【正文】 ) 0. 52 43LF ml l l? ? ? ? ? ? 解出： mPa s? ?? 塔底液相平均粘度的計(jì)算 : 由 105Dt ? ℃ ， 得3 OH mPa s? ?? 2 mPa s? ?? g 0. 01 7 g( 0. 22 ) ( 1 0. 01 7 ) g( 0. 27 1 ) 0. 56 86LW ml l l? ? ? ? ? ? 解出： mPa s? ?? 精餾段液相平均粘度為： ( 0. 32 72 0. 29 90 ) / 2 0. 31 31Lm m P a s? ? ? ? ? 提餾段液相平均粘度為： ( 0 .2 9 9 0 0 .2 7 ) / 2 0 .2 8 4 5Lm m P a s? ? ? ? ? 精餾段塔體工藝計(jì)算 精餾段的 氣、液相體積流率為 ： smLMLsmVMVLMLMSVmVmS/0 0 5 4 3 7 13 6 0 0 6 9 5 2 83 6 0 0/0 1 6 0 0 6 2 2 6 43 6 0 033?? ???????????? 最大空塔氣速 maxu 可依據(jù) 懸 浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為 ： VVLCu ? ?? ??m a x 式中 ： L? — 液相密度， 3/mkg ； V? — 氣相密度， 3/mkg ； C— 負(fù)荷因子， m/s， 負(fù)荷因子 C 值與氣液負(fù)荷、物性及塔板結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般由實(shí)驗(yàn)確定。 ??????? xxxVWXVLy w 采用圖解法求理論板層數(shù) 。39。39。/)()1(/????????????????? （ 2） 求操作線方程 精餾段操作線方程為 ： 7 6 8 . 3 6 6 6 3 5 . 0 1 3 0 . 9 6 5 0 . 5 4 8 0 . 4 3 71 4 0 3 . 3 7 9 1 4 0 3 . 3 7 9DLDy x x x xVV? ? ? ? ? ? ? 提餾段操作線方程為 ： 0 0 39。 圖 12 三塔精餾工藝流程圖 表 12 三種類型的塔對(duì)比表 項(xiàng)目 單塔精餾 雙塔精餾 三塔精餾 運(yùn)行操作 運(yùn)行簡(jiǎn)單 運(yùn)行相對(duì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定 運(yùn)行比較復(fù)雜 產(chǎn)品質(zhì)量 相對(duì)于粗甲醇得到了很好的提高 可以獲得比較優(yōu)質(zhì)的精甲醇 可以得到高純度的精甲醇 能量消耗 相對(duì)較低 能量消耗很高，而且熱能的利用率低 相對(duì)于雙塔精餾節(jié)約很多熱能 產(chǎn)品適合方向 獲得燃料級(jí)甲醇 可以滿足下游產(chǎn)品生產(chǎn) 對(duì)甲醇高純度的要求 2 物料衡算 設(shè)計(jì)條件 ① 甲醇產(chǎn)量： 110000（噸 /年） ②主塔進(jìn)料液濃度： 75 (wt%)(甲醇含量 ) ③產(chǎn)品濃度 ： 98% (wt%)(甲醇含量 ) ④ 殘液中甲醇含量： 3 (wt%)(甲醇含量 ) ⑤ 每年實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間： 330天 /年 操作條件 塔頂壓力： 6— 7KPa； 塔底壓力： — 回流液溫度： 50— 65℃ ； 進(jìn)料溫度： 82— 85℃ 塔底溫度： 102— 110℃ ； 塔頂溫度： 60— 67℃ 原料液的處理量 : 711 10 18148kg/ h330 24F ???? 物料衡算的關(guān)鍵組分 Fx 、 Dx 、 Wx 的 計(jì)算 甲醇的摩爾質(zhì)量：3 3 2 /CH OHM kg kmol? 水的摩爾質(zhì)量： 2 18 /HOM kg kmol? 主塔進(jìn)料中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) ： 0 . 7 5 / 3 2 0 . 6 2 80 . 7 5 / 3 2 0 . 2 5 / 1 8Fx ??? 精甲醇中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) ： 0 . 9 8 / 3 2 0 . 9 6 50 . 9 8 / 3 2 0 . 0 2 / 1 8Dx ? 殘液中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) ： 0 . 0 3 / 3 2 0 . 0 1 70 . 0 3 / 3 2 0 . 9 7 / 1 8Wx ??? 、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 0 .6 2 8 3 2 ( 1 0 .6 2 8 ) 1 8 2 6 .7 9 2 /0 .9 6 5 3 2 ( 1 0 .9 6 5 ) 1 8 3 1 .5 1 /0 .0 1 7 3 2 ( 1 0 .0 1 7 ) 1 8 1 8 .2 3 8 /FDWM k g k m o lM k g k m o lM k g k m o l? