【正文】 在塔內(nèi)的停留時(shí)間相對(duì)短。 一般與填料塔相比，板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，阻力降較大[8]。而浮閥塔具有很多優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔的研究開發(fā)遠(yuǎn)較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研開發(fā)的主要方向。實(shí)際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負(fù)荷范圍較泡罩塔窄，但設(shè)計(jì)良好的塔其操作彈性仍可達(dá)到滿意的程度。（2）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。但篩板塔的主要缺點(diǎn)有：塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻；操作彈性較小(約2～3)；小孔篩板容易堵塞。浮閥塔是二十世紀(jì)五十年代初開發(fā)的一種新塔型。當(dāng)篩孔氣速高時(shí)，閥片被頂起、上升，孔速低時(shí)，閥片因自重而下降。又因氣體在閥片下測(cè)水平方向進(jìn)入液層，既減少液沫夾帶量，又延長(zhǎng)氣液接觸時(shí)間，故收到很好的傳質(zhì)效果。 （2）操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 （4）氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價(jià)昂貴，推廣受到一定限制。近幾十年來(lái)，人們對(duì)浮閥塔的研究越來(lái)越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越豐富，積累的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計(jì)浮閥塔比較合適[10]。V4型的特點(diǎn)是閥孔被沖壓成向下彎的噴咀形，氣體通過閥孔時(shí)因流道形狀漸變可減小阻力。三類浮閥中，F(xiàn)1型浮閥最簡(jiǎn)單，該類型浮閥已被廣泛使用。 甲醇精餾操作壓強(qiáng)的選擇精餾可以常壓，加壓或減壓條件下進(jìn)行。對(duì)于沸點(diǎn)低，常壓下為氣態(tài)的物料必須在加壓條件下進(jìn)行操作。對(duì)于熱敏性和高沸點(diǎn)的物料常用減壓蒸餾。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低位的加熱劑。本次任務(wù)主要是甲醇和水體系，甲醇水這一類的溶液不是熱敏性物料，且沸點(diǎn)又不高，所以不需采用減壓蒸餾。所以為了有效降低設(shè)備造價(jià)和操作費(fèi)用對(duì)這類溶液可采用常壓蒸餾。原則上在供熱一定的情況下，熱量應(yīng)盡可能由塔底輸入，使產(chǎn)生的氣相回流在全塔發(fā)揮作用，即宜冷也進(jìn)料。這樣，塔內(nèi)精餾段和提留段上升的氣體量變化較小，可采用相同的塔徑，便于設(shè)計(jì)和制造。綜合考慮各方面因素，決定采用泡點(diǎn)進(jìn)料，即q=1[12]。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是，可利用壓強(qiáng)較低的加熱蒸汽，并省掉間接加熱設(shè)備，以節(jié)省操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。 甲醇雙塔工藝流程說明實(shí)際工藝流程敘述：來(lái)自合成工段的粗甲醇首先進(jìn)入粗甲醇貯槽內(nèi)，(～)，再進(jìn)入粗甲醇預(yù)熱器，加熱至65℃左右進(jìn)入預(yù)塔，加熱釜液至82℃左右為塔內(nèi)溶液提供熱量，塔頂?shù)臍怏w進(jìn)入預(yù)塔冷凝器冷凝成≤50℃的液體后進(jìn)入預(yù)回流槽，為預(yù)塔提供必需的傳熱，傳質(zhì)介質(zhì)，用預(yù)塔回流量控制預(yù)塔頂在64℃左右。再經(jīng)自調(diào)閥控制一定的預(yù)塔底液位后進(jìn)入主塔，主塔下設(shè)主塔再沸器，用低壓蒸汽加熱釜液溫度為105℃，為主塔精餾提供必需的熱量，塔頂?shù)臍庀噙M(jìn)入主塔冷凝器冷凝成50℃的液體，進(jìn)入主回流槽內(nèi)，為主塔頂提供必需的傳質(zhì)、傳熱介質(zhì)。精甲醇產(chǎn)品由塔頂采出來(lái)(根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的采出口)，采出的精甲醇首先進(jìn)入產(chǎn)品冷卻器中冷卻到40℃后經(jīng)過流量計(jì)進(jìn)入精甲醇貯槽，計(jì)量液位。主塔底的組分主要為水，經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制40～60%的液位后進(jìn)入殘液水冷器，冷卻到溫度≤40℃。則每小時(shí)生產(chǎn)精甲醇的量為： 粗甲醇組成表組分名稱CO2COH2CH4N2(CH3)O2ArCH3OHH2OC4H9OH組成二甲醚由甲醇脫水形成，異丁醇由CO與H2的量控制不當(dāng)而合成的副產(chǎn)物，水則是由于CO2與H2合成甲醇時(shí)的產(chǎn)物，水的含量比較高。 預(yù)塔物料衡算（1）進(jìn)料 粗甲醇入料量為： 其中：二甲醚： % 甲 醇： % 水： % 異丁醇： % 堿液：為了防止工藝管路和設(shè)備的腐蝕，先以5%的氫氧化鈉溶液和粗甲醇中的酸性物質(zhì)反應(yīng)，使其呈弱堿性，[13]。