【正文】 生產(chǎn)中，一般情況下，當(dāng)處理物料量很大時多采用板式塔。針對板式塔，其塔板類型按照塔內(nèi)氣、液的流動方式，可將塔板分為錯流塔板和逆流塔板兩大類。其中柵板和淋降篩板都屬于逆流塔板。可見本設(shè)計需要用錯流塔板。泡罩塔作為應(yīng)用最早的一類氣液傳質(zhì)設(shè)備，長期以來人們對其性能就做了比較充分的研究，而且在工業(yè)上積累了豐富的實踐經(jīng)驗。升氣管的上面覆蓋著泡罩，泡罩的下部周邊還開有許多的齒縫。泡罩在塔板上面作等邊三角形。在操作時，上升氣體在通過齒縫進(jìn)入液層時，被分散成了許多細(xì)小的氣泡或者流股，在塔板上形成鼓泡層和泡沫層，這樣為氣液兩相提供了大量的傳質(zhì)界面。其缺點為：塔板的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬量消耗比較大，造價比較高；塔板的壓降比較大，兼因霧沫夾帶現(xiàn)象比較嚴(yán)重，極大的限制了氣速的提高，致使塔的生產(chǎn)能力和板效率均比較低。篩板塔的塔板上開有很多均勻分布的篩孔，孔徑一般為3至8毫米，篩孔在塔板上成三角形排列。在操作時，上升的氣流通過篩孔進(jìn)而分散成細(xì)小的流股，從塔板液層中鼓泡而出，氣液間密切接觸來進(jìn)行傳質(zhì)。綜上所述可見篩板塔的優(yōu)點為：結(jié)構(gòu)比較簡單，其造價低廉，氣體的壓降比較小，板上的液面落差也比較小，生產(chǎn)能力和塔板效率均比泡罩塔高些。近些年來采用大孔徑的篩板可以避免堵塞，而且由于氣速提高，生產(chǎn)能力大大增加。浮閥塔在20世紀(jì)50年代的初期就在工業(yè)上開始推廣使用，因為其兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，所以成為了國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的塔型，特別是在石油方向、化學(xué)工業(yè)中使用最為普遍，對它的性能研究也比較充分。其中浮閥的形式有很多，目前我國已經(jīng)采用的浮閥有五種，但最常用的浮閥形式為F1型、V4型兩種。角，用來限制操作時閥片在板上升起來的最大高度；閥片的周邊又沖出三塊稍微向下彎的定距片。塔板與閥片的點接觸也可以防止停工后板面與閥片的黏結(jié)。浮閥開度隨著氣體負(fù)荷而改變。綜上可見F1型浮閥塔的優(yōu)點為：結(jié)構(gòu)很簡單，制造比較方便，而且節(jié)省材料、性能良好，被廣泛應(yīng)用于化工及煉油生產(chǎn)當(dāng)中，現(xiàn)在已經(jīng)列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB111868）內(nèi)。一般的情況下都采用的是重閥，只是在處理量很大，并且要求壓強(qiáng)降很低的系統(tǒng)才用輕閥。閥片除了腿部相應(yīng)加長以外，其余的結(jié)構(gòu)尺寸與F1型輕閥無異?？梢姼￠y塔的優(yōu)點明顯：第一，生產(chǎn)能力大。第二，操作彈性大。第三，塔板的效率高。第四，氣體的壓強(qiáng)降及液面落差比較小。第五，塔的造價低。但是浮閥塔不宜與處理容易結(jié)焦和黏度大的系統(tǒng)，但是對于黏度稍微大些及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)時，浮閥塔也能夠正常操作。 其他部分設(shè)備的介紹精餾裝置所附屬的設(shè)備主要為各種形式的換熱器和一些泵。這些附屬設(shè)備中，再沸器和冷凝器為保證精餾工序的正常連續(xù)穩(wěn)定操作是必不可少的兩類換熱器設(shè)備。冷凝器其作用正好相反，將蒸汽進(jìn)行冷凝為液體，部分或者全部冷凝液參與回流，提供精餾塔內(nèi)下降的液流，保證氣液相傳質(zhì)。第3章 工藝計算粗甲醇的工藝流程圖：預(yù)精餾塔加壓精餾塔常壓精餾塔 圖23 粗甲醇精餾物流圖 物料衡算已知：年產(chǎn)22萬噸甲醇，每年以320個工作日計 %，粗甲醇的組成如表31。8%＝C 軟水：軟水的加入量按精甲醇的20%計，那么需要補(bǔ)加軟水：2865020%－92%≈以上計算結(jié)果如表32。表33 預(yù)塔出料流量及組成表物料量 kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計塔頂塔底28650合計28650 主塔的物料平衡計算按照加壓塔和常壓塔的采出量之比4∶6計算，常壓塔釜液含有甲醇1%。表34 甲醇精餾塔物料平衡匯總（單位：kg/h）成分物料加壓塔出料常壓塔出料常壓塔釜出料甲醇28650NaOH水高沸物合計 能量衡算 預(yù)塔的熱量衡算⑴ 進(jìn)料帶入熱量取回流液與進(jìn)料量之比為1：4，預(yù)塔帶入熱量如表35。則有： Q出＝Q二甲醚＋Q回流液＋Q預(yù)后甲醇＋Q損 ＝＋＋＋＋5%Q入 ＝21345198＋5%Q入 根據(jù)能量守恒 即 Q入＝Q出 即 ＋Q蒸汽＝21345198＋5%Q入 解得 Q蒸汽＝，如果不計冷凝水的顯熱，那么需要蒸汽量：G1蒸汽＝＝以上計算的結(jié)果塔熱量平衡如表37。