【正文】 由計(jì)算可知，年產(chǎn)5萬噸甲醇精餾工段的設(shè)計(jì)可行，同時繪制出的生產(chǎn)工藝流程圖和精餾塔設(shè)計(jì)條件圖都符合計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況。本設(shè)計(jì)采用浮閥塔，通過本次的精餾工藝設(shè)計(jì)，使甲醇得到了較好的分離，能夠滿足塔底含甲醇量≤1%的精餾要求，本設(shè)計(jì)的平均操作溫度為85℃，接近于常壓操作。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下: （436）已知溫度70℃，進(jìn)料的水密度為:,甲醇密度:[14]，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)：液相的平均密度為：那么: 進(jìn)料體積流量為：取則：經(jīng)圓整后選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格為： 回流管已知回流溫度40℃，甲醇液體密度為：[14]那么甲醇液體的體積流量：取則：經(jīng)圓整后選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格為： 實(shí)際流速： 塔底出料管已知塔釜溫度105℃，查得水的密度：,甲醇的密度為：[14],而液相的平均密度為：那么: 出料體積流量為：取則：經(jīng)圓整后選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格為：實(shí)際流速： 塔頂蒸汽出料管采用直管出氣，塔頂上升蒸汽的體積流量為：取蒸汽速度為：則:經(jīng)圓整后選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格為： 塔底蒸汽進(jìn)氣管采用直管出氣，塔頂上升蒸汽的體積流量為：取蒸汽速度為：則:經(jīng)圓整后選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格為： 浮閥塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總表 浮閥塔設(shè)計(jì)結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值或說明備注塔高：m塔徑：m板間距：m塔板形式單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速：m/s精餾段提餾段堰長：m堰高 ：m精餾段提餾段板上液層高度hl ：m降液管底隙高度h0：m精餾段提餾段浮閥個數(shù)：個280閥孔氣速u0:m/s閥孔動能因素9孔心距t：m等腰三角形單板壓降：pa降液管液體停留時間：s精餾段提餾段降液管內(nèi)流液層高Hd(m)：泛點(diǎn)率%氣相負(fù)荷上限：霧沫夾帶控制氣相負(fù)荷下限：漏液線控制開孔率%操作彈性結(jié) 論本設(shè)計(jì)的題目是：年產(chǎn)5萬噸甲醇雙塔精餾工藝設(shè)計(jì)，這是河南煤化集團(tuán)安化公司的一個項(xiàng)目。（2）塔板的氣相負(fù)荷上限完全由霧沫夾帶控制。取E=1，則 （440）根據(jù)本題表43及式（434）﹑（436）﹑（438）﹑（440）可分別作出塔板負(fù)荷性能圖上的五條線，如下圖所示。又知，即： （437）式中、N、 均為已知數(shù)，故可由此式求出氣相負(fù)荷的下限值，據(jù)此作出與液相流量無關(guān)的水平漏液線。因此，可將上式簡化得： （434） 液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時間不低于3～5s，則液體在降液管內(nèi)停留時間: =3～5s （435）求出上限液體流量值（常數(shù)），在～圖上，液相負(fù)荷上限線為與氣體流量無關(guān)的豎直線。按泛點(diǎn)率80%計(jì)算：得到： 由以上式子可知：霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任兩個L值，算出V值如表43： 霧沫夾帶線數(shù)據(jù)L（m3/s）0V（m3/s） 液泛線 （426）由此確定液泛線。 霧沫夾帶板上液體流經(jīng)長度：板上液流面積：根據(jù)甲醇水系統(tǒng)屬于無泡沫正常系統(tǒng)，由，可查得物性數(shù)據(jù)[23]： ，則泛點(diǎn)率為： 計(jì)算出的泛點(diǎn)率在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足ev。Hd可用下式計(jì)算，即： （424）（1）與氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊后w高度。那么按N=280個重新核算孔速和閥孔動能因子閥孔動能因子變化不大，仍在9～13范圍之內(nèi)。 