【正文】 壓力 39。11x = 39。11y = 。 39。9x = 39。9y = 。 39。7x = 39。7y = 。 15(1 )yyy? ?? 解得， 39。639。39。6y = 代入 39。39。 5x = 5 Fxx? 39。 3x = 4y = 。39。 39。 39。WLWy x xVV?? () 39。39。39。V =V = /kmol h 求操作線方程 精餾段操作線方程 DLDy x xVV?? () 39。Vr=? 21627=? 610 /kJ h 查的水的 汽化潛熱為： 11785 /kJkg BQWh r? () BQWh r? = 6 39 .5 5 1 0 0 .8 1 1 011785? ??/kJh 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 3 章 塔板數(shù)的確定 第 節(jié) 最小回流比及操作回流比 揮發(fā)度計(jì)算 由于甲醇 水溶液屬于理想物系， 則甲醇 水溶液的 txy 表得： 表 甲醇 水物系的氣液平衡相圖數(shù)據(jù)如下 ： 溫度 /℃ Ax Ay 甲醇 水的 取 t=℃時(shí)計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度 AAAypp x? ? () 0 .8 0 2 1 0 1 .3 1 4 7 .70 .5 5AAAypp x? ?? ? ?akP AAp y p? () 0 .8 0 2 1 0 1 .3 8 1 .2 4A A ap y p k P? ? ? ? 1 AAB Ap x pp x?? ??? () 1 0 1 . 3 0 . 5 5 1 4 . 7 7 4 4 . 5 81 1 0 . 5 5AABaAp x pp k Px ?? ? ??? ? ??? (1 )B B AP P x??? () 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ( 1 ) 44 .58 ( 1 5 ) 20 .06B B AP P x?? ? ? ? ? ?akP (1 )BAxx?? () (1 ) 1 ? ? ? ? ? A BABBAp xa Px? () 8 1 . 2 4 0 . 4 5 3 . 3 1 52 0 . 0 6 0 . 5 5A BABBAp xa Px ?? ? ?? 求最小回流比及操作回流比 ?? 1 ( 1)qq qaxy ax? ?? () 3 . 3 1 5 0 . 2 7 2 7 0 . 5 5 4 31 ( 1 ) 1 ( 3 . 3 1 5 1 ) 0 . 2 7 2 7qqqaxy ax ?? ? ?? ? ? ? ? 故最小回流比為： min DqqqxyR yx?? ? () m i n 0 . 9 1 3 4 0 . 5 5 4 3 1 . 2 7 80 . 5 5 3 4 0 . 2 7 2 7DqqqxyR yx? ?? ? ??? m 78 89RR? ? ? ? 求精餾塔的氣液相負(fù)荷 L=R? D=? = /kmol h 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 V=(R+1)? D=(1+)? = /kmol h 39。r =675? =21627 /kJ kmol 所以， 39。 39。()B V LQ V I I?? （ ） 同樣，釜液為甲醇溶液，古其焓可以按甲醇的摩爾焓計(jì)算 39。 39。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。例如，熱敏性物料加熱多采用降膜式或者波紋管式換熱器或者換熱器流路均勻，加熱效率高的加熱 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 第 節(jié) 操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件 設(shè)計(jì)用于甲醇 水溶液混合液分離的常壓篩板精餾塔，年產(chǎn)量為 ， 其中 甲醇 的含量為 40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），塔 頂中 甲醇 的含量不低于 95%。 加熱器 選用管殼式換熱器。 第 加熱方式 采用間接加熱，因?yàn)閷?duì)同一種進(jìn)料組成，熱狀況及回流比得到相同的流出 液組成及回收率時(shí)，利用直接蒸汽加熱時(shí)，所需理論塔板數(shù)比用間接加熱蒸汽時(shí)多一些，若待分離的混合為水溶液，且水是難揮發(fā)組分，釜液近于純水，這是可采用直接加熱方式。 回流方式 宜采用重力回流，對(duì)于小型塔，冷凝液由重力作用回流入塔。 第 節(jié) 冷凝方式 選全凝器，塔頂出來的氣體溫度不高。 泡點(diǎn)進(jìn)料基于恒摩爾流，假定精餾段和提餾段上升蒸汽量相等，精餾段和提餾段塔徑基本相等。 進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料方式一般有冷液進(jìn)料，泡點(diǎn)進(jìn)料，氣液混合物進(jìn)料，露點(diǎn)進(jìn)料，加熱蒸汽進(jìn)料等?？恐亓Φ牧鲃?dòng)方式可省去一筆費(fèi)用。甲醇工業(yè)將在未來會(huì)受到很大的青睞。