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 原料處理量 : 18148 6 7 7 . 3 6 6 /2 6 . 7 9 2F k m o l h?? F W D??總 物 料 衡 算 ： 甲醇物料衡算 : x x xF W DF W D?? l/ h24 0. 79 4k m o=W l/ h43 6. 57 2k m o=D聯(lián)立解得： 塔板的計(jì)算 塔頂溫度 : 66Dt ? ℃ 塔 底 溫度 : 105wt ? ℃ 進(jìn)料板溫度 : 82Ft ? ℃ 精餾段平均溫度 : ( 66 82 ) / 2 74t ? ? ?精 ℃ 提餾段平均溫度 : (1 0 5 8 2 ) / 2 9 3 .5t ? ? ?提 ℃ 常壓下甲醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)如下表 21 t x y t x y 100 0 0 100 100 1 1 = 1 . 6 4 3t = 6 6 . 9 ?℃ 22t = 8 1 .6 = 5 .7 1 8?℃ 相對(duì)揮發(fā)度 ? ?? ?xx yy ??? 11? nm ????? ?????? 321 求得相對(duì)揮發(fā)度 ?? 相平衡方程 ? ?xxxxy 0 6 0 6 ????? ?? 因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以 ?? Fe xx 代入上式得 ?ey 最小回流比 6 0 6 2 3 8 3 6 i n ??????? ee eD xy yxR 操作回流比 0 m in ???? RR （ 1） 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 . hK m o iVVhK m o lFLLhK m o lDRVhK m o lRDL/39。 可見(jiàn)，對(duì)于三塔精餾過(guò)程，兩個(gè)主精餾的塔板數(shù)總和比雙塔精餾主塔的塔板數(shù)增多了很多，自然而然分離的效率提高了很多，但能量的消耗反而降低了。加壓塔塔釜沒(méi)有氣化的粗甲醇溶液則靠加壓精餾塔內(nèi)部壓力直接輸送到常壓塔。 粗甲醇在槽內(nèi)加入堿液進(jìn)行中和進(jìn)再沸器加熱，然后進(jìn)入預(yù)塔，然后進(jìn)入預(yù)塔，在預(yù)塔頂分離出輕組分，塔釜液由預(yù)塔的塔釜送至加壓塔。 三塔精餾與雙塔精餾的主要區(qū)別在于三塔精餾采用了兩個(gè)主精餾塔，第一個(gè)主精餾塔為加壓操作，第二個(gè)塔為常壓操作，利用加壓塔的塔頂蒸汽冷凝熱作為第二主精餾塔再沸器的加熱源。 圖 11雙塔精餾工藝流程圖 （ 3） 銅基催化劑合成粗甲醇的三塔 精餾過(guò)程對(duì)能量的消耗很大，而且對(duì)熱能的利用率也很低，所以精餾工序的節(jié)能又很多潛力可以發(fā)展。 該生產(chǎn)流程突出的優(yōu)點(diǎn)就是可以得到純度很高的甲醇，來(lái)滿足下游產(chǎn)品生產(chǎn)的需要 。 主精餾塔主要除去重組分，其中包括了水、乙醇和高級(jí)醇等，同時(shí)得到符合要求的精甲醇。同時(shí)從冷凝器里抽以小部分冷凝液以減少發(fā)揮性較小的輕組分。第一塔為預(yù)精餾塔，第二塔為主精餾，兩者的再沸器的熱源都是來(lái)自循環(huán)氣壓縮機(jī) 驅(qū)動(dòng)透平排出的低壓蒸汽。但是對(duì)于純度由較高要求的下游生產(chǎn)流程，一步精餾得到的精甲醇遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其要求。 （ 1） 銅基催化劑合成粗甲醇的單塔精餾 由于催化劑為銅基催化劑，較使用鋅鉻催化劑得到的粗甲醇產(chǎn)品中的還原性雜質(zhì)的含量大大的減少，特別是二甲醚的含量幾十倍的降低了，因此在取消了化學(xué)凈化步驟的同時(shí)，甚至可以將甲醇 水 重組分在一個(gè)塔內(nèi)進(jìn)行分離，這樣就可以獲得一般工業(yè)上所需要的精甲醇。 甲醇合成不論采用鋅鉻催化劑或銅基催化劑，均受其選擇性的限制，且受合成條件壓力、溫度、合成氣組成的影響，在生產(chǎn)甲醇反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著一系列副反應(yīng)，其產(chǎn)品系主要是由甲醇以及水，有機(jī)雜質(zhì)等組成的混合液，故為粗甲醇。 中壓法 ： ~ ，隨著甲醇工業(yè)的大型化，若采用低壓法勢(shì)必導(dǎo)致工藝管道和設(shè)備較大，因此在低壓法的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法。 低壓法： ~ MPa ，低壓法基于高活性的酮基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低 （ 240~270℃ ） 。 