【正文】
B. 殼程阻力 sso NFPPP )( 39?!?) D. 傳熱面積 S S =mtKQ? = ?? = 該換熱器的實(shí)際傳熱面積 SP Sp= ? ?co nNld ?? =( ) ( 45226) = ㎡ 該換熱器的面積裕度為: F=nnoSSS ? = % ?? = % 傳熱面積裕度合適,該換熱器能完成生產(chǎn)任務(wù)?!?) B. 管程對(duì)流傳熱系數(shù) αi= iid? Re 管程流通截面積 Si=pi NNd 24? = 452/1 = ㎡ 管程流體流速 ui=Vs/Si = 141 92 )9943600/( ? = Rei=??ieud = ?? = 普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr= ??pc = 4 .0 8 1 0 0 0 0 .0 0 0 7 2 50 .6 2 6?? = αi= = (m2 d = uq?4 = ?? = 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 450mm 筒體材料選擇為 Q235A ,單位長(zhǎng)度的筒體重 110kg/m, 殼體總重為110()= 。 殼體的標(biāo)記:筒體 DN800 δ=10 折流板 采用弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%,折流板的板間距為h=? 800=200mm,則折流板數(shù) 去折流板間距 B = ,則 B = ? =240 (mm),可取 B 為 250mm。=12=12℃ 傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法,取管心距 t = ,則 t = 25 = ≈ 32 mm 橫過(guò)管束中心線的管數(shù) = = 452 =26(根 ) 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu),取管板利用率 η= ,則殼體內(nèi)徑為 D = ?Nt = ? = 圓整可取 D = 800mm 圓整后,換熱器殼體圓筒內(nèi)徑為 D=800mm,殼體厚度選擇 10mm。mtKQ?= 3?? = 考慮 15%的面積裕度, S=S39?!?) 計(jì)算傳熱面積 S39?!?/W soR = m2 == 2530 4971ln25304971????? = 12? ℃ ⑶ 冷卻水用量 iw = tcQpi?0 = )2530( ?? ? =253532kg/h 總傳熱系數(shù) K 管程傳熱系數(shù) Re =iiiiud?? = ?? =13710 ia = )()( iipiiiiii cudd ??? ?? =? ) 100 0000 ()137 10( ?? =(m2? K) 殼程傳熱系數(shù) 假設(shè)殼程的傳熱系 ? 0 = 290W/(m2該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻,冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度降低,考慮到這一因素,估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大,因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器 。結(jié)合 ASPEN 簡(jiǎn)捷模擬取R= 則回流量 == 3)加壓塔物料衡算 加壓塔出料甲醇含量 %(即塔底甲醇含量) ( 1)入料: 總?cè)肓狭?=出料液相 =54388kg/h 其中 : ①水量 =預(yù)出料水量 =②甲醇量 =預(yù)出料甲醇量 =50505kg/h ③ NaOH=預(yù)出料堿量 =④初餾物 =預(yù)出料初餾物 =( 2) 出料: ①出料水量 =入料水量 =② NaOH=③初餾物 =④甲醇 =(出口水量 +NaOH+初餾物)出料甲醇含量 /( 1出料甲 醇含量) =( ++) ( ) =25491kg/h ⑤采出精甲醇量 =入塔甲醇量 出料甲醇量 =5050525491=25014kg/h ⑥總出料量 =總?cè)肓狭?采出精甲醇量 =5438825014=29374kg/h 其中 塔頂:液相 =精甲醇量 =25014kg/h 塔底:液相 =粗甲醇量 =29374kg/h ( 3)回流量 為保持系統(tǒng)的穩(wěn)定操作,降低能耗,并減少投資,應(yīng)選取: 加壓塔回流比 R1≥ 常壓塔回流比 R2≥ 并且在保持穩(wěn)定生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì) 量合格的基礎(chǔ)上, R R2 選取的盡量小。