甲醇水填料塔精餾課程設計! 完整版

1、摘要：本說明書介紹了甲醇水溶液填料精餾塔的優(yōu)化設計，主要內容包括了此次課程設計的計算機編程最佳回流比的優(yōu)化計算、塔的主要尺寸設計（包括塔板的板面設計、阻力損失等）、輔助設備選型、填料精餾塔圖紙的繪制等若干重要環(huán)節(jié)。本文詳細闡述了設計的思路，計算貫穿在整個設計中，最后得出一定條件下的最優(yōu)化設計方案，并在附錄中填加了優(yōu)化設計的程序清單。關鍵詞：甲醇精餾；填料塔；優(yōu)化設計1 前言本次課程設計任務為設計一甲醇水溶液填料精餾塔，要求處理量： 20000（噸/年）、料液濃度：15%（wt%）、產品濃度：99.5%（wt%）、回收率： 99.9%、填料類型：鮑爾環(huán)、每年實際生產時間：7200小時/年。通過對

2、甲醇水填料精餾塔的優(yōu)化設計，提出對于一定工藝要求的最優(yōu)化方案，從而達到節(jié)能和節(jié)省費用的目的。在化工生產中，精餾是最常用的單元操作,，是分離均相液體混合物的最有效方法之一。在化學工業(yè)中，總能耗的40%用于分離過程，而其中的95%是精餾過程消耗的因此，有必要開辟多種途徑來回收利用余熱，降低再沸器能耗，實現(xiàn)精餾節(jié)能。同時，精餾所需費用在生產裝置的總投資及操作費中占了相當大的比例。當今世界對甲醇的需求量極大，而甲醇的精餾也越來越受到重視，因此甲醇的精餾的研究也越來越重要。甲醇精餾塔的優(yōu)化設計無論是對節(jié)省投資，還是降低能耗，都具有非常重要的意義。為了使填料塔的設計獲得滿足分離要求的最佳設計參數(shù)(如理論板

3、數(shù)、熱負荷等) 和最優(yōu)操作工況(如進料位置、回流比等) ,準確地計算出全塔各處的組分濃度分布(尤其是腐蝕性組分) 、溫度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分離技術。而且,20 世紀80 年代以來,以“高效填料及塔內件”為主要技術代表的新型填料塔成套分離工程技術在國內受到普遍重視。由于其具有高效、低阻、大通量等優(yōu)點,廣泛應用于化工、石化、煉油及其它工業(yè)部門的各類物系分離。進入20 世紀90 年代,高效填料塔成套分離工程技術開始向行業(yè)化、復合化、節(jié)能化、大型化方向發(fā)展,如復合塔。所謂復合塔(Compound Tray) 是指人們將塔板與填料有機地結合起來而形成的一種新型塔板。其目的在于將塔

4、板的優(yōu)點和填料的優(yōu)勢加以互補。此種復合塔具有效率高、通量大及壓降小的性能。在國內,復合塔板已在溶劑回收、酒精、丙酮和甲醇精餾中成功應用。實踐證明，對于甲醇精餾分離能力，不能僅依靠高效能的塔內件應用于塔內以達到降低能耗，而甲醇精餾工藝流程的改進也可以明顯降低能耗2 方案論證2.1 精餾塔類型本次設計采用填料塔精餾。精餾是氣液兩相之間的傳質過程，而傳質過程是由能提供氣液兩相充分接觸的塔設備完成，并要求達到較高的傳質效率。根據(jù)塔內氣液接觸部件的結構型式，可分為板式塔與填料塔兩大類。板式塔內設置一定數(shù)量塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上液層進行質量、熱量傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬于逐級接觸逆流操作

