【正文】 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。SV???39。g中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 33 頁精餾段： =， =? L?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。與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)則、有對稱性，當(dāng)與散裝填料有相同的比表面積時，填料空隙率更大，具有更大的通量，單位分離能力大。目前，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個方面進行。VS進料： ??精餾段： ???219..SS提餾段： 39。339。339。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 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。39。Wx中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁圖 23 加壓塔求理論塔板數(shù)的圖解法塔頂溫度下： = = ?AP?BP ??BD?塔底溫度下： = =?A?B??BAWP全塔平均揮發(fā)度： ?WDm?因為塔底設(shè)有再沸器，所以精餾塔理論板數(shù)要比梯級數(shù)少 1，所以精餾塔理論板數(shù)為 11 塊，精餾段為 10 塊，提餾段為 1 塊。則? 理論塔板數(shù)計算由于本次設(shè)計時的相對揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡捷法求得，應(yīng)用圖解法。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁因釜殘液幾乎為水，故其焓可按純水進行計算，即=??39。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 1 為甲醇，下標 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。缺點是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁制困難。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）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。代入數(shù)據(jù)得，甲醇的飽和蒸汽壓 = kpa.?A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由于進料為泡點進料 q=1，所以畫 q 線與平衡線交點，用交點坐標 x,y 求最小回流比中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁圖 22 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。代入數(shù)據(jù)得，水的飽和蒸汽壓 =。摩爾分率單位：%tW進料的摩爾流量 =?甲醇的摩爾分率 =（（87）/32）/= D=根據(jù)物料衡算方程 D?? Fxx???計算出 = + =?進料溫度 （1000kPa） ℃，取泡點進料 q=1Ft ?Ft塔頂溫度為 ℃?D在 ℃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：Ft水的安托因常數(shù)為 A=，B=，C=。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁全塔高度=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=+++7+= 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。 全塔高度和塔徑的確定精餾段填料選擇為 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) 2022 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℃ 的摩爾分數(shù) 的摩爾分數(shù) ℃ 的摩爾分數(shù) 的摩爾分數(shù) 134 129 135 140 145 130 148 150 155 158 131 160 165 168 132 170 172 133 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁表 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/kg0 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℃ 的摩爾分數(shù) 的摩爾分數(shù) ℃ 的摩爾分數(shù) 的摩爾分數(shù)100 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)回收精餾塔進料泵加壓后，進入回收精餾塔 C15504，塔頂出來的氣相，進回收精餾塔冷凝器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料液在 E15513 中進行換熱后，進入常壓精餾塔 C15503 的下部，塔頂出來的甲醇蒸汽進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一步精餾。預(yù)精餾塔 C15501 頂部出來的氣相，首先進入預(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,冷凝下來的液體進入萃取槽 T15508 中，經(jīng)工藝水萃取后，甲醇水溶液進入預(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。 甲醇的沸點和蒸汽壓甲醇的沸點隨壓力變化如表 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 ～℃熔 點 ―℃閃 點 16℃(開口容器)，12℃（閉口容器）自 燃 點 473℃（空氣中） ，461℃（氧氣中）臨界溫度 240℃中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁臨界壓力 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。在一定的壓強下，混合物的泡點和露點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。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié)精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量通常是指餾出液及釜殘液的組成達到規(guī)定值。如進料狀況改變而進料位置不變，必然引起餾出液和釜殘液組成的變化。當(dāng)進料狀況（ 和 q）發(fā)生變化時，應(yīng)適應(yīng)改變進料位置。應(yīng)指出，在采出率 一定的條件下，若以增大 R 來提高 ，則有以下FDDx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） ， 有一最大極限值；Dx②受全塔物料平衡的限制，其極限值為 DFx? 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溫度低于泡點的冷液體；②泡點下的飽和液體；③溫度介于泡點和露點之間的氣液混合物；④露點下的飽和蒸汽；⑤溫度高于露點的過熱蒸汽。DxW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)氣液負荷超過允許值，則應(yīng)減小原料液流量。VL此在一定的提餾段理論板數(shù)下，釜殘液組成變小。例如當(dāng)回流比增大時，精餾段操作線斜率 變VL大，該段內(nèi)傳質(zhì)推動力增加，因此在一定的精餾段板數(shù)下餾出液組成變大。而 和 決定于氣液平衡關(guān)DxW系（ ） 、 、q、R 和理論板數(shù) （適宜的進料位置） ，因此 D 和 W 或采?FxTN出率 與 只能根據(jù) 和 確定，而不能任意增減，否則進、出塔的兩DxW個組分的量不平衡，必然導(dǎo)致塔內(nèi)組成變化，操作波動，使操作不能達到預(yù)期的分離要求。 影響因素保持精餾裝置的物料平衡是精餾塔穩(wěn)態(tài)操作的必要條件。粗甲醇精餾就是根據(jù)粗甲醇中各種組分的沸點和相對揮發(fā)度的不同，在精餾塔內(nèi)的熱質(zhì)傳遞元件上，通過建立物料、熱量和汽液相平衡，在汽液相之間連續(xù)不斷地實現(xiàn)熱質(zhì)的傳遞：在液相由上向下流動的過程中，由于塔內(nèi)溫度由上到下連續(xù)升高，沸點低、易揮發(fā)的輕組分相對地從液相向氣相中擴散傳遞，而氣相在由下向上流動的過程中，由于溫度連續(xù)降低，沸點高、揮發(fā)度較低的重組分則相對地向液相中凝集傳遞，同時熱量從氣相向液相傳遞。蒸餾操作系基于混合液中各組分在相同的溫度