研究進(jìn)一步提高，碳的氧化物與氫合成甲醇單程轉(zhuǎn)化率的新工藝，在強(qiáng)化生產(chǎn)的同時(shí)，實(shí)質(zhì)也是節(jié)約能量的重要手段。 5. 降低甲醇制造過程的能量消耗，這是新建甲醇裝置普遍重視解決的課題；舊有的甲醇裝置也極重視這方面的技術(shù)改進(jìn)工作。 3. 生產(chǎn)裝置趨向于大型化，由于大型裝置設(shè)備利用率和能源利用率較好，可以節(jié)北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 省單位 產(chǎn)品的投資和降低單位產(chǎn)品成本。 20 世紀(jì) 70 年代以來，國(guó)外甲醇工業(yè)發(fā)展總趨勢(shì)如下： 1. 新建長(zhǎng)多采用中低壓法，不外加二氧化碳，該法具有設(shè)備少，操作與控制簡(jiǎn)單，投資及操作費(fèi)用低，產(chǎn)品純高等許多優(yōu)點(diǎn) 2. 高壓法處于停滯狀態(tài)，為中低壓發(fā)所替代。甲醇可直接用于還原鐵礦（甲醇可以預(yù)先分解為 CO 2H ，也可以不作預(yù)分解） 得到高質(zhì)量的海綿鐵。 2. 甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨(dú)與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造業(yè)將成為耗用甲醇的主要部門，有甲醇轉(zhuǎn)為汽油方法的研究成果，開辟了由煤轉(zhuǎn)換為汽車燃料的途徑。 近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇又開辟了 許多新的用途。 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增加 熱容 甲醇水溶液的熱容，隨著甲醇濃度的升高和溫度的升高而增加 黏度 甲醇水溶液的黏度與組成有關(guān)，在所有研究過的溫度下，當(dāng)甲醇的含量 50%時(shí)均有最大值，在任何情況下，混合物的黏度都比純甲醇的粘度大。甲醇可以裂解制烯烴，這對(duì)石油化工原料的多樣化，和面對(duì)石油資源日漸縮緊對(duì)能源結(jié)構(gòu)的改變具有重要意義。如甲酸與甲醇生成甲酸甲酯 3 3 2C H OH HC OOH HC OOC H H O? ? ? 在 510Pa? (30atm)下， 150— 220℃是在銠催化劑存在下，一氧化碳和甲酸可以合成醋酸 33C H OH C O C H C OO H?? 在常溫下，甲醇是穩(wěn)定的， 350— 400℃和 510 再催化劑上它分解成一氧化碳和氫 32CH OH CO H?? 甲醇具有重要的許多物理性質(zhì)，因甲醇的特殊性質(zhì)，許多重要的工業(yè)用途正在研究北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 開發(fā)，如甲醇可以裂解制氫，用于燃料電池。 3 2 2C H OH O HCHO H O? ? ? 甲醇分子羥基中的氫可以被堿金屬取代而生成甲醇鈉 3 3 222aaC H OH N C H ON H? ? ? 甲醇鈉在沒有水的條 件下才穩(wěn)定，因?yàn)樗梢允顾馍杉状己蜌溲趸c 高溫下，在催化劑上進(jìn)行甲醇的脫水，可以制取二甲醚。甲醇具有毒性，內(nèi)服 10mL 有失明危險(xiǎn)， 300mL 能讓人死亡。 甲醇可以和水以及許多有機(jī)液體如乙醇、乙醚等無限地混合。 甲醇的化學(xué)式為 3CHOH ，相對(duì)分子質(zhì)量 。甲醇的來源廣，將來在我國(guó)甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊(yùn)藏著潛在的巨大市場(chǎng)。甲醇生產(chǎn)的原料大致有煤、石油、 天然氣和含 2H CO（或 2CO ）的工業(yè)廢氣、農(nóng)作物、有機(jī)廢料以及城市垃圾等， 均可作為制造甲醇的原料。近年來采用大孔徑（ 1025mm） 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)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，氣體壓降小，板上葉面落差也較小，生北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 產(chǎn)能力及板效率均比泡罩塔高。塔板上設(shè)置溢流堰，使塔板上能維持一定厚度的液層，在操作時(shí)，上升氣流通過篩孔分散成細(xì)小 的流股，在板上液層中鼓泡而出，汽液間密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)。它直接影響了裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品收率、消耗定額、三廢處理以及環(huán)境保護(hù)等方面。 精餾過程來說，精餾設(shè)備是使過程得以進(jìn)行的重要條件。也可以根據(jù)混合物中各組分不同的沸點(diǎn)分別從相應(yīng)的塔板引出餾分，進(jìn)行多元組分的分離。因此，精餾原理可概述為：將液體混合物進(jìn)行多次的部分汽化，部分冷凝并分別收集，最終得到分離提純的目的。