【正文】 3/ 5 7 3/5 6 3 9/4 3 1 mkgL F m ???? 精餾段液相平均密度為 3/ 0 92/) 5 6 3( mkgLm ???? 液體平均表面張力的計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即 Lm i ix???? 塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 由 CtD ?? ，查手冊(cè) [21]得 mmNA /?? mmNB /?? 20 mmNL D m /8 4 1 8 7 1 ?????? 進(jìn)料板液相平均表面張力為 由 CtF ?? ，查手冊(cè) [21]得 mmNA /?? mmNB /?? mmNL F m /4 4 3 9 7 0 ?????? 精餾段液相平均表面張力為 mmNLm /)( ???? 液體平均粘度 計(jì) 算見(jiàn)第 18 頁(yè) 精餾段液相平均黏度 ?LM? 精餾塔的 塔體工藝尺寸計(jì)算 塔徑的計(jì)算 精餾段的氣、液相體積流率為 smVMV VmVms / 3?? ??? ? smLML LmLms /0 0 0 7 3?? ??? ? 由 m axLVVuC????? 式中的 C由式 ()20LCC?? 計(jì)算，其中20C 由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標(biāo)為 4 0 93 6 0 01 2 3 6 0 00 0 0 7 2/12/1 ???????? ??????????VLhhVL ?? 取板間距 ? ，板上液層高度 ? ，則 h m? ? ? ? 查史密斯關(guān)聯(lián)圖 [22]得 20C = 0 75 ?????????C 21 1 12..20 0 090 75 a x ???u 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 smuu /2 6 1 m a x ???? muVD S 06 12 ????? ? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D= 塔截 面積為 222 1 3 mDA T ???? ?? 實(shí)際空塔氣速為 smu /9 9 3 1 2 ?? 精餾塔有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為 )15(1 ?????? THNZ ）（ 精精 提餾段有效高度為 )115(1 ?????? THNZ ）（ 提提 在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為： 故精餾塔的有效高度為 ??????? 提精 ZZZ 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 溢流裝置計(jì)算 因塔徑 D＝ ，可選用單溢流弓形降 液管，采用凹形受液盤。39。 因塔頂為全凝 則 ?? Dxy 由（ 33）式求得第一塊板下降液體組成 7 0 1 9 1 11 ?????? yyx 利用（ 31）式計(jì)算第二塊板上升蒸汽組成為 12 ??? xy 交替使用式（ 31）和式（ 33）直到 nFxx? ，然后改用提餾段操作線方程，直到nWxx? 為止， 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 3。139。39。 l/h1 4 5 . 7 6 7 k m o=V=V39。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作為回流，其余為塔頂產(chǎn)品，經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。（一天 24 小時(shí)，一年可連續(xù)工作 300 天） 進(jìn)料組成 甲醇： 46% 水： 54% ﹙質(zhì)量分?jǐn)?shù)﹚ 分離純度 塔頂甲醇含量≥ 95% 塔釜甲醇含量≤ 3% ﹙質(zhì)量分?jǐn)?shù)﹚ 塔板類型 篩板塔 操作 壓力 常壓 塔底加熱蒸汽： 水文：水量充沛，一次水 tmax≤ 30 設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明 3 萬(wàn)噸甲醇的精餾。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分加回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。精餾塔操作流程由精餾塔主體、塔頂冷凝器、塔底再沸器、回流泵及其他 輔助設(shè)備安裝組合而成。 從以上分析可知，為達(dá)到混合液的高純度分離，除了精餾塔具有足夠?qū)訑?shù)塔板以外，還必須從塔頂引入“回流液”和從塔底產(chǎn)生上升蒸汽流，以建立氣液 兩相體系。同理，只要提餾段有足夠的塔板層數(shù)，在塔底可得到高純度的難揮發(fā)組分產(chǎn)品 [18]。經(jīng)過(guò)每層塔板后，凈的結(jié)果是氣相中易揮發(fā)組分的含量增高，液相中難揮發(fā)組分增濃。加料口將 精餾塔分成兩段，上段為精餾段，加料口以下為提餾段。原料液自塔 (C101)中部的適當(dāng)位置加入塔內(nèi)，塔頂冷凝器 (E103)將上升的蒸汽冷凝成液體，其中一部分作為塔頂產(chǎn)品（冷凝液）采出，另一部分引入塔頂作為“回流液”，在塔板上建立液層。與其他類型的塔板相比，選擇篩板塔能獲得更大的效率。為此，應(yīng)保證分散相的良好分散，兩相的適當(dāng)湍動(dòng)和最大可能地接近逆流流動(dòng)，以期獲得大的傳質(zhì)面積、增大傳質(zhì)系數(shù)、提高傳質(zhì)推動(dòng)力。 本設(shè)計(jì)應(yīng)采用篩板塔。但應(yīng)指出，在工業(yè) 應(yīng)用中，目前還多采用 F1 型浮閥，其原因是 F1型浮閥已有系列化標(biāo)準(zhǔn)，各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完善，便于設(shè)計(jì)和對(duì)比 [16]。由于浮閥具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)較其他型式的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開(kāi)發(fā)的主要方向。