【正文】 萬(wàn)噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書(shū) 21 口堰高度 hW， (hwho)不應(yīng)低于 6mm才能保證降液管底端有良好的液封 . 工程上 ho一般取2025mm。 綜合考慮各方面因素，本設(shè)計(jì)體系采用單溢流、弓形降液管。C????????液 相 密 度 ，氣 相 密 度 ，負(fù) 荷 因 子 ， 橫坐標(biāo)的數(shù)值為： (Ls/Vs)(ρ L/ρ v)= 參考有關(guān)資料，根據(jù)塔板間距與塔徑的關(guān)系 塔板間距與塔徑的關(guān)系 塔 徑 /D， m ～ ～ ～ ～ ～ 板間距 /HT， mm 200～ 300 250～ 350 300～ 450 350～ 600 400～ 600 初選板間距 TH =, 取板上液層高度 h1=， 故分離空間 HTh1== 根據(jù)以上數(shù)值，由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得， C20= 由公式 C= 20C20???????校正得 C= Umax=CLVV???? = [()/] =取安全系數(shù) ，則 u= maxu =6 萬(wàn)噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書(shū) 20 故 D=4sVu?=[(4 )/( )]= 所以圓整取 D= ∴塔截面積： AT= 2πD41 = m2 空塔氣速 u= VS / AT = m/s 單溢流又稱直徑流，液體自液盤(pán)橫向流過(guò)塔板至溢流堰，流體流徑較大，塔板效率高，塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，直徑小于 。kg / m 。 s ∴μ L,m提 =(+)/2= s , μ 甲醇 = s ∴μ L,m精 =(+)/2= s , μ 甲醇 = s ∴μ L,D= + = s 1． 精餾段 查表得： ℃時(shí) ,μ 水 = ∵（ )/()=()/() ∴ tD=℃ ∵ ()/()=(tw100)/() ∴ tw=℃ ∵ ()/()=()/() ∴ tf=℃ 1）精餾段 ： 塔頂溫度 tD=℃ , tf=℃ , ∴ t 精 =(tD+tf)/2=℃ 2）提餾段 : t 提 =(tw+tf)/2 =(+)/2=℃ 3) 平均溫度 =(tD+tw)/2=(+)/2=℃ 1）精餾塔的汽、液相負(fù)荷 : L=RD= = kmol/h V=(R+1)D=(+1) = kmol/h V’ =V= kmol/h L’ =L+F= kmol/h+382 kmol/h=2）塔頂平均分子量 : X1=, Y1= 6 萬(wàn)噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書(shū) 15 MVDM= 32+() 18=MLDM= 32+() 18=3) 加料板上一塊塔板平均摩爾質(zhì)量： X5=, Y5= MVFM= 32+() 18= g/mol MLFM = 32+() 18= g/mol 4） 加料板平均分子量： Xf= , yf= MVFM= 32+() 18= g/mol MLFM= 32+() 18= g/mol 5）塔底平均分子量： xw=, yw= MVWM= 32+() 18=MLWM= 32+() 18=∴精餾段平均摩爾質(zhì)量： MVm=(MVDm+MVFm)/2=(+)/2=MLm=(MLDm+MLFm)/2 =(+)/2= 提餾段平均摩爾質(zhì)量： MVm=(MVDm+MVFm)/2=(+)/2=MLm=(MLDm+MLFm)/2 =(+)/2= : 精餾段：ρ V,M=P MVM/RT 精 = [ (+)]=提餾段：ρ V,M’ =P’ MVM’ /RT 提 = [ (+)]= 表 1 甲醇和水不同溫度下的密度 溫度 /℃ 60 70 80 90 100 ρ（甲醇） 751 743 734 725 716 ρ（水） 6 萬(wàn)噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書(shū) 16 已知： 混合液密度 : 1 ABL A Baa? ? ??? 甲醇與水在對(duì)應(yīng)溫度下的密度： 溫度℃ 甲醇 3kgm 水 3kgm 1． 精餾段 ①塔頂： tD=℃ XD= ∵ 1/ρ LD,M=WA/ρ LA+WB/ρ LB 其中 WAD==, WBD=,ρ LA=,ρ LB=∴ρ LD,M=②進(jìn)料板上： tf=℃ ,Xf=, ρ LA=, ρ LB=∵ WAf= 又∵ 1/ρ LF,M=+()/ ∴ρ LF,M=精餾段平均液相密度： ρ L,M精 =(+)/2=2． 提餾段： 塔底： tw=℃， Xw=, ∵ 1/ρ LW,M=WA/ρ LA+WB/ρ LB 其中 WAW= ,WBW= ρ LA=∴ρ LW,M=∴提餾段平均液相密度ρ L,M =(+)/2= 6 萬(wàn)噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書(shū) 17 表 2 甲醇和水不同溫度下的表面張力 溫度 /℃ 60 70 80 90 100 б（甲醇） б（水） ∵б m=∑ xiб i， 故甲醇與水在對(duì)應(yīng)溫度下的表面張力： 溫度℃ 甲醇 mN/m 水 mN/m 1． 精餾段 ①塔頂： tD=℃ xD= б 水 =, б 甲醇 =б m,D= +() =②進(jìn)料板上： tf=℃ ,Xf=, б 水 =, б 甲醇 =б m,F= + =∴ б m,精 =(+)/2=2． 提餾段 塔底： tw=℃ , Xw= б 水 =, б 甲醇 =б m,W= + =∴б m,提 =(+)/2= L,m 表 3 甲醇和水不同溫度下的粘度 6 萬(wàn)噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書(shū) 18 溫度 /℃ 60 70 80 90 100 μ（ 甲醇） μ（水） 采用插值法，故甲醇與水在對(duì)應(yīng)溫度下的粘度為： 溫度℃ 甲醇 mPa 操作線上的點(diǎn) 平衡線上的點(diǎn) （ X5=,Y6=） （ X6=,Y6=） （ X6=,Y7=） （ X7=,Y7=） （ X7=,Y8=） （ X8=,Y8=） （ X8=,Y9=） （ X9=,Y9=） （ X9=,Y10=） （ X10=,Y10=） （ X10=,Y11=） （ X11=,Y11=） 由于到 X11首次出現(xiàn) Xi X w ，故總理論板數(shù)不足 11 塊 ∴總的理論板數(shù) NT=10+（ X10Xw） /（ X10X11） =( 包括再沸器 ) 實(shí)際板數(shù)的確定 6 萬(wàn)噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書(shū) 