【正文】 ....................................45 液相負(fù)荷下限線 ...................................45 液相負(fù)荷上限線 ...................................46 液泛線 ..........................................46 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） X 篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 .........................................48 第 9 章 附屬設(shè)備的計(jì)算、選型 ...............................50 第 節(jié) 冷凝器的選型及計(jì)算 .............................................................. 50 第 10 章 精餾裝置的工藝流程圖 ...............................51 第 11 章 板式塔精餾裝置設(shè)計(jì)說明書 ...........................52 結(jié) 論 .....................................................53 參 考 文 獻(xiàn) .............................................54 符 號(hào) 說 明 .............................................55 致 謝 .....................................................58 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前言 蒸餾是分離液體均相混合物的典型單元操作之一，也是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化得一種分離方法，廣泛的應(yīng)用于化工石油、醫(yī)藥、食品、釀酒 及環(huán)保等領(lǐng)域。隨著石油化工及化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域的不斷發(fā)展和興起，蒸餾分離過程的大處理量，連續(xù)化操作的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮。 精餾的原理是利用液體混合物中各組分具有不同 沸點(diǎn)，在一定溫度下，各組分應(yīng)具有不同的蒸汽壓。重復(fù)將此液在汽化，又進(jìn)行了一次汽液平衡，蒸汽重復(fù)冷凝得到液體，其中易揮發(fā)物質(zhì)的組分又增加了，如此繼續(xù)重復(fù)，最終就能得到接近純組分得各物質(zhì)。 精餾通?？蓪⒁后w混合物分離為塔頂產(chǎn)品（餾出液）和塔底產(chǎn)品（蒸餾的釜?dú)堃海﹥蓚€(gè)部分。本設(shè)計(jì)是采運(yùn)易揮發(fā)的雙組分離。性能良好的精餾設(shè)備，為精餾過程得進(jìn)行創(chuàng)造了良好的條件。 本設(shè)計(jì)采用的是篩板塔，篩板塔上開有許多均勻布置的篩孔，孔徑一般為38mm，篩孔在塔板上作正三角形排列。在正常的操作氣速下，通過篩孔上升的氣流，應(yīng)能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄露。缺點(diǎn)是：操作彈性小，篩孔小時(shí)容易堵塞。 甲醇最初由木材干餾得到，故俗稱木醇。我國甲醇的產(chǎn)量近年來發(fā)展較快，從我國能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，甲醇可由煤制得，技術(shù)并不復(fù)雜。甲醇化工已成為化工中一個(gè)重要的領(lǐng)域。常溫，常壓是一種無色透明有特殊氣味的易流動(dòng)易揮發(fā)的可燃液體，沸點(diǎn) ℃在空氣中的爆炸極限為 6%%（體積分?jǐn)?shù)），甲醇的密度 、黏度和表面張力都隨溫度的升高而減小。它易吸收水蒸汽，二氧化碳和某些其他物質(zhì)，因此，只有用特殊的方法才能制的完全午睡的甲醇。 甲醇可在銀催化劑作用下在 600650℃進(jìn)行氣相氧化或脫氫生成甲醇。 3 3 2 22 ( )C H OH C H O H O?? 酸與甲醇反應(yīng)時(shí)，甲醇分子中的甲基易被取代，在有羥無機(jī)酸存在是反應(yīng)加快。甲醇通過 ZSM5 分子篩催化劑轉(zhuǎn)化為汽油，已經(jīng)工業(yè)化，為固體燃料轉(zhuǎn)為液體燃料開辟捷徑。 甲醇和水可以無限的混合，混合后的甲醇 — 水系統(tǒng)的性 質(zhì)，是研究甲醇性質(zhì)的重要組成部分。 甲醇是多中有機(jī)產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)。 1. 