5、過程。填料塔內裝有一定高度的填料層，液體自塔頂填料表面下流，氣體逆流而上，（也有并流向下者）與液相接觸進行質量、熱量傳遞,氣液相組成沿塔高連續(xù)變化,屬于微分接觸操作過程4.工業(yè)對塔設備的主要要求：生產能力大；傳質、傳熱效率高；氣流的摩擦阻力??；操作穩(wěn)定，適應性強，操作彈性大；結構簡單、材料耗用量少；制造安裝容易，操作維修方便。此外還要求不易堵塞、耐腐蝕等。實際上，任何塔設備都難以滿足上述要求，因此，設計者應根據(jù)塔型特點、物系性質、生產工藝條件、操作方式、設備投資、操作與維修費用等技術經濟評價以及設計經驗等因素，依矛盾的主次，綜合考慮，選擇適宜的塔型。2.2 精餾壓力塔的操作壓力的選擇實際上是塔

6、頂和培底溫度的選取問題5。在塔頂產品的組成被決定以后，塔頂?shù)臏囟群蛪毫χ荒苓x定一項。精餾操作通常可在常壓、減壓和加壓下進行。確定操作壓力時，必須根據(jù)所處理的物料性質，兼顧技術上的可行性和經濟上的合理性進行全面考慮。操作壓力常取決于冷凝溫度。一般除熱敏性物料外，凡通過常壓蒸餾不難實現(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的系統(tǒng)，都應采用常壓蒸餾；對熱敏性物料或混合液沸點過高的系統(tǒng)則宜采用減壓蒸餾；對常壓下餾出物的冷凝溫度過低的系統(tǒng)，需提高塔壓或采用深井水、冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)的物料必須采用加壓蒸餾。例如苯乙烯常壓沸點為145.2,而將其加熱到102以上就會發(fā)生聚合，故苯乙烯

7、應采用減壓蒸餾；脫丙烷、丙烯塔操作壓力提高到1765kPa時，冷凝溫度約50，便可用江河水或循環(huán)水進行冷凝冷卻，則運轉費用減少6. 本次設計的對像為甲醇水溶液物系，故采用常壓精餾。2.3 進料方式進料可以是過冷液體(1)、飽和液體(1)、氣液兩相(1o)、飽和蒸氣(o)或過熱蒸汽(o)。不同的進料狀態(tài)對塔的熱負荷、塔徑和所需的培板數(shù)都有影響，但進料狀態(tài)主要取決于系統(tǒng)的前一工序的物料狀態(tài)。從設計的角度來看，飽和液體進料時，精餾段和提餾段的氣液流率基本相近，兩段塔徑可以相同以便于設汁和制造，操作上也比較容易控制。因此，如果原料為過冷液體，可考慮加設原料預熱器，將料液預熱至泡點。從操作費用的角度來看

8、，對于高溫精餾(即塔頂用冷卻水冷凝，塔釜用低壓蒸汽加熱)，當值大時宜采用較小的值；當值較小時宜采用值較大的氣液相混合進料；對于低溫精餾(如塔頂用173K液態(tài)乙烯蒸發(fā)制冷，塔釜用273K丙烯蒸汽加熱)，不論值如何，均以采用較高的值為經濟6。對于具體情況，需要綜合考慮設備費用和操作費用兩方面的因素。因此，本次設計采用泡點進料方式。2.4 填料類型 填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結構特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。較典型

9、的散裝填料有拉西環(huán)，鮑爾環(huán)，階梯環(huán)，矩鞍形、弧鞍形，環(huán)矩鞍形等。規(guī)整填料是按一定的幾何圖形排列，整齊堆砌的填科。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等，工業(yè)上應用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料。波紋填料按結構分為網波紋填料和板波紋填料兩大類，可用陶瓷、塑料、金同等材質制造。規(guī)整填料其特點是壓降低、分離效率高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價高，但因性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應用。本次設計填料采用鮑爾環(huán)，方式為亂堆。鮑爾環(huán)它的結構是在普通拉西環(huán)的壁上開一層或兩層長方形孔。開孔時，孔材不完全從環(huán)上斷開，而是斷開四邊

