【正文】 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)， Dt =℃ ， Wt =℃ 注：下標(biāo) 1 為甲醇，下標(biāo) 2 為水。 本設(shè)計建廠地區(qū)為永城。 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。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。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(zhǔn)確地控制加熱溫度。 表 24物料衡算表 物料 流量 （ kmol/h） 組成 物料 物流（ kmol/h） 進(jìn)料 F 甲醇 水 塔頂產(chǎn)品 D 甲醇 水 塔底殘液 W 甲醇 水 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 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。 代入數(shù)據(jù)得，甲醇的飽和蒸汽壓 ?AP = kpa. 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 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 22作圖法求最小回流比 ????BAPP? ? ??????? i n qq qD xy yxR 操作回流比可取為最小回流比的 ～ 倍，所以取 ?? RR = 所以，回流比確定為 ?R ??? DRL =中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 ???? FqLL39。 代入數(shù)據(jù)得，水的飽和蒸汽壓 ?BP =。摩爾分率單位： % 進(jìn)料的摩爾流量 MwF s?=甲醇的摩爾分率 Fx =（（ 87 ） /32） /= D=根據(jù)物料衡算方程 WDF ?? WDF xWxDxF ????? 計算出 = Dx + Dx? = 進(jìn)料溫度 Ft （ 1000kPa） ?Ft ℃ ，取泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1 塔頂溫度為 ?Dt ℃ 在 ?Ft ℃ 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：水的安托因常數(shù)為 A=， B=， C=[4]。 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。 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。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，地腳螺栓正是通過地腳螺栓座將裙座牢牢地固定在基礎(chǔ)上。 裙式支座是由座圈、基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓座組成。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。 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 +=。本設(shè)計取塔頂空間為 。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。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)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 。摩爾分率單位： %，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。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)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?jǐn)?shù) 的摩爾分?jǐn)?shù) ℃ 的摩爾分?jǐn)?shù) 的摩爾分?jǐn)?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/kg 0 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?jǐn)?shù) 的摩爾分?jǐn)?shù) ℃ 的摩爾分?jǐn)?shù) 的摩爾分?jǐn)?shù) 100 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 預(yù)精餾塔工藝計算 物料衡算 預(yù)精餾塔的目的是 首先對從合成塔過來的粗甲醇進(jìn)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(jìn)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(yù)精餾塔的主要產(chǎn)品是輕餾分，所以此塔的物料衡算應(yīng)取輕餾分的量進(jìn)行計算。蒸汽冷凝液去 E15501。 回收精餾系統(tǒng) 常壓 精餾 塔底出來的廢水，含有 2%左右的甲醇，經(jīng)回收 精餾 塔進(jìn)料泵加壓后，進(jìn)入回收 精餾 塔 C15504，塔頂出來的 氣 相，進(jìn)回收 精餾 塔冷凝器 E15509 的殼程， 被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到 45℃左右，進(jìn)入回流槽 T15504，回流槽出來的液體經(jīng)回收 精餾 塔回流泵加壓后，部分進(jìn)回收 精餾 塔頂部作回流液，其余去中間罐區(qū)的雜醇油儲罐。 常壓精餾系統(tǒng) 加壓 精餾 塔釜液與加壓 精餾 塔的進(jìn)料液在 E15513 中進(jìn)行換熱后，進(jìn)入常壓精餾塔C15503 的 下部，塔頂出來的甲醇蒸 汽 進(jìn)入常壓 精餾 塔回流冷凝器 E15508 的殼程，被管程的循環(huán)冷卻水冷凝冷卻后，進(jìn)常壓 精餾 塔回流槽 T15503 中，回流槽出來的液體經(jīng)常壓精餾 塔回流泵加壓后，一部分進(jìn)常壓 精餾 塔頂作回流液用，其余作精甲醇去中間罐區(qū)。出加壓 精餾塔釜液去常壓 精餾 塔繼續(xù)精餾。 為了防止粗甲醇中的酸性物質(zhì)對管道和設(shè)備造成腐蝕，向粗甲醇中加入少量 5%左右的 NaOH 溶液，將粗甲醇的 PH 值控制在 ~8 左右。預(yù) 精餾 塔塔釜的預(yù)后甲醇經(jīng)液位控制后去加壓 精餾 塔進(jìn)一步精餾。 