【正文】 。在操作時，上升的氣流通過篩孔進而分散成細小的流股，從塔板 液層中鼓泡而出，氣液間密切接觸來進行傳質(zhì)。正常操作的氣速下，通過篩孔上升氣流，應(yīng)該能阻止液體流經(jīng)篩孔向下泄露。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。但主要缺點是：操作的彈性比較小，篩孔小時容易堵塞。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。由于過去對于篩板塔的性能研究并新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 不充分，認(rèn)為操作不易穩(wěn)定，所以沒有普遍采用，直到 20 世紀(jì)的 50 年代初，對篩板塔結(jié)構(gòu)和性能作了較充分的研究，認(rèn)識到了只要 設(shè)計合理和操作正確，同樣可以獲得較滿意的塔板效率，以及可觀的操作彈性，所以 近年來 篩板塔的應(yīng)用又日漸廣泛。 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。浮閥塔板結(jié)構(gòu)的特點是在其塔板上開有很多大孔（其標(biāo)準(zhǔn)的孔徑為 39mm），每個孔上還裝有一個能夠上下浮動的閥片。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。其中 F1 型浮閥塔 的閥片的本身有三條 “腿 ”，將其插入閥孔后，各腿底腳扳轉(zhuǎn) 90176。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。當(dāng)氣速很低的時候，靠這三個定距片可以使閥片與塔板呈點接觸坐落在閥孔上，塔板與閥片始終保持著 的開度供氣體比較均勻的流過，避免閥片啟閉不均與的脈動現(xiàn)象。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)。在操作時，由閥孔上升氣流，經(jīng)過閥片與塔板間間隙而和板上橫流的液體接觸。浮閥開度隨著氣體負(fù)荷而改變。當(dāng)它氣量很小時氣體仍然能夠通過靜止開度的縫隙來鼓泡。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)。 F1 型浮閥又分為輕閥和重閥：重閥采用厚度是 2mm 的薄板沖制，每個閥的質(zhì)量約為 33g；輕閥采用的是厚度為 的薄板沖制，每個閥的質(zhì)量約為25g。一般的情況下都采用的是重閥，只是在處理量很大，并且要求壓強降很低的系統(tǒng)才用輕閥。對于 V4 型浮閥塔的特點是閥孔沖成向下面彎曲的文丘里形，來減少氣體通過浮閥塔板時的壓強降。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?V4 型浮閥適合于減壓系統(tǒng)。 可見浮閥塔的優(yōu)點明顯：第一，生產(chǎn)能力大。因為浮閥塔板既有較大開孔率，所以它的生產(chǎn)能力比泡罩塔大 20%至 30%，與篩板塔相近。第二，操作彈性大。因為閥片可以自由的升降來適應(yīng)氣量的變化，所以維持正常的操作所容許的負(fù)荷波動范圍比泡罩塔和篩板塔都要寬。第三，塔板的效率高。因為上升氣體以水平方向吹入的液層，所以氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量比較小，板效率較高。第四，氣體的壓強降及液面落差比較小。因為氣液流過浮閥塔板時遇到的阻力比較小，所以氣體壓強降新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 和板上的液面落差都比 泡罩塔板小。第五，塔的造價低。因為構(gòu)造簡單，容易制造，浮閥塔的成本造價一般為泡罩塔的 60%至 80%，為篩板塔的 120%至 130%。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。 綜上所述，本設(shè)計粗甲醇的精餾中，三個塔均采用 F1 型重閥浮閥塔。 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。其中包括塔底原料液的再沸器、塔頂蒸汽的冷凝器、原料液的預(yù)熱器和產(chǎn)品的冷卻器等。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。 再沸器其作用可將塔內(nèi)最后一塊板下的原料液加熱，使液體升溫至沸點發(fā)生汽化為蒸汽繼續(xù)上升，提供上升氣流，保證塔板的氣液相進行傳質(zhì)。 冷凝器其作用正好相反，將蒸汽進行冷凝為液體，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)。而部分冷凝器是為了冷卻產(chǎn)品。 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 預(yù)精餾塔 加壓精餾塔 常壓精餾塔 第 3 章 工藝計算 粗甲醇的工藝流程圖： 頂出料 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 精甲醇的甲醇質(zhì)量含量為 %， h/ 2 02 2 0 0 0 0 ?? 要求生產(chǎn)精甲醇 ，粗甲醇的組成如表 31。 表 31 粗甲醇組成表 成分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計 組成 /% 100 預(yù)精餾塔的物料衡算 ⑴ 進料 A 粗甲醇： h/% ? B 堿液：為了防止工藝管路和設(shè)備的腐蝕，先以 8%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，每噸精甲醇的耗堿量按 計算 則消耗純氫氧化鈉： ≈ 醇 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 換成堿液： 247。