10、形的三條邊，保留另一邊，并使其開出舌狀彎向環(huán)的中心，幾乎在環(huán)中心對接起來。上下兩層孔的位置是錯開的。般孔的面積為整個環(huán)壁的35左右。這樣氣、液體便可從一個個孔中流過，流通性能改善，對于同樣的孔隙率流動阻力大為降低，環(huán)的內表面積得以充分利用。只外，由于開孔后保留的舌片向中心彎去，所以液體的分布較為均勻，改進了拉西環(huán)使液休向壁偏流的缺點。正固如此，與拉西環(huán)相比鮑爾環(huán)具有生產能力大、阻力小、效率局、操作彈性大等優(yōu)點。2.5 加熱方式本次設計選用直接蒸加熱。塔釜料液的加熱方式可以是間接加熱或直接加熱。通常情況下，如果要求加熱的溫度低于180，一般都采用飽和水蒸氣作為加熱劑(也可以使用其他工序的熱載體)

11、。為了避免加熱蒸汽冷凝產生的冷凝水與塔內的物料混合，塔底可設再沸器采用間接方式加熱，同時管線上應安裝冷凝水排除器(疏水器)，以便在防止蒸汽逸出的情況下及時地排除冷凝水。如果精餾的物料是水溶液，水為難揮發(fā)組分，則可采用直接蒸汽加熱的方式，塔底只需設置簡單的蒸汽分布管，不需要設置再沸器。如果塔底要求加熱的溫度超過了180左右，則應考慮采用其他的高溫熱源，如煙道氣等。關于加熱蒸汽溫度的選擇，應考慮經濟效益，傳熱溫差不宜選取得過大，以能夠使跺腳傳熱維持在核狀沸騰階段為宜。過高的蒸汽溫度或壓力不僅不利于傳熱，而且還將導致設備費用和操作費用大大增加。2.6回流比的選擇適宜的回流比是指精餾過程中設備費用與操

12、作費用兩方面之和為最低時的回流比。精餾過程的主要設備費用有精餾塔，再沸器和冷凝器，當回流比最小時，塔板數(shù)為無窮大，故設備費用最大，當回流比略大于最小回流比時，塔板數(shù)便從無窮多銳減到某一值，塔的設備費用隨之銳減，當回流比繼續(xù)增大時，塔板數(shù)仍隨之減少，但已較緩慢。但是，由于回流比的增加，導致上升蒸氣量隨之增加，從而使塔徑、再沸器、冷凝器等尺寸相應增大，設備費用隨之上升。對特殊物系的場合，則應根據(jù)實際需要選定回流比。在進行課程設計時，也可參考同類生產的經驗值選定，必要時可選若干個R值，利用吉利蘭圖（簡捷法）5求出對應理論塔板，曲線，從中找出適宜操作回流比。3 數(shù)學模型的建立 優(yōu)化設計模型以填料精餾塔

13、年總費用最低為優(yōu)化目標，用菲波那契法求解單變量優(yōu)化問題，回流比R為變量建立數(shù)學模型如下： 3-1式中 填料精餾塔年總費用，元/年； 填料精餾塔塔體年投資折舊費及維修費用，元/年； 冷凝器年運轉費用，元/年； 再沸器年運轉費用或加熱蒸汽費用，元/年； 填料年折舊費用，元/年。3.1 精餾塔塔體年投資折舊費及維修費用 3-2式中0.06 精餾塔年維修費用比率； 年折舊率；一般可取折舊年限58，=0.1250.2； 塔體費用，元； 通貨膨脹系數(shù)，缺乏數(shù)據(jù)時按年增5%計算。其中塔體費用為： 3-3其中： ，式中 塔質量，kg；（化工系統(tǒng)工程基礎） 美元與人民幣兌換率； 塔高，m； 塔壁厚，m；常壓3m