甲醇是 較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)酵速度快，無毒性，價(jià)格便宜。 3. 甲醇是直接合成醋酸的原料，孟山都法實(shí)現(xiàn)了在較低壓力下甲醇和一氧化碳合成醋酸的工業(yè)方法。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。舊有高壓法，也在努力改善催化劑的活性，對(duì)合成塔作為某些改進(jìn)后，其生產(chǎn)能力可提高 20%50%,其能源利用率亦有顯著提高。 4. 繼續(xù)研制活性及選擇性高，耐熱性更好，使用壽命更長的甲醇合成銅系催化劑，達(dá)到簡化合成塔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化生產(chǎn)的目的。如熱能的充分利用原料氣制裝備的工藝改進(jìn)，采用透平壓縮機(jī)使用高活性催化劑等，都取得里顯著的節(jié)約能量消耗的效果。 這是燃料世界的一次革命，中國要達(dá)到國際環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)，必須解決汽車尾氣對(duì)空氣的污染問題，推廣使用綠色能源是一條重要的途徑，隨著人們對(duì)環(huán)境的要求越來越高甲醇汽油這一綠色能源在未來是個(gè)不錯(cuò)的選擇。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 1 章 流程的確定和說明 第 加料方式 加料分兩種方式：泵加料和高位槽加料通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定流量，但要求搭建塔臺(tái)，增加基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用；泵加料屬于強(qiáng)制進(jìn)料方式，泵加料易受溫度影響，流量不太穩(wěn)定，流速也忽大忽小，影響傳質(zhì)效率。本次加料可選泵加料，泵和自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置配合控制進(jìn)料。 第 節(jié) 進(jìn)料狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料對(duì)塔操作方便，不受季節(jié)氣溫影響。 由于泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)塔的制造比較方便，而其他進(jìn)料方式對(duì)設(shè)備的要求高，設(shè)計(jì)起來難度相對(duì)加大，所以采用泡點(diǎn)進(jìn)料。冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無需再次冷凝，且本次分離是為了分離苯和甲苯，制造設(shè)備較為簡單，為節(jié)省資金 ，選全凝器。 優(yōu)點(diǎn)：回流冷凝器無需支撐結(jié)構(gòu)； 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 缺點(diǎn)：回流控制較難安裝，但強(qiáng)制回流需用泵，安裝費(fèi)用，點(diǎn)好費(fèi)用大，故不用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽采用冷凝器以冷凝回流如塔內(nèi)。由于本次分離的是苯 — 甲苯混合液，故采用 間接加熱。只有在工藝物料的特征性或工藝條件特殊時(shí)才考慮選用其他形式。 塔釜 殘液中 甲醇 的含量不高于 %. 設(shè)計(jì)條件 操作壓力 （塔頂表壓） 進(jìn)料熱狀況 采用泡點(diǎn)進(jìn)料 回流比 R= 單板壓降 ≤ 全塔效率 ET=52% 設(shè)計(jì)方案確定 本設(shè)計(jì)中進(jìn)行二元混合物系甲醇 水的分離 ,采用連續(xù)操作方式的篩板精餾塔 ,進(jìn)料溫度為泡點(diǎn)溫度 .將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔內(nèi) ,用飽和水蒸氣加熱 .塔頂蒸汽采用全凝器冷凝 ,用循環(huán)水進(jìn)行冷卻 ,然后將冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi) ,其余部 分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。 第 節(jié) 精餾塔的工藝計(jì)算 物料衡算 甲醇摩爾質(zhì)量 MA=水的摩爾質(zhì)量 MB=4 0 3 2 .0 4 0 .2 7 2 74 0 3 2 .0 4 6 0 1 8 .0 2Fx ??? 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 9 5 3 2 . 0 4 0 . 9 1 4 39 5 3 2 . 0 4 5 1 8 . 0 2Dx ??? 3 . 5 3 2 . 0 4 0 . 0 2 0 43 . 5 3 2 . 0 4 9 6 . 5 1 8 . 