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列（1）塔板分布本設(shè)計(jì)塔徑D=，故采用分塊式塔板，以便通過人孔裝拆塔板，查得塔塊分4塊[25]。( 此種溢流方式液體流徑較長，塔板效率較高，塔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，) [24]。 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 溢流裝置的計(jì)算（1）溢流堰的設(shè)計(jì)在精餾塔中，塔板上的堰可以保持塔板上有一定的清液高度，倘若過高，那么霧沫夾帶嚴(yán)重，過低，則汽液接觸時間短，這樣的話，都會使塔板的效率降低。故：mm按鋼板厚度規(guī)格圓整，得塔體名義厚度mm。則塔總體高度為：H=(N2nP)HT+HD+H1+npHp+ HF+HB+H2 =(32－2－3)+++3+++= 塔體壁厚計(jì)算（1）選擇鋼材因甲醇對塔體腐蝕性小，又是一般溫度操作，故可選鋼[23]。由于裙座內(nèi)徑800mm，故裙座厚度取16mm[19]。人孔直徑為600mm，其伸出塔體的筒體長為200~250mm，人孔距操作平臺800~1200mm[19]。（3）塔底空間塔底空間高度HB是指從塔底最下層塔板到塔底封頭的底邊處的距離，取釜液停留時間為5min，則：（4）人孔對于mm的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔6~8層塔板設(shè)一人孔。（2）塔頂空間塔頂空間指最上層塔板與塔頂間距,有利于出塔氣體夾帶的液滴沉降。則封頭高度H1=h1+h2=400+25=425mm。精餾段：（1）求操作負(fù)荷系數(shù)精餾段功能參數(shù)： 取板間距：HT＝400mm 取板上液層高度：hL=則塔板間有效高度： 根據(jù)史密斯圖[20]查得負(fù)荷系數(shù)為： 則： （415）（2）最大流速，則空塔氣速為： （3）求塔徑D （416）按標(biāo)準(zhǔn)塔經(jīng)圓整后為D=1600mm塔截面積為 實(shí)際空塔氣速為 (安全系數(shù)在充許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計(jì)要求[21])提餾段：（1）求操作負(fù)荷系數(shù)提餾段功能參數(shù)：根據(jù)史密斯圖查[20]得負(fù)荷系數(shù)為： 則（2）最大流速，則空塔氣速為： （3）求塔徑D按標(biāo)準(zhǔn)塔經(jīng)圓整后為D=1400mm塔截面積為 實(shí)際空塔氣速為 (安全系數(shù)在充許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計(jì)要求[21])對全塔，取全塔塔徑為D=1600mm 塔總體高度計(jì)算（1）塔頂封頭 封頭分橢圓形封頭、蝶形封頭等幾種。 ℃時 =塔頂平均粘度：則 =進(jìn)料板平均粘度：則 =塔底平均粘度：　則 =精餾段平均粘度：提餾段平均粘度： 平均表面張力的計(jì)算查工具書得[14]：℃時 =℃時 = =℃時 ＝ （3）塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 （4）精餾段平均摩爾質(zhì)量 （5）提餾段平均摩爾質(zhì)量 平均密度及體積流量的計(jì)算查《化學(xué)工程設(shè)計(jì)手冊》[18]得到：tm=℃時 全塔平均溫度為： 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算（1）塔頂平均摩爾質(zhì)量 t=70℃塔釜溫度 tD=65℃進(jìn)料板溫度塔頂溫度 =70℃時 =105℃時 所以： =℃時 （412）CHOH的安托尼方程[17]： （413）由泡點(diǎn)方程試差[17]可得當(dāng)則HO的安托尼方程[17]： 主要原因有：原料液粗甲醇不是簡單的甲醇和水的混合物，還有與甲醇相對揮發(fā)度較小的組分；選用的塔板數(shù)較多可以減小塔徑，但一定會造成塔高過高，對塔的制造成本較高，操作的成本也會較高。則最小回流比為: 取回流比為最小回流比的2倍，則： 理論板數(shù)根據(jù)；查吉利蘭關(guān)聯(lián)圖[16]得到：則： 解得：N＝16塊 進(jìn)料位置塊圓整后取： ，所以適宜的進(jìn)料位置在第四塊板。 塔板數(shù)的確定 各點(diǎn)的甲醇摩爾分?jǐn)?shù)（1）預(yù)后甲醇中的甲醇摩爾分?jǐn)?shù) （41） （2）精甲醇中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) （42） （3）殘液中的甲醇摩爾分?jǐn)?shù) （43） 處理能力進(jìn)料量： （44）精餾段物料量： （45）提餾段物料量: （46） 最小理論板數(shù)Nmin （1）平均揮發(fā)度 查數(shù)據(jù)手冊得到以下數(shù)據(jù)[14]：甲醇的飽和蒸汽壓：105℃ 70℃ 65℃水的飽和蒸汽壓： 105℃ 70℃ 65℃由下面公式計(jì)算：