14、m，可取5mm； 碳鋼密度，； 塔徑，m； 理論塔板數(shù)； 等板高度，m； 塔兩端高度，m；包括塔頂空間、塔底空間、裙座（常用化工單元設備的設計）、及塔內件、進料等空間的總和。 等板高度與許多因素有關，不僅取決于填料的類型和尺寸，而且受系統(tǒng)物性、操作條件及設備尺寸的影響。目前尚無準確可靠的方法計算填料的等板高度，一般采用實驗的方法測定，或從工業(yè)應用的實際經驗中選取HETP值，或從填料手冊中查得。本次設計采用下式計算：式中 液體表面張力，N/m； 液體粘度，Pa.s。式中值見下表（吳俊生，邵惠鶴精餾設計、操作和控制北京：中國石化出版社1997）填料種類填料尺寸#25（1英寸）#40（1.5英寸）#

15、50（2英寸）金屬鮑爾環(huán)1.31041.57471.8380金屬矩鞍環(huán)1.31041.54991.7482陶瓷矩鞍環(huán)1.31041.59531.9029 根據(jù)以上方法求出HETP值后，還應給出一定的安全系數(shù)，通常在以上求的HETP值基礎上增加10%30%的安全系數(shù)。3.2 冷凝器年運轉費用 3-4式中 冷卻水價格，元/kg；可取0.000120.0004； 冷卻水用量，kg/h； 年工作時間，h/a； 冷凝器價格回歸系數(shù)； 冷凝器價格回歸指數(shù)； 冷凝器壓力校正系數(shù)； 冷凝器材質校正系數(shù)； 冷凝器傳熱面積，。3.3 再沸器年運轉費用直接蒸汽加熱 3-5式中 蒸汽價格，元/kg；可取0.030.0

16、5，常壓取0.030.035。3.4 填料年折舊費 吸收塔填料費與填料填充體積和填料類型有關，即 3-6式中 填料層高度，m； 填料單價，元/m3。4 數(shù)學模型的求解4.1數(shù)學模型決策變量分析在完成同樣任務要求的情況下，填料精餾塔系統(tǒng)的年總費用越小越好，這也是優(yōu)化設計的最終目的。所以本次設計中以精餾塔系統(tǒng)的年總費用為目標函數(shù)，建立數(shù)學模型，精餾塔系統(tǒng)的年總費用包括填料精餾塔塔體年投資折舊費及維修費用、冷凝器年運轉費用、再沸器年運轉費用或加熱蒸汽費用、填料年折舊費用。其中因變量是回流比，通過確定一最適合回流比使年總費用最小，從而達到求解。4.2 主要工藝參數(shù)的求解4.2.1 塔徑的計算 塔徑可按

17、照下式計算 3-7式中 汽相體積流量，m3/h； 空塔氣速，m/s，其中；TD 塔頂蒸汽的露點溫度，； 液泛分率，無因次，可取 0.50.8，一般在0.7左右較好。泛點氣速可采用由貝恩霍根公式6計算 3-8式中 與填料類型有關的常數(shù)，B-H常數(shù)； 液相質量流率，kg/m2.s； 液相粘度，Pa.s； 干填料因子，1/m。或采用Eckert通用關聯(lián)圖計算，Kessler等人則將該圖回歸成如下表達式（較9式準確，時 均，汪家鼎，余國琮，陳敏恒化學工程手冊北京：化學工業(yè)出版社1996）： 3-9式中 填料因子； 液相密度校正因子（非水系統(tǒng)需校正）； 汽相質量流率，kg/m2.s。 注意點： （1）在

