年產(chǎn)300噸甲醇精餾段工藝畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 2010 屆）題 目 年產(chǎn)15萬(wàn)噸甲醇制乙烯精餾工段工藝設(shè)計(jì) 系 別 化學(xué)工程系 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 年 級(jí) 2010級(jí) 學(xué)生姓名 劉雅慧 指導(dǎo)教師 信振洋 2014年 4月 10日1. 設(shè)計(jì)年產(chǎn)15萬(wàn)噸甲醇精餾段，年開(kāi)車(chē)時(shí)間7920小時(shí)，工藝采用以煤制氣為原料合成粗甲醇，經(jīng)預(yù)精餾塔、加壓精餾塔和常壓精餾塔分離后得到精甲醇的新節(jié)能型三塔工藝流程開(kāi)發(fā)的2. 計(jì)算條件： 原料氣組成 CH3OH H2O CH3CH2OH 輕餾分 雜醇 Wt% 95 3.72 0.1 1.11 0.07 精甲醇收集：99.6% 廢水中甲醇含量：50ppm3. 設(shè)計(jì)要求

2、： 編寫(xiě)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，其中包括綜述，工藝路線選擇，物料衡算與工藝計(jì)算，主要塔設(shè)備計(jì)算，熱量衡算等。 圖紙（3張）：甲醇精餾段帶控制點(diǎn)工藝流程圖，平面布置圖，工段主要物料管道圖，精餾塔圖，主要設(shè)備圖等 說(shuō)明書(shū)可以電腦打字，圖紙均為CAD繪圖 摘要甲醇是一種極重要的有機(jī)化工原料，最早由木材和木質(zhì)素干餾制得，故俗稱木醇，是最簡(jiǎn)單的飽和脂肪組醇類(lèi)的代表物，是碳一化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品。無(wú)色、透明、高度揮發(fā)、易燃液體、略有酒精味，分子式C-H4-O。甲醇工業(yè)的迅速發(fā)展，是由于甲醇是多種有機(jī)產(chǎn)品的基本原料和重要溶劑，廣泛用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國(guó)防等工業(yè)。由甲醇轉(zhuǎn)化為汽油方法的研究成果，從而開(kāi)辟了由煤轉(zhuǎn)化為

3、汽車(chē)燃料的途徑。近年來(lái)，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)甲醇的需求，開(kāi)展了此3000t/a的甲醇項(xiàng)目。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行物料衡算，塔設(shè)備簡(jiǎn)捷法計(jì)算、熱量衡算、換熱器計(jì)算等工藝計(jì)算。本設(shè)計(jì)本著符合國(guó)情、技術(shù)先進(jìn)和易得、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的原則，采用煤炭為原料；利用GSP氣化工藝造氣；NHD凈化工藝凈化合成氣體；低壓下利用列管均溫合成塔合成甲醇；三塔精餾工藝精制甲醇；此外嚴(yán)格控制三廢的排放，充分利用廢熱，降低能耗，保證人員安全與衛(wèi)生。關(guān)鍵詞：甲醇;精餾;物料衡算；熱量衡算1.1.1 甲醇的性質(zhì)和用途甲醇性質(zhì) 甲醇（Methanol，Methyla

4、lcohol）又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最簡(jiǎn)單的飽和醇。化學(xué)分子式為CH3OH，結(jié)構(gòu)式如下： H|H-C-OH|H分子結(jié)構(gòu)：C原子以sp3雜化軌道成鍵，0原子以sp3雜化軌道成鍵。分子為極性分子。最早從木材干餾得到故又稱木醇或木精。甲醇是無(wú)色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。熔點(diǎn)-93.9、沸點(diǎn)64.7、密度0.7914克/厘米3（20）、能溶于水和許多有機(jī)溶劑。甲醇有毒，誤飲510毫升能雙目失明，大量飲用會(huì)導(dǎo)致死亡。禁酒的國(guó)家，把甲醇摻入酒精中成變性酒精，使其不能飲用。甲醇易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，甲醇完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時(shí)放出熱量：2CH3OH+3O2=2CO2+4

5、H2O。工業(yè)上用一氧化碳和氫氣的混合氣（合成氣）在一定的條件下制備甲醇：甲醇可用做溶劑和燃料，也是一種化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛（HCHO）：工業(yè)酒精里含有甲醇，但是工業(yè)酒精的主要成分還是乙醇。甲醇有較強(qiáng)的毒性，對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會(huì)產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。急性中毒癥狀有：頭疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導(dǎo)致呼吸中樞麻痹而死亡。慢性中毒反應(yīng)為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現(xiàn)力減退、消化障礙。甲醇攝入量超過(guò)4克就會(huì)出現(xiàn)中毒反應(yīng)，誤服一小杯超過(guò)10克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。致死量為30毫升以