其缺點(diǎn) 是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。氣流從浮閥周邊水平地進(jìn)入塔板上液層，浮閥可根據(jù)氣流流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。 ③浮閥塔板 浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸收了兩種塔板的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，由于設(shè)計(jì)和控制水平的提高，可使篩板的操作非常精確，彌 補(bǔ)了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。其缺點(diǎn)是篩孔宜堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料 【 15】 。工業(yè)應(yīng)用中以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場(chǎng)合（如分離粘度大，易結(jié)焦的物系）。 ②篩孔塔板 篩孔塔板簡(jiǎn)稱篩板，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為塔板上開(kāi)有許多均勻的小孔。近年來(lái)，泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代。 10 泡罩塔板的主要優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，液氣比范圍大，不易堵塞，適于處理各種物料，操作穩(wěn)定可靠。泡罩尺寸分為Φ 80mm, Φ 100mm, Φ 150mm 三種，可根據(jù)塔徑的大小選擇。 ①泡罩塔板 泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，其主要元件為生氣管及泡罩。 塔板的類型與選擇 塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯(cuò)流式塔板與逆流式塔板兩類。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗，以及降低經(jīng)常操作費(fèi)用。 ③流體流動(dòng)的阻力小。當(dāng)塔設(shè)備的氣（汽）液負(fù)荷量有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)傳質(zhì)效率。 在化工或煉油廠中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量 、 質(zhì)量 、 生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面都有重大的影響．據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備投資費(fèi)用的較大比例（ 見(jiàn)表）．因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工 、 煉油等行業(yè)的極大重視 [12]?？傊_定流程時(shí)要較全面、合理地兼顧設(shè)備、操作費(fèi)用、操作控制及安全等因素。在此過(guò)程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用。間歇精餾具有操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于小規(guī)模、多品種或多組分物系的初步分離。精餾過(guò)程按操作方式的不同，分為連續(xù)精餾和間歇精餾兩種流程 [10]。例如，對(duì)于熱敏物系的分離，要求塔壓降盡可能低，選用填料塔較為適宜；對(duì)于有側(cè)線進(jìn)料和出料的工藝過(guò)程，選用板式塔較為適宜；對(duì)于有懸浮物或容易聚合物系的分離，為防止堵塞，宜選用板式塔；對(duì)于液體噴淋密度極小的工藝過(guò)程，若采用填料塔，填 料層得不到充分潤(rùn)濕，使其分離效率明顯下降，故宜選用板式塔；對(duì)于易發(fā)泡物系的分離，因填料層具有破碎泡沫的作用，宜選用填料塔。在蒸餾過(guò)程中采用填 8 料塔及在吸收過(guò)程中采用板式塔已有不少應(yīng)用范例，尤其是填料塔在經(jīng)流過(guò)程中的應(yīng)用已非常普遍。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，整流過(guò)程多選用板式塔，而吸收過(guò)程多選用填料塔。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收 ， 氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕 、 減濕等 [8]。 塔設(shè)備是化工 、 煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備 之一。采用 大孔徑篩板可避免堵塞，而且由于氣速的提高，生產(chǎn)能力增大。篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，氣體壓降小，板上液面落差也較小，生產(chǎn)能力及板效率均較泡罩塔高。篩孔在塔板上通常做正三角形排列。篩孔塔板簡(jiǎn)稱篩板，塔板上開(kāi)有許多均勻分布的小孔。泡罩塔板的缺點(diǎn)是塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬耗量大，造價(jià)高，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率均較低。同時(shí)，各種新型高效塔板不斷問(wèn)世。這種塔板的結(jié)構(gòu)雖簡(jiǎn)單，板面利用率也高，但需要較高的氣速才能維持板上液層，操作范圍較小，分離效率也低，工業(yè)上應(yīng)用較少。錯(cuò)流式塔板 廣泛應(yīng)用于精餾、吸收等傳質(zhì)操作中。按照塔內(nèi)氣液流動(dòng)的方式，可將塔板分為錯(cuò)流式與逆流式。 