18、填料塔中不同位置的泛點氣速不同，故要對塔頂和塔底進行比較； （2）表面張力的混合規(guī)則為：（、為兩組分）； （3）由于優(yōu)化設計結果還未得到，未得到；所以在計算以上參數(shù)時，回流比可以在區(qū)間內選擇一適宜值，它對優(yōu)化設計結果沒有影響，因為的范圍較大。4.2.2 理論塔板數(shù)的計算4.2.2.1 相平衡關系的表示 對理想溶液，其相平衡關系為：； 對非理想溶液，其相平衡關系可以從實驗數(shù)據(jù)中利用三次樣條插值得到或通過回歸實驗數(shù)據(jù)得到相平衡關系表達式，其形式主要有：（余國琮式），（阮奇式）式中、 分別為液相和汽相的摩爾組成；、 相平衡關系回歸系數(shù)。常壓下甲醇水溶液的汽液相平衡數(shù)據(jù)可回歸成4.2.2.2 的計算（

19、全凝器） 注意點： （1） 6.4 填料塔壓降橫坐標縱坐標由文獻7查Ekert圖可得壓力降為8.8mmH2O/m7 附屬設備的設計與選型7.1 塔頂冷凝器7.1.1 初估冷凝器傳熱面積7.1.1.1 冷凝器傳熱量 7-1式中 冷凝器傳熱量，； 精餾段汽相流量，； 冷凝器中汽相冷凝潛熱，； 塔頂產品流量，；、 回流比和最佳回流比。由前面數(shù)據(jù)根據(jù)式7-1可得7.1.1.2 冷凝器傳熱推動力在冷凝器中塔頂產品在露點溫度下由汽相冷凝成液相產品，故冷凝器傳熱屬于一側有相變化的情況，不論冷凝器是單管程還是多管程，其對數(shù)平均溫度差均以逆流時的對數(shù)平均溫度差計算，不必進行校正。 7-2式中 冷凝器傳熱推動力，

20、； 冷凝器汽相（第一塊塔板汽相）露點溫度，； 冷凝器中冷卻水進口溫度，； 冷凝器中冷卻水最佳出口溫度，。由前面數(shù)據(jù)根據(jù)式7-2可得 若，則冷凝器應裝有溫度補償裝置或采用浮頭式換熱器。7.1.1.3 初估冷凝器傳熱面積 7-3式中 冷凝器傳熱面積，； 冷凝器總傳熱系數(shù)，。取=1400 kJ/(m2. .h) 代入式7-3得=43.54其中傳熱系數(shù)是在優(yōu)化設計中初估的，它不是冷凝器中傳熱系數(shù)的實驗值，所以計算的傳熱面積也是初估值，根據(jù)初估的面積，可以從換熱器系列表中選擇一臺適宜的換熱器。選擇一臺固定管板式列管換熱器，其尺寸為：公稱直徑D=500mm 公稱壓力P=1MPa管程數(shù)N=2 管子根數(shù)nt=

21、164換熱面積A=56.6 管長L=4.5m 管子成正三角形排列 管子規(guī)格mm7.1.2 冷凝器選型7.1.2.1 冷凝器傳熱系數(shù)的校核 由于傳熱系數(shù)在優(yōu)化設計前預先初估，它與冷凝器傳熱系數(shù)的實際值必須吻合，否則，優(yōu)化設計就失去了實際意義。 7-4式中、 冷凝器管外、內對流給熱系數(shù)，；、 冷凝器管外、內污垢熱阻，； 冷凝器管壁導熱系數(shù)，；、 冷凝器管外、內徑，m； 冷凝器管壁平均直徑，m； 冷凝器管壁厚度，m。 冷凝器總傳熱系數(shù)，；。根據(jù)前面所選擇的換熱器，可得到、,由手冊查得。管外為有機物甲醇，管內為未經處理的井水，針對不同的體系可查得、； （1）管外的計算 對水平管外冷凝的對流給熱系數(shù)可用

