【正文】 頂作為回流液。 本設(shè)計選用散裝填料 ―― 散裝金屬環(huán)矩鞍填料 。 填料的選擇 填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面 ，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。適宜的回流比是操作費用和設(shè)備費用之和為最低時候的回流比。因此，計算選用 28℃ 的冷卻水 ，選擇升溫 10℃ ，即冷卻水的出口溫度為 38℃ 。在選擇冷卻介質(zhì)的過程中，要因地制宜充分考慮。因此，本設(shè)計是以 ℃ 總壓是 300 kpa 的飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)。 精餾塔加熱與冷卻介質(zhì)的確定 在實際加熱中，由于飽和水蒸氣冷凝的時候傳熱的膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽壓力準確控制加熱溫度。 由于本設(shè)計精餾塔不是很高 ，故可近似忽略每層塔板的壓降。對于甲醇 —水二元混合物系統(tǒng)在常壓的情況下，相對揮發(fā)度的差異很大，容易分離。在實際設(shè)計中，要充分考慮這兩個方面的影響，我們一般采用的是常壓精餾。 精餾塔的操作壓力 在精餾操作中，當壓力增大，混合液的相對揮發(fā)度減小，將使汽相和液相的組成越來越接近，分離越來越難；而當壓力 減小，混合液的相對揮發(fā)度增大， α值偏離 1 的程度越大，分離越容易。本設(shè)計采用的是泡點進料。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐，設(shè)計對其生產(chǎn)過程和主要設(shè)備進行了物料衡算、塔設(shè)備計算、熱量衡算、換熱器設(shè)計等工藝計算。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。 本計為分離甲醇－水混合物。國內(nèi)又有一批甲醇項目在籌建。 目前，我國的甲醇市場隨著國際市場的原油價格在變化 ,總體的趨勢是走高。近年來碳一化學工業(yè)的發(fā)展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹脂等產(chǎn)品 ，正在研究開發(fā)和工業(yè)化中。甲醇工業(yè)的迅速發(fā)展，是由于甲醇是多種有機產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)。分子式 CH4O。1 1 化工原理課程設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目： 16000 噸甲醇 水連續(xù)填料蒸餾塔 學 院： 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 姓 名： 指導老師： 二零一四年五月 1 2 目錄 一、摘要及 設(shè)計任務(wù)書 … ……………… … … …… 2 二、設(shè)計的方案介紹 … ……………………………… . 4 三、工藝流程圖及其簡單說明 … …………………… . 5 四、操作條件及精餾塔工藝計算 … ………………… . 7 五、精餾 塔物料 及 相 關(guān)物性的計算 … ……… .... …… 15 六、精餾塔塔體工藝尺寸計算 … …………………… 20 七、附屬設(shè)備及主要附件的選型計算 … …………… .. 24 八、參考文獻 … ……………………………………... . 27 九、 甲醇－水精餾塔設(shè)計條件圖 1 3 摘要 甲醇最早由木材和木質(zhì)素干餾制的，故俗稱木醇，這是最簡單的飽和脂肪組醇類的代表無色、透明、高度揮發(fā)、易燃液體。略有酒精氣味。近年來，世界甲醇的生產(chǎn)能力發(fā)展速度較快。由甲醇轉(zhuǎn)化為汽油方法的研究成果，從而開辟了由煤轉(zhuǎn)換為汽車燃料的途徑。甲醇化工已成為化學工業(yè)中一個重要的領(lǐng)域。隨著原油價格的進一步提升，作為有機化工基礎(chǔ)原料 — 甲醇的價格還會穩(wěn)步提高。這樣，選擇最好的工藝利設(shè)備，同時選用最合適的操作方法是至關(guān)重要的。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點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罐。 