7 進(jìn)行精餾反應(yīng)的塔設(shè)備的選擇 塔器是一種高徑比很大的設(shè)備，它可使汽液、氣液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際間傳熱的目的，因此是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。 上述分別進(jìn)行液相部分汽化和氣相部分冷凝的過(guò)程，原理上可以獲得混合物高純度的分離，但因產(chǎn) 生大量中間餾分而使所得產(chǎn)品量極少，收率極低。如此將液體混合物進(jìn)行多次部分汽化，在液相中可得到高純度的難揮發(fā)組分產(chǎn)品。兩相的量由杠桿規(guī)則確定。 6 圖 21 將組成為 xF 的混合液升溫至泡點(diǎn)以上使其部分汽化，并將氣液分開(kāi)，兩相的組成分別為 y1和 x1。 精餾是利用混合液中組分揮發(fā)度的差異，實(shí)現(xiàn)組分高純度分離的多級(jí)蒸餾操作，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝和部分冷凝的過(guò)程。溶液的氣液平衡是蒸餾過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)，是精餾操作分析和過(guò)程計(jì)算的重要依據(jù)。精餾是利用混 合液中組分揮發(fā)度的差異，實(shí)現(xiàn)組分高純度分離的多級(jí)蒸餾操作，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過(guò)程。必要時(shí)可選用若干個(gè) R值，利用簡(jiǎn)捷法求出對(duì)應(yīng)理論板數(shù) N，作出 NR 曲線，從中找出適宜操作回流比 R,也可作出 R 對(duì)精餾操作費(fèi)用的關(guān)系線，從中確定適宜回流比 R。 回流比的選擇：回流比是精餾操作的重要工藝條件，其選擇的原則是使設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)用之和最低。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱，例如精餾釜?dú)堃褐械闹饕M分是水，且在低濃度下輕組分的相對(duì)揮發(fā)度較大時(shí)（如乙醇與水混合液）宜用直接蒸汽加熱，其優(yōu)點(diǎn)是可以利用壓力較低的加熱蒸汽以節(jié)省操作費(fèi)用，并省掉間接加熱設(shè)備。若工藝要求減少塔釜的加熱量，以避免釜溫過(guò)高，料液產(chǎn)生聚合或結(jié)焦，則應(yīng)采用氣態(tài)進(jìn)料。 進(jìn)料熱狀況的選擇： 精餾操 作有五種進(jìn)料熱狀況，進(jìn)料熱狀況不同，影響塔內(nèi)各層塔板的氣、液相負(fù)荷。一般除熱敏性物系外，凡通過(guò)常壓精餾能夠?qū)崿F(xiàn)分離 要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來(lái)的物系，都應(yīng)采用常壓精餾；對(duì)熱敏系物系或者混合物泡點(diǎn)過(guò)高的物系，則宜采用減壓蒸餾；對(duì)常壓下餾出物的冷凝溫度過(guò)低的物系，需提高塔壓或者采用深井水、冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)的物系必須采用加壓精餾。總之，確定流程時(shí)要較全面、合理的兼顧設(shè)備、操作費(fèi)用、操作控制及安全諸因素。工業(yè)上以采用全凝器為主，以便于準(zhǔn)確地控制回流比。另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可采用高位槽送料，以免受泵操作波動(dòng)的影響。在此過(guò)程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用。間歇精餾具有操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于小規(guī)模、多品種或多組分物系的初步分離。精餾過(guò)程按操作方式的不同，分為連續(xù)精餾和間歇精餾兩種流程。 為了滿足氫碳比例，如果原料氣中氫碳不平衡，當(dāng)氫多碳少時(shí)（如以甲烷為原料），則在制造原料氣時(shí)，還要補(bǔ)碳，一般采用二氧化碳。一般以含碳?xì)浠蚝嫉馁Y源如天然氣、石油氣、石腦油、重質(zhì)油、煤和乙炔尾氣等，用蒸汽轉(zhuǎn)化或部分氧化加以轉(zhuǎn)化，使其生成主要由氫、一氧化碳、二氧化碳組成的混合氣體，甲醇合成氣要求（ H2 － CO2 ） /（ CO+CO2 ） = 左右。這種精餾工藝的主要目標(biāo)是：通過(guò)實(shí)驗(yàn)室精餾學(xué)習(xí) 到關(guān)于分離的知識(shí)；通過(guò)比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)模擬系統(tǒng)和完善模型；估計(jì)分離流程的設(shè)備規(guī)格和費(fèi)用。因?yàn)樵趶U液中分離的甲醇和甲醛有很高的產(chǎn)品收率，所以在用于分離那些混合物的時(shí)候被認(rèn)為是更經(jīng)濟(jì)和節(jié)約的方法，并且可以被用在各自工藝流程的原材料 ]4[ 。未來(lái)甲醇生產(chǎn)裝置將具有一下特點(diǎn)：低投資成本為前提的大型、單列裝置；可靠性較高的先進(jìn)技術(shù)；環(huán)境污染小的生產(chǎn)技術(shù)。我國(guó)小型聯(lián)醇裝置每噸產(chǎn)品耗能則高達(dá) 70 吉焦。據(jù)全國(guó)化學(xué)工程技術(shù)委員會(huì)副主任、中石化寧波工程有限公司副總工程師唐宏青介紹，國(guó)內(nèi)煤基甲醇每噸產(chǎn)品能耗為 50～ 60 吉焦，耗煤 噸左右，耗水 22～ 30 噸。甲醇用途廣泛 ,它的下游產(chǎn)品多達(dá)幾百種。高壓法為 BASF 最先實(shí)現(xiàn)工業(yè)合成的方法，但因其能耗大，加工復(fù)雜，材質(zhì)要求苛刻，產(chǎn)品中副產(chǎn)物多，今后將由 ICI低壓和中壓法及 Lurgi 低壓和中壓法取代 3 。單產(chǎn)甲醇（分高壓法低壓和中壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法）。合成甲醇可以固體（如煤、焦炭）液體（如原油、重油、輕油