol 。 。 又 （ 29） 式中 Qr Qr Qr Qr Qr5— 分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷、辛烷的生成熱， KJ/h； Qr6— 二氧化碳逆變換反應(yīng)的反應(yīng)熱， KJ/h。 工藝條件：（ 1）進(jìn)塔氣體溫度平均按時(shí) 40℃ 計(jì)算；（ 2）冷凝器氣體出口溫度與液體溫度相等，都為 38℃ ；（ 3）冷卻水溫度為 32℃ ，冷卻回水為 45℃ ；（ 4）系統(tǒng)熱損失為 5%。 生產(chǎn)過程中主要是輸入和輸出的熱量和能量，能量或熱量的轉(zhuǎn)換是基于能量守衡定律。 第 節(jié) 聯(lián)醇生產(chǎn)的熱量平衡計(jì)算 物料平衡計(jì)算之后，可以根據(jù)各段的物料量，進(jìn)行熱平衡計(jì)算。 則 H2， N2 在水洗過程中的損耗為 H2： = Nm3/h N2： = Nm3/h 已知：變換氣中 CO2 含量（ G變 CO2）為： G變 CO2= Nm3/h 于是，進(jìn)水洗塔變換氣流量與組成如表 24所示。假設(shè)經(jīng)減壓生液相中溶解的氣體除二甲醚外全部釋放出來，則甲醇擴(kuò)散損失 G 醇擴(kuò)散為： （ +++++） =即 ， 式中 為二甲醚減壓后的釋放量。 24 Nm3/h （ 5）醇后氣中尚有 %； %； CH3OH % 則每小時(shí)需要 G醇后氣為 = Nm3/h 其中： CO2 Nm3/h CO Nm3/h CH3OH Nm3/h 于是，生產(chǎn)合成氨所需醇后氣量如表 21表示 第 節(jié) 生產(chǎn)甲醇所需原料氣量 表 21 合成氨生成耗用醇后氣量及其組成 耗 用量 氣體組成， Nm3/h H2 N2 CO CO2 CH4 Ar CH3OH 小計(jì) 合成氨反應(yīng) — — — — — 精煉損耗 — — — — 液氨中溶解損耗 — — — — — 續(xù)表 21 合成氨生成耗用醇后氣量及其組成 耗用量 氣體組成， Nm3/h H2 N2 CO CO2 CH4 Ar CH3OH 小計(jì) 氨擴(kuò)散損耗 — — — — — 惰性氣 — — — — — 合計(jì) 醇后氣組成， % 100 生產(chǎn)甲醇所需原料氣量 （ 1）合成甲醇的化學(xué)反應(yīng) 主反應(yīng)： CO+2H2=CH3OH+(22) 副反應(yīng)： 2CO+3H2=(CH3)2O+H2O+ KJ/mol (23) CO+3H2=CH4+H2O+ KJ/mol (24) 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O= KJ/mol (25) 8CO+17H2=C8H18+H2O+ KJ/mol (26) （ 2）粗甲醇組分，算得組分的生成量 甲醇（ CH3OH） ， Nm3/h 二甲醚（（ CH3） 2O） Kg/h 即 Kmol/h， Nm3/h 高級(jí)醇（ C4H9OH） Kg/h 即 Kmol/h， Nm3/h 高級(jí)烷烴（ C8H18） Kg/h 即 Kmol/h， Nm3/h 水（ H2O） Kg/h 即 Kmol/h， Nm3/h （ 3）生產(chǎn)測提，按反應(yīng)式（ 24）每生產(chǎn) 1t粗甲醇的同時(shí)， CH4生成量為 Nm3/h；即 KmolCH4/t 粗甲醇，所以 CH4小時(shí)生生成量為 ,即。液氨中氫氮?dú)馊芙鈸p失： 查物性手冊表 [7]，在上述狀況下液氨中氫氮?dú)馊芙饬糠謩e為： H2 ；N2， 32Nm3/t。在合成塔后排放 CH4,Ar 分別占合成氣的 %和 %，年工作日按 300d。 第 節(jié) 甲醇生產(chǎn)的物料平衡計(jì)算 甲醇生產(chǎn)中，原料氣的量與組成在一定范圍內(nèi)是根據(jù)物料平衡計(jì)算和生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行調(diào)節(jié)整，