關(guān)鍵字：精餾 泡點進料 物料衡算 1 4 一 、 設(shè)計任務(wù)書 甲醇散堆填料精餾塔設(shè)計： 處理量： 16000 噸 /年 (年生產(chǎn)時間以 7200 小時計算 ) 原料液狀態(tài)：常溫常壓 進料濃度： %(甲醇的質(zhì)量分數(shù) ) 塔頂出料濃度： %(甲醇的質(zhì)量分數(shù) ) 塔釜出料濃度： %(甲醇的質(zhì) 量分數(shù) ) 填料類型： DN25 金屬環(huán)矩鞍散堆填料 廠址位于 南昌 地區(qū) 二 、 設(shè)計的方案介紹 進料的熱狀況 精餾操作中的進料方式一般有冷液加料、泡點進料、汽液混合物進料、飽和蒸汽進料和過熱蒸汽加料五種。這樣不僅對塔的操作穩(wěn)定較為方便，不受 南昌 季節(jié)溫度影響，而且基于恒摩爾流假設(shè)，精餾段與提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，因此塔徑基本相等，在制造上比較方便。但是要保持精餾塔在低壓下操作，這對設(shè)備的要求相當高，會使總的設(shè)備費用大幅度增加。如果在常壓下無法完成操作，可以在一定條件下進行小幅度的減壓或者增壓來改變混合液的相對揮發(fā)度，實現(xiàn)精餾分離。因此在考慮多方面因素之后，本設(shè)計采用的常壓精餾，即塔頂?shù)牟僮鲏毫刂圃? 下。在實際計算當1 5 中，將全塔近似看做是在恒壓下操作。水蒸氣容易獲取，環(huán)保清潔不產(chǎn)生環(huán)境污染，并且不容易使管道腐蝕，成本降低。 冷卻介質(zhì)一般有水和空氣。南昌 市地處亞熱帶， 夏天室外平均氣溫 28℃ 。 回流比的確定 塔頂回流是保證精餾塔連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作的必要條件之一，并且回流比是影響精餾分離設(shè)備投資費用和操作費用的重要因素，也影響混合液的分離效果。通常適宜回流比的數(shù)值范圍為： m in)~( RR ? 根據(jù)經(jīng)驗，考慮操作費用和設(shè)備費用兩方面因素，因此選用 min2RR? 。填料按裝填方式可分為散裝填料和規(guī)整填料。 環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，又由于本設(shè)計的物系為甲醇－水不易腐蝕，故選用金屬環(huán)矩鞍填料 DN=25mm。最終塔頂 出來的甲醇產(chǎn)品再經(jīng)過一個冷卻器冷卻后進入甲醇貯槽。加熱的液體產(chǎn)生蒸汽再次回到塔底，沿塔上升，同樣在每層塔板上進行汽液兩相的熱質(zhì)交換。 加熱蒸汽分為兩路，分別進入預(yù)熱器和再沸器作為加熱介質(zhì)。同樣，冷卻水分為三路，分別進入冷凝器、甲醇產(chǎn)品的冷卻器和塔釜的冷卻器，充分換熱均勻之后，全部排入下水道。塔頂采用分 段冷凝泡點回流，也是出于節(jié)能考慮。在檢修方面充分考慮到泵的日常維護，因此運用雙泵設(shè)計便于實際生產(chǎn)中的不停車檢修。甲醇和水不反應(yīng)，并且也容易被水冷凝，塔頂出來的汽相溫度不高，故本設(shè)計選用全凝器。但是必須保證冷凝器內(nèi)有一定持液量， 或加入液封裝置防止塔頂汽相逃逸至冷凝器內(nèi)。 精餾塔塔釜的加熱方式 1 7 加熱方式分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。使上升蒸汽與回流下來的冷液再進行熱質(zhì)交換。綜合考慮以上兩方面因素，本設(shè)計選用間接蒸汽加熱。對 于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分冷卻后送至儲罐。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。對于理想物系，汽相組成 y 恒大于液相組成 x，因此相平衡線位于 y＝ x 對角線上方。如果已知甲醇 和水的混合物系的汽液平衡關(guān)系，即汽液平衡數(shù)據(jù)，則離開理論板的互成平衡、溫度相等的汽液兩相組成 yn 與 xn 之間的關(guān)系就可以確定。 (1) 由手冊查出甲醇－水汽液相平衡數(shù)據(jù) ，如表 2； 擬合出相平衡方程及作出 x－ y 圖， 如圖 1. 表 2 甲醇－水汽液相平衡數(shù)據(jù) [1] 溫度 t/176。C 液相中甲醇的 摩爾分數(shù) 汽相中甲醇的摩爾分數(shù) 100 0 0