連續(xù)精餾塔做全塔物料衡算,并以單位時(shí)間為基準(zhǔn),即 總物料 F D W?? 易揮發(fā)組分 F D WFx = Dx + x 式中 F— 原料液流量, kmol/h; D— 塔頂產(chǎn)品(餾出液)流量, kmol/h; W— 塔底產(chǎn)品(釜?dú)堃海┝髁浚?kmol/h; Fx — 原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù); Dx — 餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù); Wx — 釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。為保持四塔精餾系統(tǒng)的穩(wěn)定操作、降低能耗并減少投資,應(yīng)選?。杭訅核亓鞅?R1≥ ,常壓塔回流比 R2≥2 ;兩塔負(fù)荷比 Q1/Q2: - ;并在保持穩(wěn)定生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上, R1, R2選取得盡量小。 兩塔甲醇精餾甲醇主精餾塔的回流比為 ~ 。 [16] 回流比的選擇 回流比對(duì)精餾塔操作影響很大,直接關(guān)系著培內(nèi)各層扳上的物料濃度的改變和溫度的分布。脫除這些雜質(zhì)的方法主要是利用其不溶于水的特性 。這類物質(zhì)的沸點(diǎn)較高,且易與甲醇形成低于甲醇沸點(diǎn)的共沸物,主要集中在預(yù)塔塔頂而大量進(jìn)入二級(jí)冷凝器回流液。這些醇溶性雜質(zhì)對(duì)精甲醇水溶性特別敏感,只要甲醇中殘存幾十 g/m3 ,其水溶液就會(huì)混濁,達(dá)不到精甲醇水溶性的要求。加堿處理使得一些難分離的雜質(zhì),在預(yù)精餾塔分解 [15]。例如羧酸與 NaOH 反應(yīng)生成羧酸鈉: RCOOH + NaOH →RCOONa+H 2 O 還調(diào)節(jié)了粗甲醇的 pH 值。 加堿對(duì)甲醇精餾的改善 利用 NaOH 處理在精餾過(guò)程中難以分離的雜質(zhì),例如粗甲醇中的酸類、酯類等,使其生成較容易被脫出的鹽。國(guó)內(nèi)亦有不少?gòu)S家的預(yù)塔較高 ,如大慶、吉林、蘭州、太原等化肥廠 ,以及 80 年代末、 90 年代初投建的小聯(lián)醇廠 。二氧化碳、醚類、胺類等低沸物可隨不凝氣一起放空。粗甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔 ,脫除輕組分后 ,塔底甲醇及高沸點(diǎn)組分通過(guò)泵提壓后送入加壓塔 ,加壓塔頂部出來(lái)的氣體進(jìn)入常壓塔再沸器換熱后 ,再以回流的方式全部返回加壓塔 ,從加壓塔塔頂?shù)?2 塊填料 位置采出產(chǎn)品 ,加壓塔塔釜液送入常壓塔 ,常壓塔塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品 ,塔釜液送入汽提塔處理 ,常壓塔提餾段側(cè)線采出雜醇油送往回收塔處理 ,回收塔塔釜液與來(lái)自常壓塔塔釜液一并送往汽提塔處理。 第二章 甲醇精餾工段物料衡算 甲醇精餾原理 甲醇精餾的目的,是實(shí)現(xiàn)甲醇與水及有機(jī)物等雜質(zhì)的分離,生產(chǎn)出合格的精甲醇產(chǎn)品。選擇適宜的回流比,降低能量消耗 。當(dāng)合成催化劑后期生產(chǎn)的粗甲醇進(jìn)行蒸餾時(shí), 有時(shí)為確保精甲醇的質(zhì)量,以保證精餾塔進(jìn)料位置降低,同時(shí)適當(dāng)加大回流比。這時(shí),在回流比仍屬適宜的情況下,只需對(duì)精甲醇的采 出量稍作調(diào)節(jié),就可達(dá)到塔溫穩(wěn)定,物料和氣液又趨平衡 。但是預(yù)精餾后的含水甲醇中,甲醇濃度總會(huì)有些小幅度波動(dòng)。隨著進(jìn)料量的調(diào)節(jié),各層塔板上的氣液組成重新分配,可以控制一定的靈敏板溫度與之相適應(yīng)。 當(dāng)改變回流比時(shí),由于操作的變動(dòng),必然會(huì)引起塔內(nèi)每層板上濃度 (組成 )和溫度的改變,影響甲醇的質(zhì)量和甲醇的收率,必須通過(guò)調(diào)節(jié),控制塔內(nèi)適宜的溫度,達(dá)到新的平衡,在粗甲醇含量和產(chǎn)量確定的條件下,甲醇精餾系統(tǒng)正確的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。