22、下式計算 7-5其中 式中 冷凝液質量流量，； 冷凝液平均分子量； 冷凝器管長，m； 冷凝器總管數(shù)； 冷凝液粘度，；（注意：粘度、密度、導熱系數(shù)的混合規(guī)則） 冷凝液密度，； 冷凝液導熱系數(shù)，。注意：物性參數(shù)、等應用塔頂蒸汽溫度和冷凝器壁溫的平均值計算，故應先初估冷凝器管外側壁溫（接近）。假設冷凝器壁溫，可求得，查得此溫度下：、把以上數(shù)據(jù)代入式7-5可得 求得后根據(jù)牛頓粘性定律 7-6式中 冷凝器管外壁溫度，； 冷凝器管外表面積，。取所選冷凝器的換熱面積 =56.6代入式7-6計算得管外側壁溫=62.153， 的計算值與初估值62.15接近，迭代計算成功。所以 （2）管內的計算 當、時，管內對流

23、給熱系數(shù)可用下式計算 7-7該式適用于低粘度流體（），本次設計對像為甲醇水溶液，為低粘度流體，故該式可用。當雷諾數(shù)小于10000時，應乘以校正因子。式中 冷卻劑（水）導熱系數(shù)，； 冷凝器管內徑，m；即； 冷凝器管內流速，m/s； 冷凝器管內流體密度，； 冷凝器管內流體粘度，； 冷凝器管內流體的比熱，； 注意點： 的單位為，但在式（7）中應采用單位； 物性參數(shù)、等應由平均溫度查表或計算，； 流速的計算： 管內流體（冷卻水）的用量：，；則流速為 7-8式中為單管程的管子數(shù)，若對雙管程共有200根管，則。計算如下：由手冊查得此此溫度下管內液體水的物性參數(shù)如下：、；管內徑管內流體（冷卻水）的用量：=1

24、3661.98代入式7-8得=0.15 m/s雷諾數(shù)=4024.4310000,要進行校核。校正因子=0.8052把以上相關數(shù)據(jù)代入式7-7得把，代入7-4得7.1.2.2 冷凝器傳熱面積的校核由1.2.1可求得，從而實際所需的冷凝器傳熱面積56.6，其裕度：所選則的換熱器可用。 7.1.2.3 冷凝器管程、殼程流動阻力 （1）管程阻力損失 7-9其中： ，式中 每程直管壓降，； 每程局部阻力，； 殼程數(shù)； 每殼程的管程數(shù)； 冷凝器管內流體密度，； 冷凝器管內流體流動阻力系數(shù)。計算如下：由7.1.2.1得=0.15 m/s, ,、；由手冊查得所選換熱器的=1，=2；管內雷諾數(shù)=4024.43；

25、由手冊查得碳鋼的粗糙度, 所以相對粗糙度為查圖7得摩擦因素=128.33,=33.55把以上數(shù)據(jù)代入式7-9得（2）殼程阻力損失 7-10其中： ，式中 換熱器殼程內徑，m； 折流板數(shù)目；蒸汽冷凝時折流擋板間距只有480、600mm兩種類型； 冷凝器殼程當量直徑，m； 冷凝器殼程流速，m/s；設有折流擋板時，；無折流擋板時，； 冷凝器殼程折流擋板間距，m； 管子外徑，m； 管子中心距，m。當換熱器管子正方形排列時，；正三角形排列時，。計算如下：所選換熱器=0.025m, 管子中心距=0.032m, =500mm；當量直徑=0.020m蒸汽冷凝時無折流擋板，=0;=0.1158=3.15 m/s

26、塔頂=6648.20 , =0.323代入式7-10得=45.647.2 接管選型 針對不同的流體，選擇適宜的流速，由求得接管的直徑，依據(jù)它選擇合適的接管型號，最后校核接管中的實際流速，本次設計所選擇的鋼管材料均為無縫鋼管。 需選型的接管主要有： 進料接管：0.40.8m/s，泵送1.52.5m/s 冷卻水接管：1.02.5m/s 塔頂蒸汽接管：1220m/s 塔頂產品接管：0.51.0m/s 塔底產品接管：0.51.0m/s 塔頂產品回流接管：0.20.5m/s，泵送1.02.5m/s 塔底加熱蒸汽接管：2040m/s(295kPa)，4060m/s(2950kPa)注意：計算中為體積流量，