預(yù)精餾塔 C15501 頂部出來的 氣 相，首先進(jìn)入預(yù) 精餾 塔一級冷凝器 E15506 的殼程，物料被 管 程的循環(huán)冷卻水冷卻到 ℃ ,冷卻下來的液體進(jìn)入預(yù) 精餾 塔回流槽 T15501 中 ；從預(yù) 精餾 塔一級冷凝器 E15506 出來的 氣 體進(jìn)入預(yù) 精餾 塔二級冷凝器 E15515 的殼程，物料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到 40℃左右 ,冷凝下來的液體進(jìn)入 萃取槽 T15508 中，經(jīng)工藝水萃取后，甲醇水溶液進(jìn)入預(yù) 精餾 塔回流槽 T15501 中，萃取出來的物料去雜醇油罐；二級冷凝器中出來的帶有甲醇的不凝氣，進(jìn)排放槽 T15506 中，用水洗滌其中的甲醇后，不凝氣去放空 總管 。在任何情況下，混合物的粘度都比純甲醇的粘度大，見表 17 所示。 1. 密度 甲醇水溶液的密度，隨著溫度的降低而增加；在相同的溫度下，幾乎是隨著甲醇濃度的增加而均衡的減小，如表 16 所示。 甲醇的沸點(diǎn)和蒸汽壓 甲醇的沸點(diǎn)隨壓力變化如表 15 所示。它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物質(zhì)，因此，只有用特殊的方法才能制的完全無水 的甲醇。 ℃ ） (25℃ 氣體 ) 粘 度 Pa 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 表 13 甲醇的一般性質(zhì) 性 質(zhì) 數(shù) 據(jù) 密 度 (0℃ ) 相對密度 沸 點(diǎn) ～ ℃ 熔 點(diǎn) ― ℃ 閃 點(diǎn) 16℃ (開口容器 )， 12℃ （閉口容器） 自 燃 點(diǎn) 473℃ （空氣中）， 461℃ （氧氣中） 臨界溫度 240℃ 臨界壓力 105Pa() 臨界體積 蒸 汽 壓 104Pa()(20℃ ) 熱 容 ～ (g常溫 常壓下，純甲醇是無色透明的、易流動、易揮發(fā)的可燃液體，具有與乙醇相似的氣味。因此生產(chǎn)上常用測量和控制靈敏板的溫度來保證產(chǎn)品的質(zhì)量?？梢妼Ω呒兌确蛛x時，一般不能用測量塔頂溫度來控制塔頂組成。但對高純度分離時，在塔頂（或塔底）相 當(dāng)一段高度內(nèi)，溫度變化極小。 在一定的壓強(qiáng)下，混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)都取決于混合物的組成，因此可以用容易測量的溫度來預(yù)示塔內(nèi)組成的變化。 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié) [7] 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量通常是指餾出液及釜?dú)堃旱慕M成達(dá)到規(guī)定值。如進(jìn)料狀況改變而進(jìn)料位置不變，必然引起餾出液和釜?dú)堃航M成的變化。 當(dāng)進(jìn)料狀況（ Fx 和 q） 發(fā)生變化時，應(yīng)適應(yīng)改變進(jìn)料位置。 應(yīng)指出，在采出率FD一定的條件下，若以增大 R 來提高 Dx ，則有以下限制： ①受精餾塔理論板數(shù)的限制，因為對一定的板數(shù)，即使 R 增到無窮大（全回流）， Dx 有一最大極限值； ②受全塔物料平衡的限制，其極限值為DFxx FD ? 在實際生產(chǎn)中，加入精餾塔中的原料液可能有五種熱狀況：①溫度低于泡點(diǎn)的冷液體；②泡點(diǎn)下的飽和液體；③溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的氣液混合物；④露點(diǎn)下的飽和蒸汽；⑤溫度高于露點(diǎn)的過熱蒸汽。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 回流比增加，使塔內(nèi)上升蒸汽量及下降液體量均增加，若塔內(nèi)氣液負(fù)荷超過允許值，則應(yīng)減小原料液流量。VL 變小，該段的 傳質(zhì)推動力增加，因此在一定的提餾段理論板數(shù)下，釜?dú)堃航M成變小。同時回流比增大，提餾段操作線斜率 39。 回流比是影響精餾塔分離效果的主要因素，生產(chǎn)中經(jīng)常用改變回流比來調(diào)節(jié)、控制產(chǎn)品的質(zhì)量。根據(jù)全塔物料衡算可知，對于一定的原料液流量 F，只要確定了分離程度 Dx 和 Wx ,餾出液流量 D 和釜?dú)堃毫髁?W 也就被確定了。經(jīng)過在精餾塔內(nèi)反復(fù)多次連續(xù)地進(jìn)行這種熱質(zhì)傳遞，最終實現(xiàn)關(guān)鍵輕組分在塔頂高濃度集聚、重組分在塔底高濃度集聚的分離過程。如此不斷汽化、冷凝操作，最后使混合液中的組分幾乎以純組分被分離開來。 精餾是多次簡單 蒸餾的組合。 對于在一定溫度下，由 A 和 B 兩種物質(zhì)組成的雙組分理想溶液的平衡系統(tǒng)，可以通過上述的拉烏爾定律和道爾頓定律來求取理想溶液系統(tǒng)的氣液相平衡關(guān)系式如下： )/()( *** babA PPPPX ??? AB XX ??1 AaA XPP ?? * AB YY ??1 AA YPP ?? AB PPP ?? 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 式中： AX 、 BX 為溶液中組分 A 和組分 B 的摩爾分?jǐn)?shù)； *aP 、 *bP 為純正組分 A 和 B 在同一溫度下的飽和蒸汽壓； AY 、 BY 為氣相中組分 A 和組分 B 的摩爾分?jǐn)?shù)； AP 、 BP 為氣液相平衡時氣相中 A 和 B 蒸汽分壓； P 為理想溶液達(dá)到平衡時溶液上方的汽相總壓。 拉烏爾定律是指：在一定溫度下的平衡理想溶液（假設(shè)兩種液體可以任何比例相互溶解、互溶無體積效應(yīng)和熱效應(yīng)）體系中，溶液表面上方的蒸汽中任一組分的分壓，等于此純組分在此溫度下的飽和蒸汽壓乘以其在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)，可用如下式子表示： iii XPP ?? * 式中： iP 氣相中組分 i 的分壓 ； *iP 此溫度下純組分 i 的飽和蒸汽壓； iX 組分 i 在理想溶液中的摩爾濃度， %。經(jīng)過在精餾塔內(nèi)反復(fù)多次連續(xù)地進(jìn)行這種熱質(zhì)傳遞，最終實現(xiàn)關(guān)鍵輕組分在塔頂高濃度集聚、重組分在塔底高濃度集聚的分離過程。常壓下甲醇的沸點(diǎn)為 ℃，輕組分雜質(zhì)是指其沸點(diǎn)低于 ℃的組分，而重組分雜質(zhì)是指沸中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 點(diǎn)高于 ℃的組分。