調(diào)節(jié)后盡可能保持塔釜的加熱量穩(wěn)定,使回流比穩(wěn)定。反之,則增大回流比,在照顧精甲醇質(zhì)量的同時(shí),為保持塔釜溫度,靈敏板溫度可控制略高。其調(diào)節(jié)的依據(jù)是根據(jù)塔的負(fù)荷和精甲醇的質(zhì)量。 一般情況下,選取適宜回流比為最小回流比的 ~ 2 倍。 ( 2)回流比 回 流比對(duì)精餾塔操作影響很大,直接關(guān)系著塔內(nèi)各層扳上的物料濃度的改變和溫度的分布。 Y U T AJ IA Y A T A C H Y AB2S H A N Z H E NBENB3Y U T A D INY U T A D IJ IA Y A J INS H Z H Y ED F E IW UJ JI A C H 1J IA Y A D IC H Y A J INF E IS H U I1J JI A C H 2S H U IC JI A C H U NS H U IH LHSB1C H Y A H S 39J JI A C H 3F E IS H U I2G F E IW U 圖 甲醇精餾工藝的四塔流程 影響精餾操作的因素與調(diào)節(jié) ( 1)進(jìn)料狀態(tài) [7] 精餾塔的進(jìn)料 (含水甲醇 ):當(dāng)進(jìn)料狀況發(fā)生變化 (回流比、塔頂精餾產(chǎn)物的組成固定 )時(shí),這直接影響到提餾段回流量的改變,進(jìn)料板的位置也隨著改變,將引起理論板數(shù)和精餾段、提餾段塔板數(shù)分配的改變。粗甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔,脫除輕組分后 (主要為不凝氣、二甲醚等 ),塔底甲醇及高沸點(diǎn)組分加壓后進(jìn)入加壓精餾塔;加壓精餾塔頂?shù)臍庀噙M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器,利用加壓精餾塔和常壓精餾塔塔頂、塔底的溫差,為常壓塔塔底提供熱源,同時(shí)對(duì)加壓塔塔頂氣相冷凝。三塔流程(見(jiàn)圖 )的主要特點(diǎn)是,加壓塔塔頂冷凝潛熱用作常壓塔塔釜再沸器的熱源,這樣既節(jié)省加熱蒸汽,還節(jié)省冷卻水,達(dá)到節(jié)能的目的。加壓塔操作壓力為 57bar(G),塔頂甲醇蒸氣全凝后,部分作為回流經(jīng)回流泵返回塔頂,其余作為精甲醇產(chǎn)品送產(chǎn)品儲(chǔ)槽,塔底含水甲醇則進(jìn)常壓塔。主精餾塔操作壓力稍高于預(yù)精餾塔,但也可以認(rèn)為是常壓操作,塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品,塔底含微量甲醇及其它重組分的水送往水處理系統(tǒng)(見(jiàn)圖 )。為了提高預(yù)精餾塔后甲醇的穩(wěn)定性,并盡可能回收甲醇,塔頂采用兩級(jí)冷凝。粗甲醇塔中部加料口送入,輕組分由塔頂排出,高沸點(diǎn)的重組分在進(jìn)料板以下若塔板處引出,水從塔底排出,產(chǎn)品甲醇在塔頂以下若干塊塔板引出。 典型的工藝流程 甲醇精餾產(chǎn)生工藝有多種,分為單塔精餾,雙塔精餾,三塔精餾與四塔精餾 [4]。其底部的出料被加到主塔的中間入料板上,主塔頂部出粗甲醇,底部出廢液,下部側(cè)線出雜醇 [3]。 甲醇精餾流程發(fā)展 工藝流程概述 常規(guī)甲醇精制流程可以分為兩大部分,第一部分是預(yù)精餾部分,另一部分是主精餾部分。這對(duì)石油化工原料的多樣化,面對(duì)石油資源日漸枯竭對(duì)能源結(jié) 構(gòu)的改變,具有重要意義。甲醇加一氧化碳加氫可以合成乙醇。例如甲醇可以裂解制氫,用于燃料電池,日益引人注目。易燃燒,其蒸汽能和空氣形成爆炸性混合物,爆炸極限 ~ %(體積 ) [2]。甲醇能和水以任意比互溶,但不形成共沸物,能和多數(shù)常用的有機(jī)溶劑(乙醇、乙醚、丙酮、苯等 )混溶,并形成恒沸混合物。 研究目標(biāo) 本論文的研究目標(biāo)是: 甲醇精餾工段進(jìn)行初步設(shè)計(jì) ( 1)通過(guò)熱力學(xué)原理對(duì)甲醇精餾工段的工藝流程進(jìn)行選擇,進(jìn)行物料衡算和能量衡算; ( 3)根據(jù)換熱器的熱力計(jì)算、流動(dòng)計(jì)