27、必須針對不同流體、不同狀態(tài)（氣體），不同組成（氣體、液體）計算。計算結果匯總如表6。7.2.1進料接管由設計條件知=2777.78kg/m3 ,=15%由附錄一運用內插法得進料溫度=88.48,由手冊查得該溫度下=727.52kg/m3, =966.29kg/ m3計算該溫度下進料混合液體的密度為設=0.4m/s,則=51.38mm設=0.8m/s,則=36.33mm選取，則=0.66m/s7.2.2冷卻水接管由前可知冷卻水用量為13662kg/h,密度為998.2kg/m3所以求得=13.68 m3/h設=1.0m/s,則=69.59mm設=2.5m/s,則=44.01mm選取，則=1.94

28、m/s7.2.3塔頂蒸汽接管下，塔頂蒸汽密度為1.15kg/m3質量流量=0.4188kg/s,所以=1311.11 m3/h設=12m/s,則=196.63mm設=20m/s,則=152.31mm選取，則=18.58m/s7.2.4塔頂產品接管塔頂產品為甲醇質量分數(shù)99.5%的甲醇水溶液產品，可求得=0.56 m3/h設=0.5m/s,則=19.84mm設=1.0m/s,則=14.03mm選取，則=0.50m/s7.2.5塔底產品接管所選加熱方式為直接蒸汽加熱，所排出廢水（含微量甲醇）的量與相等7，密度按純水算可得=3.35 m3/h設=0.5m/s,則=48.69mm設=1.0m/s,則=

29、34.43mm選取，則=0.74m/s7.2.6塔頂產品回流接管根據(jù)前述可得塔頂產品回流液的=1.45m3/h設=0.2m/s,則=50.6mm設=0.5m/s,則=32mm選取，則=0.32m/s7.2.7塔底加熱蒸汽接管塔底加熱蒸汽為100水蒸汽，蒸汽用量為=1425.76m3/h設=20m/s,則=158.83mm設=40m/s,則=112.31mm選取，則=32.29m/s7.3 冷卻水輸送泵7.3.1 塔高計算 7-11式中 塔高，m； 塔頂空間高度，m； 理論塔板數(shù)； 等板高度，m； 塔內件及人孔、手孔、進料位置等空間的總高度； 塔釜空間高度，m；保證釜液1015min的儲量； 裙

30、座高度，m。由5.3知根條據(jù)條件取=1.2m, =1.8m, ,=1.3m;塔釜空間高度要保證釜液1015min的儲量，假設15min的儲量，由7.2.5有=3.35 m3/h0.056 m3/min由，可得1.667m,取1.8m代入式7-11得=19.8m7.3.2 冷卻水輸送泵選型 輸水泵的選型主要計算體積流量和揚程。 7-12 7-13其中： ，式中 體積流量，； 揚程，m； 冷卻水流量，kg/h； 冷卻水密度，。（由粗糙度和雷諾數(shù)計算，由接管選型得到，由和計算得到。）計算如下：冷卻水溫度為20，由手冊查得此溫度下水的，=1.005cP由7.2可知冷卻水接管為，=13.68 m3/h，

31、1.94m/s所以由式7-12得=13.69 m3/h雷諾數(shù)=96344；由手冊查得碳鋼的粗糙度, 所以相對粗糙度為查圖7得摩擦因素取管長則由7.3.1知19.8m代入式7-13得=22.784查手冊可選泵的型號IS65-50-160，具體數(shù)據(jù)如下表：表2 泵的選型轉速r/min流量/m3揚程m效率軸功率電機功率NPSH2900153554%2.655.52.07.4 填料支承結構本次填料塔設計為散裝填料，由于塔徑為0.8m,選用分塊柵板型支承裝置，塔內設有支承圈，支承圈為的扁鋼。7.5 填料壓緊裝置 每層填料設置一塊壓緊裝置，選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設一層金屬網，并將其與壓緊