13 實(shí)際塔板數(shù) Np=NT/ ET ET的計(jì)算 根據(jù)汽液平衡表 ,由內(nèi)插法求得塔頂溫度 tD,塔釜溫度 tw, ∵（ )/()=()/() ∴ tD=℃ ∵ ()/()=(tw100)/() ∴ tw=℃ ∵ ()/()=()/() ∴ tf=℃ 平均溫度 =(tD+tw)/2=(+)/2=℃ 又由奧克梅爾公式： ET=(αμ L) 其中α =,μ L= ?? = 組分 分子式 分子量 沸點(diǎn) 熔點(diǎn) 水 H2O 甲醇 CH3OH 6 萬(wàn)噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書(shū) 12 精餾段理論板數(shù)： 平衡線方程為： y= α x1+(α 1)x =(1+) 精餾段操作方程： y= RR+1 x + XD R+1 =+ 由上而下逐板計(jì)算，自 X0= Xi首次超過(guò) Xq = 操作線上的點(diǎn) 平衡線上的點(diǎn) （ X0=,Y1=） (X1=, Y1=) （ X1=,Y2=） （ X2=,Y2=） （ X2=,Y3=） （ X3=,Y1=） （ X3=,Y4=） （ X4=,Y4=） （ X4=,Y5=） （ X5=,Y5=） 因?yàn)?X5時(shí)首次出現(xiàn) Xi Xq 故第 5塊理論版為加料版，精餾段共有 4塊理論板。39。塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。 6 萬(wàn)噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書(shū) 9 第二章 精餾的工藝流程圖的確定 甲醇 — 水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后，用泵送入精餾塔。采用重力回流可節(jié)省一臺(tái)回流泵，節(jié)省設(shè)備費(fèi)用，但用泵強(qiáng)制回流，便于控制回流比。但直接蒸汽加熱，只適用于釜中殘液是水或與水不互溶而易于分離 的物料，所以通常情況下，多采用間接蒸汽加熱。 即： R= Rmin 塔釜加熱方式： 塔釜可采用間接蒸汽加熱或直接蒸汽加熱。但是隨著回流比的增加，塔釜加熱劑的消耗量和塔頂冷凝劑的消耗量液隨之增加，操作費(fèi)用增加，6 萬(wàn)噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書(shū) 8 所以操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用總和最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的回流比為最佳回流比。綜合考慮各方面因素，決定采用泡點(diǎn)進(jìn)料，即 q=1 。這樣，塔內(nèi)精餾段和提留段上升的氣體量變化較小，可采用相同的塔徑，便于設(shè)計(jì)和制造。原則上，在供熱一定 的情況下，熱量應(yīng)盡可能由塔底輸入，使產(chǎn)生的氣相回流在全塔發(fā)揮作用，即宜冷也進(jìn)料。 ∴ 操作壓強(qiáng) :P=1atm== 103KPa。這類溶液在常壓下又是液態(tài)，塔頂蒸氣又可以用普通冷卻水冷凝，因而也不需采用加壓蒸餾。但是降低壓力也導(dǎo)致了塔直徑的增加和塔頂冷凝溫度的降低，而且必須使用抽真空設(shè)備，增加了相應(yīng)的設(shè)備和操作費(fèi)用。降低操作壓力，組分的相對(duì)揮發(fā)度增加，有利于分離。在相同條件下適當(dāng)提高操作壓力可以提高塔的處理能力，但是增加了塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對(duì)揮發(fā)度液會(huì)下降。確定操作壓力時(shí)主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì)，技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)考慮的。 由于此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，本人水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇切希望各位老師指出，以便訂正。 近幾十年來(lái)，人們對(duì)浮閥塔的研究越來(lái)越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越豐富，積累的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計(jì)浮閥塔比較合適。 但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成 ，致使浮閥造價(jià)昂貴，推廣受到一定限制。 4．氣體壓降及液面落差小，因氣液流過(guò)浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 2．操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔。 關(guān)鍵詞 ： 精餾 ；甲醇 水體系；浮閥塔 60000 tons/year methanol aqueous solution float valve column design Abstract In the chemical,petroleum,pharmaceutical,food and other production,often need a liquid mixture separation to achieve purification or recycled useful ponents purpose,and the distillation is one of the with the development of chemical industry,distillation technology,equipment and theory also the distillation operation was borrowed between each position of volatile differences and to achieve the purpose of the operation of gas part of multiple condensing or liquid part gasification called ,grasps the gasliquid balance relationship,familiar with all kinds of tower operation characteristics of selection,design and analysis