【正文】 30 0 24 46 .07?? ? ? ? ?? kg 汽化塔及其附屬設(shè)備的計算選型 物料衡算 已知 F′=， xF′=90%， xD′=99%,xW′=%（以上均為質(zhì)量百分數(shù)）， k m o lkgMk m o lkgMk m o lkgM O C HCHOHOHCH /,/,/3323 ??? 摩爾分率： %???Fx %???Dx %???Wx 進料平均相對分子質(zhì)量 M 平均 =% +% =則進料摩爾流量為： ‘平 均 k / m o l hM?? 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 7 總物料 WDF ?? ； 易揮發(fā)組分 WDF WxDxFx ?? 帶入數(shù)據(jù)解得： D=塔頂產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量 為 M=%+(%)=塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量 為 D==塔釜產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量 為 M=%+(%)=塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量 為 W==表 物料衡算結(jié)果表 單位 進料 F 塔頂 D 塔釜 W 物料 kg/h kmol/h 組成 質(zhì)量分率 摩爾分率 90% % 99% % % % 表 甲醇 水平衡時的 t、 x、 y 數(shù)據(jù) 平衡 溫度 t 100 85 78 液相 甲醇 x 0 氣相 甲醇 y 0 平衡 溫度 t 70 68 液相 甲醇 x 100 氣相 甲醇 y 100 根據(jù)汽液平衡表（即 xyt 表），利用內(nèi)插法求 解 塔頂溫度 tLD、 tVD 6 6 . 99 8 . 2 4 8 7 . 4 1 6 5 . 0 11 0 0 8 7 . 4 1 6 4 . 7 6 6 . 9LD LDt tC?? ? ? ? ??? 塔釜溫度 tW 1001 0 0 9 2 . 9 9 9 . 6 20 5 . 3 1 0 . 2 8 1 8 0W Wt tC?? ? ? ? ??? 進料液溫度 tF 6 8 . 06 8 . 7 0 7 0 . 0 6 8 . 2 58 5 . 6 2 6 8 . 4 9 8 3 . 5 0 8 5 . 6 2F Ft tC?? ? ? ? ??? 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 8 回流比的確定：由表 的數(shù)據(jù) 繪制 xy圖 T xy f o r C H 4 O / H 2 OL i q u i d / Va p o r M o l e f ra c C H 4 OTemperature C0 . 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 070.075.080.085.090.095.0100.0105.0T x 0 . 1 M PaT y 0 . 1 M Pa 由圖可知進料平衡曲線為不正常平衡曲線，為減小誤差，用作圖法求最小回流比 minR ,由點 a（ XD,XD）向平衡線作切線，交軸于 b（ 0， ），即精餾操作線截距9 8 .2 4 / ( 1) 2 1 .3R ??，所以 m in9 8 .2 4 / ( 1) 2 1 .3R ??，所以 min ? 。 平均相對揮發(fā)度 α ： t=℃ 時 ) 0 0( ) 0 0()1( )1(1 ??? ???? ??? xy xyxy xy BB BA? t=℃時 ) 0 0( ) 0 0()1( )1(2 ??? ???? ??? xy xyxy xy BB BA? 21 ????? ??? 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 9 熱量衡算 （ 1）加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇 常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。燃料燃燒所排放的煙道氣 溫度可達 1001000℃ ，適用于高溫加熱，缺點是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。常用的冷卻劑是水和空氣，應因地制宜加以選用。本設(shè)計選用 20℃ 的冷卻水，選升溫 10℃ ，即冷卻水的出口溫度為 35℃ 。 水甲 （ VDVDLDVD HxHxII ?????? )1 其中 VH?甲 —— 甲醇的蒸發(fā)潛熱； VH? 水 水的蒸發(fā)潛熱 蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系： 21)11(121 ??TTHH V ????? ,其中 rT —— 對比溫度。kmol1) Tc/K 甲醇 水 100 8430 9729 由沃森公式計算塔頂溫度下的潛熱 21)11(121 ??TTHH V ????? ℃時，對甲醇 : 6 6 1 2 7 322 ????CTTT ? 6 5 1 2 7 311 ????CTTT ? 蒸發(fā)潛熱 : k mo lk c a lH /) (8430 ?????? 甲? 對水，同理得 2 ? 1 ? 蒸發(fā)潛熱 k mo lk c a lH / ???? ）（水? 對于全凝器作熱量衡算（忽略熱損失），選擇泡點回流，因為塔頂甲醇含量很高，與露點相接近，所以 水甲 HxHxII DDLDVD ?????? )1( 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 10 代入數(shù)據(jù) k m o lk c a lII LDVD /8 4 5 1 . 4 6 31 0 1 7 4 . 3 3 80 . 9 8 2 4 )(15 9 4 2 09 8 2 ?????? k m o lk c a lQ c / 0 6 1 6 0 6 14 6 4 5 16 7 3 5)( ????? 冷卻劑的消耗量 hkgttC QW P CC / 0 7 7 3 7)( 12 ??? （ 3）加熱器的熱負荷及全塔熱量衡算 選用 (℃ )飽和水蒸氣為加熱介質(zhì) 表 甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容 [單位： kcal/(kg.