【正文】 餾物 為異丁醇和乙醇： =④ 塔底 NaOH： kg/h ⑤ 塔頂輕餾分量 為二甲醚和丙酮： = 10 ⑥ 塔頂 不凝氣體： =(3)預(yù)塔回流量 回流比 R 取 ， 則回流量 為 =。 預(yù)后粗甲醇： 回流量： ： kg/h 粗甲醇： kg/h 圖 加壓塔物料流程簡(jiǎn)圖 常壓塔物料衡算 已知常壓塔釜液含甲醇 1%。 物料 加壓塔進(jìn)料 加壓塔頂出料 加壓塔底出料 常壓塔頂出料 常壓塔底出料 甲 醇 1250 NaOH 水 高沸物 合計(jì) 加 壓 精 餾 塔 12 粗甲醇進(jìn)料量： kg/h 回流量： 7650 kg/h 精甲醇： 1250 kg/h 廢水量： kg/h 圖 常壓塔物料流程簡(jiǎn)圖 粗甲醇中甲醇的回收率 甲醇回收率 =（加壓塔精甲醇量 +常壓塔精甲醇量） /粗甲醇中精甲醇量 =（ +1250） /=% 常壓精餾塔能量衡算 操作條件 :進(jìn)料溫度 124℃ ，塔頂蒸汽 65℃ ，塔釜 108℃ ，回流液溫度 40℃ 塔頂壓力 ?106 Pa，塔底壓 力 ?106 Pa。 由于 Q 出 ＝ Q 入 ， 由上述計(jì)算可得 Q 入 = Q 出 =， Q 蒸 =，已知甲醇蒸氣的汽化熱為 kJ/h，則 8 0 1 1 8 0 1 6 9 7 8 7 ??蒸汽Gkg/h。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?， 冷卻水一般為 10～ 35℃ 。本設(shè)計(jì)選用 30℃ 的冷卻水 ， 選升溫 10℃ ，即冷卻水的出口溫度為 40℃ 。 (3)常壓塔精餾段熱量平衡 表 精餾段熱量平衡表 帶入熱量： kJ/h 帶出熱量： kJ/h 加壓塔來(lái)的甲醇： 采出熱量精甲醇： 塔底供熱： 內(nèi)回流： g 內(nèi) (65? +) 內(nèi)回流： g 內(nèi) (65?) 總?cè)霟幔?+ 內(nèi) 總出熱： + 內(nèi) 由總?cè)霟?=總出熱，得 + 內(nèi) =+ 內(nèi) 即 g 內(nèi) = (4)常壓塔提餾段熱量平衡 表 提餾段熱量平衡表 帶入熱量： kJ/h 帶出熱量： kJ/h 加壓塔來(lái)的甲醇： 殘液： 塔底供熱： 內(nèi)回流： gˊ內(nèi) (67? +) 內(nèi)回流： gˊ內(nèi) (65?) 總?cè)霟幔?+ gˊ內(nèi) 總出熱： + gˊ內(nèi) 由總?cè)霟?=總出熱，得 + gˊ內(nèi) + ， 即 gˊ內(nèi) =(5)氣液負(fù)荷計(jì)算 ①精餾段 平均溫度： (124+65)/2= ℃ 15 入料壓力： ? ? 65 66 ??????KPa 平均壓力： (+10)/2= 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積： V0=g 內(nèi) ?Vm=?=操作狀況下體積： 5 5 0 101 0 7 3 7 0 6 03661 ???? ?????Vm3/h 氣體負(fù)荷： ??nVm3/s 氣體密度： 58 ??n?kg/m3 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ℃時(shí)甲醇的液體密度 n? =721 kg/m3[21]， 則液體負(fù)荷： 0 0 3 2 13 6 0 0 6 5 8 ???nLm3/s ②提餾段 平均溫度： (108+124)/2=116℃ 平均壓力： (+130)/2= 標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積 V2=gˊ內(nèi) ?Vm=?=操作狀況下： 5 5 0 7101 0 101 0 7 3 7 36 8 0 3 03662 ???? ?????Vm3/h 氣體負(fù)荷： ??mVm3/s 氣體密度： 5 5 1 0 0 4 3 ??m?kg/m3 進(jìn)料狀態(tài)甲醇溶液含甲醇 %， 溫度 124℃ ，查得密度為 kg/m3。 