高壓法： (1 9 .6 2 9 .4MPa MPa? )是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度 360 400? ℃ ，壓力 1 9 .6 2 9 .4MPa MPa? 高壓法由于原料和動(dòng)力消耗大，反應(yīng)溫度高，生成粗甲醇中有機(jī)雜質(zhì)含量高，而且投資大。由于由煤制的技術(shù)已經(jīng)掌握，本設(shè)計(jì)中采用以煤為原料合成甲醇。 甲醇的生產(chǎn)方法及工藝流程 合成甲醇的原料主要有三種：一是以天然氣為原料蒸汽轉(zhuǎn)化法，二是以煤為原料煤氣化法，三是重油部分（石腦油、重油、渣油等）部分氧化法?？梢?jiàn)，甲醇作發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，經(jīng)濟(jì)上是合理的，所以可以代替汽油作為輪船、機(jī)車、飛機(jī)的燃料，也可以做發(fā)電廠輪機(jī)的燃料。甲醇和燃料油相比是一類廉價(jià)、辛烷值高（高達(dá) 110）、熱效率高、對(duì)環(huán)境的污染小的液體燃料。此外，在合成材料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、染料和油漆等工業(yè)中 ，甲醛是不可缺少的溶劑和原料。即可發(fā)生氧化反應(yīng)、氨化反應(yīng)、酯化反應(yīng)、羰基化反應(yīng)、鹵化反應(yīng)等多種化學(xué)反應(yīng)。甲醇能發(fā)生完全氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和水，也能發(fā)生部分氧化生成甲醛，甲醇脫氫也可生成甲醛。它相關(guān)的部分物理性質(zhì)如表 11。 甲醇的性質(zhì)及用途 甲醇的物理性質(zhì) 甲醇是最簡(jiǎn)單的飽和一元醇，化學(xué)式為： CH3OH，在常溫常壓下，單質(zhì)甲醇是無(wú)色、易發(fā)輝、有酒精氣味的有毒液體。甲醇作為一種用途廣泛的有機(jī)化工產(chǎn)品，同時(shí)也是一種重要的基本有機(jī)化工原料。 常溫常壓下，純甲醇是一種無(wú)色、中性、極性、易揮發(fā)、易流動(dòng)、易燃的有毒液體。 甲醇為無(wú)色液體，易燃，爆炸極限 %~%（體積）。 相對(duì)分子質(zhì)量為，是一種結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的飽和一元醇。 操作線方程的確定 ................................................ 13 理論板數(shù)的確定 .................................................. 15 全塔效率 TE ..................................................... 16 實(shí)際塔板數(shù) ...................................................... 16 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù) ....................................... 17 操作壓力計(jì)算 .................................................... 17 操作溫度計(jì)算 .................................................... 17 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 ................................................ 17 平均密度計(jì)算 .................................................... 18 液體平均表面張力計(jì)算 ............................................ 20 液體平均粘度計(jì)算 .............................................. 20 精餾段塔體工藝計(jì)算 ................................................... 21 精餾段塔徑計(jì)算 .................................................. 21 塔高的確定 ...................................................... 23 殼體、封頭尺寸的選擇 ............................................ 23 塔板形式的選擇 .................................................. 24 溢流堰的設(shè)計(jì) ..........................................