℃ )] 甲醇 ? ? 1 ? ? ? 1 ? ? 水 1pC ? 1pC ? 2 1pC? 1pC ? 1pC ? 2 1pC? ? 甲醇 )(7 2 )(1 ??????? FLDp ttC 1 ( ) 0 . 7 8 2 ( 9 9 . 6 2 6 8 . 2 5 ) 2 4 . 5 3p WFC t t? ? ? ? ? ? ? 水 )(1)(2 ??????? FLDp ttC )(1)(2 ??????? FWp ttC )() 2 ()]1([ ??????????????? txCxCdtC DpDpp )()9 9 0 8 ()]1([ ?????????????????? txCxCdtC WpWpp 則有 65. 0168. 25 ( ) ppQ D C dt D C t? ? ? ? ? ? ? ? ??kcal/h 3 6 2 7 5 ????????? ? tCWdtCWQ ppWkcal/h 對全塔進行熱量衡算 CWDSF Q ???? 為了簡化計算，以進料焓，即 ℃時的焓值為基準做熱量衡算 FCWDS Q ???? k m o lk c a lQ FCWDS / 7??????????? 塔釜熱損失為 10%，則 η=，則 hk c a l SS / 1006 77 ?????? ? 式中 SQ—— 加熱器理想熱負荷； SQ?—— 加熱器實際熱負荷； DQ—— 塔頂餾出液帶出熱量； WQ—— 塔底帶出熱量。 精餾段操作線方程為11DxRyxRR???? ,截距 ????Rx D 連接 ? ? ,1, , (0 )DDD xRxx ?與 q 線交于 d 點，連接 ? ?,WWxx 與 d 點，得提餾段操作線，然后由平衡線與操作線可得精餾塔理論板數(shù)為 30 塊，提餾段 4 塊，精餾段 26 塊 。目前，填料的開發(fā)與應用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個方面進行。 （ 3）塔徑設(shè)計計算 汽化塔設(shè)計的主要依據(jù)和條件： 表 不同溫度下甲醇和 水的密度 物質(zhì) 密度 (kg/m3) 溫度 /℃ 50 60 70 80 90 100 甲醇 水 750 988 741 983 731 978 721 972 713 965 704 958 表 查化工工藝設(shè)計手冊整理得甲醇 水特殊點粘度 物質(zhì) 粘度（ ） 塔頂 ℃ 塔底 ℃ 進料 ℃ 甲醇 水 塔頂、塔底、進料條件下的流量及物性參數(shù)： 表 汽化塔塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表 符號 1. LDMkgkmol? 1. VDMkgkmol? ?? ? ? LDmPas?? 1Dkgh?? 數(shù)值 表 汽化塔塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 12 符號 1. LWMkgkmol? 1. VWMkgkmol? ? ? ? ? LWmPas?? 1Wkgh?? 數(shù)值 958 表 汽化塔進料數(shù)據(jù)結(jié)果表 符號 1. LFMkgkmol? 1. VFMkgkmol? ?? ? ? LFmPas?? 1Fkgh?? 數(shù)值 精餾段及提餾段的流量及物性參數(shù)： 表 精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表 精餾段 提餾段 氣相平均相對分子質(zhì) 1/ ( . )VM kg kmol? 液相平均 相對分子質(zhì) 1/ ( . )LM kg kmol? 氣相密度 3/ ( . )V kgm? ? 液相密度 3/ ( . )L kgm? ? 氣相摩爾流量 1( . )kmolh? 氣相質(zhì)量流量 1( . )kgh? 液相粘度 /.mPas 液相摩爾流量 1/( . )kmolh? 液相質(zhì)量流量 1/( . )kgh? 由氣速關(guān)聯(lián)式 : 1122l g 1 . 7 5f GGLLLu aLAgG????? ? ? ? ???? ? ? ????? ??? ? ? ???? ? ? ??? 式中 2a?—— 干填料因子； L? —— 液體粘度， mPa 精餾段： G? =， L? = kg/m3 ， ? =， a =250 23/mm， L? = mPa 選取汽化塔的規(guī)格為： Ф2700/700 1500,VN= 拉西環(huán)填料 （ 4）填料層高度的 計算 精餾段 ： 3/,/ mkgsmu vv ?? ? 0 3 1 ) ( 9 1 2 8 3 1 3 8 9)( ??LvvLww ?? )( 222 ??????LLV ugu ???? 查化工原理（天大修訂版下冊 [10]） P191 得 mPazP /??? 依經(jīng)驗數(shù)據(jù)取等板高度 HETP=，則 mH ET PNZ T ?????精 精餾段總壓降 )/p PZZP ???????? 精精 （ 提餾段： ) ( )( ??LvvLww ?? )( 222 ??????LLV ugu ???? 查得 mPazP /??? mH E T PNZ T ?????提 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 14 提餾段總壓降 a7 0 6 . )/p PZZP ???????? 提提 （ 全塔填料層總壓降 PaPPP ???????? 提精 填料總高度 mZZZ 15213 ????? 提精 表 填料層高度和壓強降計算匯總表 參數(shù) 精餾段 提餾段 全塔 壓降 / ( / )P Z Pa m? 總壓降 /Pa 填料層高度 /m 75 13 36 2 111 15 汽化塔附屬設(shè)備的選型計算 （ 1） 甲醇回流冷凝器 選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時排出冷凝液，采用逆流換熱?！?) △ t==℃ SQ? = 107 kcal/h 27 0 0 0 4/1 6 2 mtKQA C ??????? 選用兩個塔底再沸器，則每個再沸器的換熱面積為： A? =A /2= 2m 選取再沸器的型號為： Ф273 3000，換熱面積為 F= 合成塔及其附屬設(shè)備的計算選型 物料衡算 進塔甲醇蒸汽流量 D? =由反應式 OHO C HCHOHCH 23332 ?? 其單程轉(zhuǎn)化率為 80%， DME 選擇性≥