8%＝ C 軟水：軟水的加入量按精甲醇的 20%計，那么需要補加軟水： 2865020%－ 92%≈以上計算結(jié)果 如表 32。 表 32 預(yù)塔進料組成表 物料量： kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合計 粗甲醇 28650 堿液 軟水 合計 28650 ⑵ 出料 A 塔底 ： 甲醇 28650kg/h B 塔底 ： 水 粗甲醇含水： 堿液帶水： 軟水： 合計： C 塔底異丁醇及高沸物： D 塔頂二甲醚及低沸物： 以上計算結(jié)果 如表 33。 表 33 預(yù)塔出料流量及組成表 物料量 kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 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%。 ⑴ 進料 加壓塔：預(yù)后粗甲醇 常壓塔： － 286504/101/＝ 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 ⑵ 出料 A 加壓塔：塔頂 286504/101/＝ 塔釜 B 常壓塔：塔頂 286506/1099%1/＝ 釜液中：甲醇 水 kg/h NaOH 高沸物 以上計算 結(jié)果如表 34。 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 28650 NaOH 水 高沸物 合計 能量衡算 預(yù)塔的熱量衡算 ⑴ 進料帶入熱量 取回流液與進料量之比為 1： 4，預(yù)塔帶入熱量 如 表 35。 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 18 表 35 預(yù)塔帶入熱量表 進熱項目 粗甲醇 軟水 回流液 熱蒸汽 成分 二甲醚 甲醇 水 異丁醇 外補水 堿液 甲醇 水 流量 kg/h 28650 溫度 ℃ 65 65 65 65 78 78 60 比熱kJ/kg℃ 焓 kJ/kg 熱量 kJ/h 5512260 Q 蒸汽 熱量計算公式： 某某某 CTWQ h ???? h/ 8 0 6 2 8 ????二甲醚 Q 粗甲醇 ＝ Q 二甲醚 +Q 甲醇 +Q 水 +Q 異丁醇 同理可得其他物質(zhì)帶入的熱量 Q 入 ＝ Q 粗甲醇 ＋ Q 軟水 ＋ Q 回流液 ＋ Q 蒸汽 ＝ ＋ 5512260 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋ Q 蒸汽 ＝ ＋ Q 蒸汽 ⑵ 出料熱量計算 表 36 物料帶出的熱量 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 液體比熱 kJ/kg℃ 流量 kg/h 28650 液體冷凝熱 kJ/kg 溫度 ℃ 64 64 82 82 熱量 kJ 5%Q 入 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 2 2 1 2 )HC(WQ h ?????????? ）（液甲醇甲醇二甲醚 其他物質(zhì)的熱量亦同 上公式計算。 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 ＝ 塔底的再沸器用中壓 蒸汽壓加熱，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。 表 37 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? 總出熱 冷卻水用量計算 假設(shè)入口冷卻水的溫度為 30℃ ，出口冷卻水的溫度 40℃ ，平均比熱為℃ Q 入 ＝ Q 甲醇 ＋ Q 甲醇蒸汽 ＝ ＋ ＝ Q 出 ＝ Q 二甲醚 ＋ Q 回流液 ＋ Q 損失 ＝ ＋ ＋ 224989295% 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 20 ＝ Q 傳 ＝ Q 入 － Q 出 ＝ － ＝ 又因為 Q 傳 ＝ G1 水 （ 40－ 30）＝ 所以得到 G1 水 ＝ 加壓塔的熱量衡算 設(shè)計的操作條件為：塔頂?shù)臏囟?115℃ ，回流溫度為 115℃ ，塔底的溫度為 124℃ ，進料的溫度為 82℃ ，取回流比 ，甲醇溫度 40℃ 。 ⑴ 進料帶入熱量 進料帶入加壓塔的熱量 如 表 38。 表 38 加壓塔精餾入熱表 物料 進料 回流液 加熱蒸汽 組分 甲醇 水＋堿液 甲醇 流量 kg/h 28650 溫度 ℃ 100 100 115 比熱 kJ/kg℃ 熱量 kJ/h 9663645 Q 蒸汽 總計 kJ/h Q 蒸汽 h/kJ9 6 6 3 6 4 51 0 03 7 8 6 5 0TCWQ h ???????? 甲醇甲醇甲醇 其他物質(zhì)的熱量亦同上公式計算。 Q 入 ＝ Q 進料 ＋ 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。 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 21 表 39 加壓塔精餾出熱表 物料 精甲醇 回流液 塔底出料 熱損失 組分 甲醇 甲醇 甲醇 水＋堿 流量 kg/h 溫度 ℃ 115 115 124 124 比熱 kJ/kg℃ 汽化熱 熱量 kg/h 5%Q 入 h/ 6 8 9 3 6 0 61 1 0 4 1 4 6 5T)HC(WQ h ?????????? ）（汽甲醇甲醇精甲醇 其他物質(zhì)的熱量亦同上公式計算。 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 ＝