⑴ 進(jìn)料帶入熱量進(jìn)料帶入加壓塔的熱量如表38。 Q入＝Q進(jìn)料＋Q回流＋Q蒸汽 ＝＋＋Q蒸汽 ＝＋Q蒸汽⑵ 物料帶出熱量出料帶出加壓塔的熱量如表39。則有 Q出＝Q精甲醇＋Q回流＋Q塔底＋Q熱損失 ＝＋＋＋＋5%Q入 ＝＋5%Q入 根據(jù)加壓塔精餾能量守恒 即：Q入＝Q出 也即：＋Q蒸汽＝＋5%Q入 解得：Q蒸汽＝ 加壓塔采用中壓蒸汽加熱所需要的蒸汽量為：回流液和產(chǎn)品的冷凝潛熱： Q潛＝（＋）＝ 可提供給常壓塔再沸器的熱量為： Q供＝Q潛（1－5%）＝（1－5%）＝ 常壓塔的熱量衡算設(shè)計的操作條件為：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℃，.⑴ 物料帶入熱量常壓塔的入塔能量如表310。表311 常壓塔出熱表物料精甲醇回流液釜液熱損失成分甲醇甲醇甲醇水＋堿流量kg/h溫度℃6565105105比熱 kJ/kg℃潛熱kJ/kg熱量kJ/h5%Q入 同理可得其他物質(zhì)的熱量。表312 精餾系統(tǒng)能量衡算總表項目物流預(yù)塔加壓塔常壓塔帶入熱量kJ/h進(jìn)料回流加熱合計帶出熱量kJ/h塔頂出料塔釜出料熱損失合計第4章 常壓精餾塔設(shè)計已知： ⑴ % ⑵ 操作條件為： 塔頂壓力：106Pa 塔底壓力：106Pa 塔頂溫度：65℃ 塔底溫度：105℃ 回流液溫度：40℃ 進(jìn)料溫度：70℃ 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)⑴ 查表[1]%。根據(jù)芬斯克公式[12]： 最小回流比 各組分如表41。 精餾段與提餾段的體積流量 精餾段已知精餾段的數(shù)據(jù)如表42。表43 精餾段的汽液相負(fù)荷表名稱液相汽相平均摩爾質(zhì)量kg/kmol平均密度kg/m3體積流量m3/h 提餾段先整理提餾段的數(shù)據(jù)如表44。表45 提餾段的汽液相負(fù)荷名稱液相汽相平均摩爾質(zhì)量kg/kmol平均密度kg/m3體積流量m3/h 塔徑計算 該設(shè)計選用的是F1重閥浮閥塔，全塔選用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，板間距HT＝。該設(shè)計可以取清液層高度，選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰。計算如下數(shù)據(jù)：汽塔的平均蒸汽流量： 汽塔的平均液相流量： 汽塔的汽相平均密度： 汽塔的液相平均密度： 取閥孔動能因子F0＝12，計算如下：每層浮閥數(shù)個考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔盤[14]。塔板開孔率為： 塔板流體力學(xué)驗算 汽相通過浮閥塔的壓降A(chǔ)．干板阻力hc 臨界孔速：因為＞，則：B．板上充氣液層阻力因設(shè)備分離烴化液，液相為碳?xì)浠衔?，可以取充氣系?shù)為。那么則單板壓降： 液泛為了防止液泛，需要嚴(yán)格控制降液管的液層高度： 氣體通過塔板的壓降，也即液降高度液體通過降液管的壓頭損失：因為沒有設(shè)進(jìn)口堰，則液降高度板上的液層高度為那么：取，選定的，可以得到：可見，設(shè)計可以防止液泛。 塔板負(fù)荷性能圖 霧沫夾帶線泛點率： 對于一定的物系和一定的塔板已知，相對于的泛點率上限可確定，VL關(guān)系，按泛點率80%計算：得到：由以上式子可知：霧沫夾帶線為直線。由，得到：，那么： 漏液線對于F1 重閥，以為規(guī)定氣體最小的負(fù)荷。很明顯，操作的時候需要注意防止霧沫夾帶。在工業(yè)生產(chǎn)中，一般解決這個問題是通過增加塔板數(shù)，減少回流比來使操作點下移，因此，本設(shè)計應(yīng)用于實際生產(chǎn)中后需要增加適當(dāng)?shù)乃鍞?shù)來防止霧沫夾帶的發(fā)生。由于塔內(nèi)的甲醇水混合液較清潔，不需要經(jīng)常清洗內(nèi)部構(gòu)件，所以可以取每隔8塊塔板設(shè)一個人孔，這樣設(shè)置的人孔數(shù)為：n=32247。表47 設(shè)備匯總項目尺寸塔高進(jìn)料管釜液管上升蒸汽管回流液管壁厚第5章 結(jié) 論⑴ 針對年產(chǎn)22萬噸甲醇精餾工藝，在保證純度要求的基礎(chǔ)上，三塔精餾以其節(jié)能明顯優(yōu)益于其他工藝，所以，本設(shè)計采用三塔精餾工藝。⑶ 對精餾的常壓塔階段進(jìn)行工藝設(shè)計，并對該塔的車間進(jìn)行了簡單的設(shè)計。在此，特意要感謝楊麗云教授對我的悉心指導(dǎo)。通過楊教授的指導(dǎo)，我對工藝的選擇有了正確的認(rèn)識，并對設(shè)備有了深刻的認(rèn)識，對于完成論文起到了至關(guān)重要的作用。她治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度必將成為以后我學(xué)習(xí)和工作中榜樣。論文的完成同樣也離不開同學(xué)的幫助和關(guān)心。總而言之，我要忠心感謝所有對我論文有過幫助、指導(dǎo)的老師和同學(xué)們！ 47