當(dāng)液體混合物受熱汽化與其蒸汽平衡時(shí)，在氣相中易揮發(fā)物質(zhì)蒸汽占較大比重，將此蒸汽冷凝而得到含易揮發(fā)物質(zhì)組分較多的液體，這就是進(jìn)行了一次簡(jiǎn)單精餾。 化工生產(chǎn)需進(jìn)行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的 .互溶液體混合物的分離有多種方法 ,精餾是其中最常用的一種 .精餾操作其基本原理是利用互溶液體混合物相對(duì)揮發(fā)度的不同、實(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作，實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組分分離該過程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過程。 蒸餾作為當(dāng)代工業(yè)應(yīng)用最廣的分離技術(shù)，目前具有相當(dāng)成熟的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及一定的理論研究基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)更多的東西為發(fā)展科學(xué)觀作出貢獻(xiàn)。 本設(shè)計(jì)是對(duì)精餾塔的一些物料、熱量的衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及精餾裝置工藝流程圖、設(shè)備工藝條件圖和塔板的負(fù)荷性能圖和附屬設(shè)備等。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，操作壓力為 (塔頂表壓 ) ，全塔效率為 46%，單板壓降≤ 預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔內(nèi) ,塔頂上升輕組分蒸汽采用全凝器冷凝 ,全凝器主要是用來準(zhǔn)備控制回流比 ,冷凝器在泡點(diǎn)下一部分回 流至塔內(nèi) ,其于部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入產(chǎn)品儲(chǔ)罐 . 該物系屬于易分離物系 ,操作回流比取最小回流比的 倍 。 申明人：武丙忠 時(shí) 間： 2021 年 5 月 26 日 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目 ： 年處理 萬噸甲醇 水溶液精餾工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 院 ： 陜西工業(yè)技術(shù)學(xué)院 專業(yè) ： 化工工程與工藝 班級(jí) ： 陜藝專 081 學(xué)生姓名 ： 武丙忠 指導(dǎo)老師 ： 王萬俠 （高級(jí)講師） 1. 設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo) 任務(wù)：年處理 萬噸甲醇 水溶液精餾工藝設(shè)計(jì) 目標(biāo)：根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)符合實(shí)際生產(chǎn)的精餾塔 2. 設(shè)計(jì)（論文）的基本要求和內(nèi)容 （ 1） 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算精餾塔的塔高 （ 2） 行物料衡算、熱量衡算 （ 3） 繪制出塔設(shè)備的裝備圖 （ 4） 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 主要參考文獻(xiàn) [1] 化工原理 .夏清 .陳常貴 .天津大學(xué)出版社 . [2] 化工單元過程及操作 .張新戰(zhàn) .化學(xué)工業(yè)出版社 [3] 甲醇生產(chǎn)工藝 .趙建軍 .化學(xué)工業(yè)出版社 . [4] 化工原理 .楊祖榮 .高等教育出版社 . [5] 化工設(shè)備基礎(chǔ) .王紹良 .化學(xué)工業(yè)出版社 . [6] 化學(xué)工程 .上?；W(xué)院 .天津大學(xué) .浙江大學(xué) .化學(xué)工業(yè)出版社 .第二冊(cè) .第二次印刷 [7]化工計(jì)算 .張桂軍 .薛雪 .化學(xué)工業(yè)出版社 . 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 進(jìn)度安排 序號(hào) 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱 起止日期 1 下達(dá)任務(wù)書 2 明確設(shè)計(jì)任務(wù)撰寫誠(chéng)信申明填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 —— 3 查考資料編寫論 文緒論 —— 4 工藝計(jì)算、物料衡算、熱量衡算、塔板數(shù)計(jì)算 —— 5 塔高計(jì)算、畫出設(shè)備圖 —— 6 繪