預(yù)后甲醇中水量＋堿量+高沸物+殘液中的甲醇量 解得 帶入熱量進(jìn)熱項(xiàng)目粗甲醇軟水堿液回流液熱蒸汽成分二甲醚甲醇水異丁醇水堿+水甲醇水流量kg/h溫度℃65656565787860比熱kJ/kg℃焓kJ/kg熱量kJ/hQ蒸汽有：Q入＝Q粗甲醇＋Q軟水＋Q回流液＋Q蒸汽＝＋＋＋＋＋＋＋Q蒸汽＝＋Q蒸汽（2）帶出熱量 帶出的熱量出熱部分塔頂塔底熱損失成分二甲醚回流液甲醇水＋（堿液）以5%計(jì)液體比熱kJ/kg℃流量kg/h液體冷凝熱kJ/kg溫度℃64648282熱量kJ/h5%Q入那么：Q出＝Q二甲醚＋Q回流液＋Q預(yù)后甲醇＋Q損＝＋＋＋＋5%Q人＝＋5%Q入根據(jù)能量守恒：Q入＝Q出 (31)既：Q入＝＋5%Q入則：Q入＝Q出＝所以 Q蒸汽＝則需要蒸汽量為： 根據(jù)以上計(jì)算的結(jié)果列出預(yù)塔熱量平衡表: 預(yù)塔熱量平衡表帶入熱量kJ/h帶出熱量kJ/h塔側(cè)粗甲醇入熱塔頂二甲醚出熱塔頂加入冷凝殘液入熱塔頂回流甲醇蒸汽塔頂回流液入熱塔底預(yù)后粗甲醇加熱蒸汽熱損失總?cè)霟峥偝鰺崂鋮s水用量計(jì)算假設(shè)入口冷卻水的溫度為30℃，出口冷卻水的溫度40℃，則：Q入＝Q甲醇＋Q甲醇蒸汽＝＋＝Q出＝Q二甲醚＋Q回流液＋Q損失＝＋＋＝Q傳＝Q入－Q出＝－＝又因?yàn)?Q傳＝G1水（40－30）＝所以得到 G1水＝ 主塔的熱量衡算設(shè)計(jì)的操作條件為：塔頂溫度65℃，塔釜溫度105℃，進(jìn)料溫度70℃，回流液溫度為40℃，冷卻水進(jìn)口溫度30℃，出口溫度40℃。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。塔頂上升蒸汽采用全冷器冷凝，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)品冷卻器冷卻后送入儲(chǔ)罐。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)槽。 根據(jù)芬斯克公式[15]得：塊 最小回流比因?yàn)槭桥蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以q=1，Xq=XF=。 全塔效率的估算全塔平均溫度為：℃在溫度85℃下查得水的粘度[14]：在溫度85℃下查得甲醇的粘度[14]：那么： （48） 全塔效率為： （49） 實(shí)際板數(shù)實(shí)際進(jìn)料板： 塊 （410）圓整后取9塊實(shí)際板數(shù)為： 塊 （411）圓整后取32塊，本設(shè)計(jì)采用32塊板。 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù) 操作壓力及溫度（1）操作壓力進(jìn)料板壓力： 精餾段平均壓力： 塔釜板壓力： 提餾段平均壓力： （2）操作溫度 甲醇和水的安托尼系數(shù)安托尼系數(shù)ABCMin～MaxHO10～168CH3OH16～91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、水的飽和蒸氣壓由安托尼方程計(jì)算。 同理可求出 t=105℃則：精餾段平均溫度為： 提餾段平均溫度為： （2）進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量 ＝ =進(jìn)料板的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 塔頂?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 塔釜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： （1）精餾段平均密度及體積流量的計(jì)算氣相： 若氣體為理想氣體，則： 精餾段的汽相負(fù)荷為： 液相： 平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 那么液相的平均密度為： （414）所以精餾段的液相負(fù)荷為： （2）提餾段平均密度及體積流量的計(jì)算氣相：若氣體為理想氣體，則： 提餾段的汽相負(fù)荷為： 液相： 平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 那么液相的平均密度為： 所以提餾段的液相負(fù)荷為： 平均粘度的計(jì)算查工具書[14]得：℃時(shí) = =℃時(shí) = ℃時(shí) 塔頂平均表面張力：進(jìn)料板平均表面張力：塔底平均表面張力：精餾段平均表面張力：提餾段平均表面張力： 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 塔徑計(jì)算該設(shè)計(jì)選用的是F1重閥浮閥塔，[19]。本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑DN=1600mm，查得封頭曲面高度h1=400mm，直邊高度h2=25mm，封頭的厚度mm，內(nèi)表面積m2，容積m3[22]。根據(jù)封頭厚度6mm，查得厚度負(fù)偏差C1=，腐蝕余量C2=[22]，則C1+C2=+=校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度： （416）式中：試驗(yàn)壓力(,） 得　　　　　　　可見，所以水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠，設(shè)計(jì)選用