108℃ ， 下水的密度為 kg/m3[22]。 則由 (32) 得： 0, ??? ???i FiiX 即 ?? ?????? ，用試差法求出 ?? ，將 ?? 代入 (31)得： ? ? ????? 1, mimDii RX ??? ?? + ?? 故 Rmin=。s 塔頂塔底平均溫度為 :(108+65)/2=℃ 18 ℃ 時(shí)：OH2?=?103 Pas )1(23 fOHfL XXOHCH ??? ??? Xf=?103?+?103?()=? 103 Pa 塔徑的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用重閥浮閥塔，設(shè)全塔選用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，板間距 HT=，溢流堰高 hc=。根據(jù)精餾段功能參數(shù)和 H0 查史密斯關(guān)聯(lián)圖查得負(fù)荷系數(shù)C? =。甲醇水溶液的平均組成甲醇為 (+)/2=；水為 。 則 0 5 1020 5 1 5 ????????? ? ??????????????CC ②最大流速 Umax a x ???????vvlCU ? ?? m/s 又 U=(～ )Umax， 則 U 適 ==?=③求塔徑 D 7 5 4 ?????適UVD n? m (2)提餾段 ①求操作負(fù)荷因子 C 提餾段功能參數(shù)： 2121????????????????vlmmVL ?? ， 同理史斯密斯 圖得 C? =。 甲醇水溶液的平均組成甲醇為 (+) /2=，水為 =。 則 1020 5 2 5 ????????? ? ??????????????CC ② 最大流速 U1max a x1 ???????vvlCU ? ??m/s m a x ???? UU 適 m/s ③求塔徑 D1 ?????適UVD n? m 所以對(duì)全塔，取塔徑 D=。 ②釜液高度 H2 釜液溫度為 108℃ ， 下液相流量為 kg/h，密度 ，設(shè)釜液在釜內(nèi)停留時(shí)間為 20min。 ④塔頂部空間高度 H4 塔頂部空間高度指塔頂?shù)谝粔K板塔頂封頭的垂直距離，一般在 ～ [23]， 本設(shè)計(jì)取H4=。 (3)壁厚 由于是常溫常壓操作，取壁厚 Sn=10 mm。 綜上，塔的總高度 H=16700mm=。根椐經(jīng)驗(yàn)，取清液層高度 hc=，本設(shè)計(jì)選用單溢流弓形降 21 液管，不設(shè)進(jìn)口堰，采用平直堰。 (1)精餾段堰高 hw計(jì)算 由 （ 43） 得： i= ?3600/=由 （ 42） 得： 32 ????owhm 由 （ 41） 得： hw == (2)提餾段堰高 hw計(jì)算 由 （ 43） 得： i= ?3600/= 由 （ 42） 得： 32 ????owhm 由 （ 41）得： hw == 綜上，取 hw =。 查閱《代工原理》 (下 )天津科學(xué)技術(shù)出版社，得到： Wd/D=[25]， Ad/AT=[25] Wd 弓形降液管寬 m； Ad 弓形降液管面積 m2； AT塔截面積 m2； 則 Wd =?=， AT=41 ? D2=41 ??=， Ad =?= ②設(shè)降液管底隙高度 H0 22 對(duì)弓形降液管，管口面積等于底隙面積， 取 0U? = m/s。0 ? （ 4﹣ 4） 由 （ 44） 得精餾段： 0 ???Hm； 提餾段： 0 ???Hm 塔盤(pán)浮閥數(shù)目及布置 浮閥數(shù)目計(jì)算 取閥孔動(dòng)能因子 F0=11， 浮閥孔直徑 d0=。 23 ④塔板開(kāi)孔率 ? ： %4422220 ????Dnd??? 浮閥的布置 由上述計(jì)算可知 Wd =，取邊緣寬度 Wc=，兩邊安定區(qū)寬度 Ws= m，浮閥排列方式采用等腰三角形叉排。 