0 2Wx ??? ⑵原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 0. 27 27 32 .0 4 ( 1 0. 27 27 ) 18 .0 2 21 .8 4 /FM k g k m ol? ? ? ? ? ? 0. 91 43 32 .0 4 ( 1 0. 91 43 ) 18 .0 2 30 .8 3 /DM k g k m ol? ? ? ? ? ? 0. 02 04 32 .0 4 ( 1 0. 02 04 ) 18 .0 2 18 .3 1 /WM k g k m ol? ? ? ? ? ? 年操作時(shí)間為 8000h 計(jì)算 原料量為： 710 / 8000 /k m ol h? ? ? 總物料衡算： F=D+W （ ） /kmol h =D+W F D Wx F x D x W?? （ ） ? =D? +W? 聯(lián)立解得 W= /kmol h D= /kmol h 第 節(jié) 精餾裝置的熱量衡算 冷凝器 冷凝器熱負(fù) 荷為： ( 1 ) ( ) ( )C V L V LQ R D I I V I I? ? ? ? ? ? （ ） 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 由于塔頂流出液幾乎為甲醇，可按純甲醇的摩爾焓計(jì)算，若回流在飽和溫度下進(jìn) 入塔內(nèi)， 則 , VLI I r?? （ ） 查 XY 圖，當(dāng) DX = 時(shí)，泡點(diǎn)溫度為 65℃，查的該溫度下汽化潛熱為 610 /kJ kmol 故 r=610? = /kJ kmol 所以 CQ? V r （ ） CQ? V r = ? =? 610 /kJh 由于冷卻水進(jìn)出冷凝器的溫度分別為 25℃及 35℃，所以冷卻水消耗量為： 21()CCPCQW t t C? ? （ ） 6218 . 6 3 1 0( ) 4 . 1 8 7 ( 3 5 2 5 )CCPCQW t t C ?? ? ?? ? ? 510? /kgh 再沸器 再沸器熱負(fù)荷為： 39。 39。 39。VLI I r?? 查圖， WX = 時(shí)，泡點(diǎn)溫度為 ℃，查的該溫度下得汽化潛熱為： 39。39。L L Fq?? =+1? = /kmol h 39。 2 8 3 . 4 1 5 8 . 4 0 . 9 1 4 3 0 . 6 4 5 0 . 3 1 7 84 4 1 . 8 4 4 1 . 8DLDy x x x xVV ?? ? ? ? ? ? 提留段操作線方程 39。39。39。39。 39。39。 8 4 4 . 3 4 0 . 2 5 0 . 0 2 0 4 1 . 9 1 1 0 . 0 1 8 5 94 4 1 . 8 4 4 1 . 8WLWy x x x xVV ?? ? ? ? ? ? 第 節(jié) 逐板法求理論塔板層數(shù) 由于進(jìn)料采用 泡點(diǎn)進(jìn)料，則： 1y = Dx (1 )yx y a y? ?? () 1 ?? 代入 1111(1 )yx y a y? ?? 2 15(1 )yyy? ?? 解得： 1x = 代入 2 15 78yx?? 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 解得： 2y = 代入 2222(1 )yx y a y? ?? 2 15(1 )yyy? ?? 解得 2x = 同理解得， 3y = 。 4x = 5y = 。5x = 代入 39。6 ?? 解得， 39。66 39。66(1 )yx y a y? ??39。39。6x = 同理解得， 39。 39。8y = 。8x = 39。 39。10y = 。10x = 39。 39。11x Wx 求解的結(jié)果為： 總理論塔板數(shù)： TN =11 塊 （包括再沸器） 理論進(jìn)料板數(shù) ： FN =5 塊 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 節(jié) 實(shí)際板層數(shù)的求解 精餾段實(shí)際板層數(shù)： 4 852%N ??精 塊 提留段實(shí)際板層數(shù)： 7 1452%N ??提 塊 TTPNE N? （ ） 實(shí)際塔板數(shù)： 11 2252%TP TNN E? ? ? 塊 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 4 章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)計(jì)算 第 節(jié) 精餾段的計(jì)算 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力： DP = 每層塔板壓降： △ P= 進(jìn)料板壓力： FP =+? 9= 精餾段平均壓力： ( ) / 2m D FP P P?? = (+)/2= 操作溫度計(jì)算 依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中甲醇 水溶液的飽 和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過程略。