32、柵極固定。7.6 液體分布裝置在塔內回流液接管處設置一噴頭式液體分布器，噴頭標準為H45-0010-2.7.7 液體收集再分布裝置 為減小壁流現(xiàn)象，當填料層較高時需進行分段，故需設置液體收集及再分布裝置。本次填料塔設計在精餾段分段填料層之間設置一分盤式液體收集分布器，在進料位置設置一遮板式液體收集再分布器7.8 氣體分布裝置本次填料塔設計在塔釜內設置一孔管式氣體分布裝置，其能有效的對氣體進行分布。填料精餾塔裝配示意圖見附錄8 設計結果匯總表3 工藝參數(shù)表參數(shù)數(shù)值單位參數(shù)數(shù)值單位處理量144.03Kmol/h產品汽化潛熱35324.3kJ/kmol進料濃度0.0903摩爾分率塔頂蒸汽溫度6458

33、產品濃度09911摩爾分率塔頂產品流率1311Kmol/h回收率999%等板高度HETP0557m實際生產時間7200小時/年空塔氣速08887m/s表4 精餾塔費用表項目費用 / 元/年項目費用/ 元/年精餾塔塔體設備費169104冷凝器設備費54358精餾塔塔體年投資折舊費用及維修費122492冷卻水費用19675填料年折舊費用7270加熱蒸汽費用214256表5 填料精餾塔參數(shù)參數(shù)參數(shù)值單位塔材料碳鋼-塔材料密度7800kg/m3塔壁厚度5mm塔徑0.8m塔高20234m填料類型鮑爾環(huán)#-填料比表面209m 2/ m 3填料層高度13925m精餾段填料層高8.355m精餾段填料層分層數(shù)2

34、-精餾段填料層第一層高度4m精餾段填料層第二層高度4.355m提餾段填料層高5.570m提餾段填料層分層數(shù)1-填料壓降8.8mmH2O/m表6 接管表接管物流型號流量m3/h流速m/s適宜流速范圍m/s進料管15%wt甲醇水溶液2.990.660.50.8塔頂液相回流管1.450.320.20.5塔頂蒸汽管99.5%甲醇蒸汽1311.0918.581220塔頂產品管0.560.500.51.0冷卻水輸送管冷卻水13.681.941.02.5塔底殘液管3.350.740.51.0塔底蒸汽管1425.7632.2920409 設計心得：本次課程設計為期兩周,雖然時間有點緊,做的也很辛苦，不過我的收

35、獲確實不小首先，我對填料精餾有了一個系統(tǒng)的認識，同時也對以前學過的化工原理相關知識做了一個系統(tǒng)的復習雖然以前在化工原理課程中對填料塔有一個初步的認識，但所了解的內容真的很少在這次課程設計查找資料的過程中，我清楚的認識了填料塔的設計包括了節(jié)能效果最好的塔體的設計，塔內件、冷凝器、離心泵的選擇等對于一些填料的類型，規(guī)格，效果等方面也有了一定的了解同時了解了國內外對于填料塔的一些最新進展其次，我對于精餾的整個優(yōu)化設計流程有了大概的了解，明白了計算機在化工過程設計的應用前景不可限量本次設計要求用C語言編寫程序，由于有一年多沒有看過C語言，而且一開始對于整個優(yōu)化設計的流程以及一些參數(shù)的算法沒有了解清楚，以至編程開始的第一天速度很慢通過在宿舍一晚上時間的加班，第二天終于對整個程序的設計過程有了一個比較明確的了解在老師和同學的幫助下，程序編輯運行成功，所得出的結果與老師提供的查詢結果較吻合我也徹底明白，掌握并精通一門計算機編程語言對以后步入社會是多么的重要再次，這次課程設計中要求要