鼓泡區(qū)面積： 1a r c s in1 8 02 222 ??????? ??? rxrxrxA P ?m2 式中 ? ? 4 1 2 ????sd WWDxm， ??cWDrm 則浮閥孔排間距 t=Ap/nt1=1/150?=，取 t=90mm。 24 (3)克服液體表面張力阻力 ?H 液體表面張力所造成的阻力很小，可以忽略。 綜上， 由（ 410）得 ： 精餾段 ： Hd=++?105=； 提餾段 ： Hd=++?104= 取 ? =， 選定 HT=， hw=，則 ? （ HT+hw） =(+） =。 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間 應(yīng)保證液體在降液管中停留時(shí)間 t 大于 3s～ 5s， 才能保證液體所夾帶氣體的釋 出 [26]。 將以上數(shù)據(jù)代入 (412)得 ： 精餾段泛點(diǎn)率 ： %561 2 6 1 2 1 4 0 3 ??? ???? 提餾段泛點(diǎn)率： % 2 6 1 9 3 0 3 1 ??? ???? 所得泛點(diǎn)率均低于 80%，故不會(huì)產(chǎn)生霧沫夾帶。 將以上數(shù)據(jù)代入 （ 413）、（ 414）得： 精餾段 ： 6 ??????? ?????????? ??m 霧泡夾帶量： ? ? %1000 07 0 7 ???????? ?????e 提餾段： 108 6 ??????? ?????????? ??m 26 霧泡夾帶量： ? ? %1000 0 7 ???????? ?????e 綜上以上結(jié)果均小于 10%，符合要求。 精餾段： ??? ??? VL ，化簡(jiǎn)得： LV ?? 提餾 段： 2 6 1 9 3??? ??? VL ，化簡(jiǎn)得： LV ?? 由上可知，霧沫夾帶線(xiàn)為直線(xiàn)。 (3)液相負(fù)荷上限 液體在降液管中停錙時(shí)間不低于 5S 為停留時(shí)間的上限。 50 ?? voUF ? (416) 0204 nudV ?? (417) 由 (416) 、 (417)得 ： 精餾段： 51 5 00 3 2( m i n ) ????nVm3/s 提餾段： 5 00 3 2( m i n ) ????nVm3/s (5)液相負(fù)荷下限 取板上液層高度 how= m，作為液相負(fù)荷下限條件。 再沸器與貯罐的設(shè)計(jì) (1)再沸器 釜液進(jìn)出再沸器溫度為 108℃ 、 110℃ 。 則傳熱溫差 ： 110130 108130ln)110130()108130( ????????mt℃ 傳熱面積： 2 7 0 0 02 8 2 5 ????? mtK QAm2 同理，其他的換熱設(shè)備的傳熱面積可按上述方法設(shè)計(jì)初值。已知在常壓塔中回流量為 L=7650 kg/h， 3/721 mkgl ?? 。 則容積： 5 207650 ??? ??? ?? ?lLVm3 同理，采用上述方法確定其他罐的容積。 則體積流量 ： )65273( ?? ????? Mpm R TVm3/h 出口管面積 ： 0 2 1 6 0 014 0 8 3 ???S m2 出口管徑 ： 1 ???? ?sdm 29 (2)回流液進(jìn)口管 已知回流液溫度為 40℃ ，甲醇液體流量為 7650 kg/h。 則回流進(jìn)口管面積 ： 3 6 0 ?????Sm2 入口管徑 ： 32 ???????sd m (3)塔底出料管 因塔底含醇 1%，可近似為水，查表知 MPa， 108℃ 下水的密度為 kg/m3，而塔底出料流量為 kg/h，仍取流速為 m/s。 則進(jìn)料體積流量 ： 2 6 2 ???V m3/h 進(jìn)料管直徑 ： 0 60 4 ??? ??dm (5)再沸器蒸汽入口管 由前面計(jì)算可知： 再沸器蒸汽流量為 kg/h，溫度為 108 ℃ ，蒸汽流速取 u=10