6、上，甲醇在體內(nèi)不易排出,會(huì)發(fā)生蓄積，在體內(nèi)氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生產(chǎn)工廠，中國(guó)有關(guān)部門(mén)規(guī)定，空氣中允許甲醇濃度為5mg/m3，在有甲醇?xì)獾默F(xiàn)場(chǎng)工作須戴防毒面具，廢水要處理后才能排放，允許含量小于200mgL甲醇的中毒機(jī)理是，甲醇經(jīng)人體代謝產(chǎn)生甲醛和甲酸（俗稱蟻酸），然后對(duì)人體產(chǎn)生傷害。常見(jiàn)的癥狀是，先是產(chǎn)生喝醉的感覺(jué)，數(shù)小時(shí)后頭痛，惡心，嘔吐，以及視線模糊。嚴(yán)重者會(huì)失明，乃至喪命。失明的原因是，甲醇的代謝產(chǎn)物甲酸會(huì)累積在眼睛部位，破壞視覺(jué)神經(jīng)細(xì)胞。腦神經(jīng)也會(huì)受到破壞，產(chǎn)生永久性損害。甲酸進(jìn)入血液后，會(huì)使組織酸性越來(lái)越強(qiáng)，損害腎臟導(dǎo)致腎衰竭。甲醇中毒，通?？梢杂靡掖冀舛痉āＦ湓硎?/p>

7、，甲醇本身無(wú)毒，而代謝產(chǎn)物有毒，因此可以通過(guò)抑制代謝的方法來(lái)解毒。甲醇和乙醇在人體的代謝都是同一種酶，而這種酶和乙醇更具親和力。因此，甲醇中毒者，可以通過(guò)飲用烈性酒（酒精度通常在60度以上）的方式來(lái)緩解甲醇代謝，進(jìn)而使之排出體外。而甲醇已經(jīng)代謝產(chǎn)生的甲酸，可以通過(guò)服用小蘇打（碳酸氫鈉）的方式來(lái)中和。甲醇用途目前，甲醇在有機(jī)合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎(chǔ)有機(jī)原料。隨著技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇又開(kāi)辟了許多新的用途。甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)酵速度快，無(wú)毒性，價(jià)格便宜。甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來(lái)制造甲醛

8、、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機(jī)產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨(dú)或與汽油混合作為汽車(chē)燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車(chē)制造也將成為耗用甲醇的巨大部門(mén)，甲醇的消費(fèi)已超過(guò)其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其化工用途，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)。特別是隨著能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇有未來(lái)主要燃料的候補(bǔ)燃料之稱，需用量十分巨大1。我國(guó)目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來(lái)發(fā)展速度較快，近五年來(lái)甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從我國(guó)能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，甲醇由煤制的技術(shù)已經(jīng)成熟，近幾年由煤制甲醇的工藝

9、已經(jīng)全面工業(yè)化生產(chǎn)，將來(lái)在我國(guó)甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊(yùn)藏著潛在的巨大市場(chǎng)。我國(guó)甲醇工業(yè)無(wú)疑將迅速發(fā)展起來(lái)13。1.1.3 甲醇精餾工藝的概況 1、工序任務(wù)甲醇精餾是甲醇合成的下游工序，其目的就是對(duì)合成裝置來(lái)的粗甲醇進(jìn)行精制，將甲醇中的雜質(zhì)進(jìn)行脫除，以生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等級(jí)精甲醇產(chǎn)品。2、裝置工藝特點(diǎn)目前，總體來(lái)說(shuō)甲醇精餾的工藝大體可分為兩塔工藝流程和三塔工藝流程，根據(jù)塔內(nèi)件的不同可分為塔盤(pán)精餾、填料精餾和復(fù)合型精餾。本甲醇精餾裝置采用的是以規(guī)整填料為塔內(nèi)件的三塔精餾工藝，精餾用汽為低壓蒸汽。各塔再沸器蒸汽冷凝液用作粗甲醇預(yù)熱器熱源，以節(jié)約能量。另外為了減少甲醇的損失，增加了一個(gè)

10、塔,以對(duì)污水中的甲醇進(jìn)行回收處理，故現(xiàn)在一般叫3+1塔工藝流程。精餾的主要設(shè)備是精餾塔，而塔的內(nèi)件是實(shí)現(xiàn)氣液接觸和熱質(zhì)傳遞的主要元件，常用的塔內(nèi)件分塔盤(pán)和填料兩種。填料是最早使用的塔內(nèi)件，當(dāng)初使用在小塔徑的塔里，由于其設(shè)計(jì)、制造、安裝難度不大，應(yīng)用十分廣泛。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，精餾塔的內(nèi)徑越來(lái)越大，于是氣液分布不均問(wèn)題顯得突出，效率大幅下降，直徑大于2米的塔的效率已相當(dāng)?shù)?，溝流和邊界效?yīng)嚴(yán)重，為解決這些問(wèn)題，人們開(kāi)發(fā)了板式塔，但是板式塔的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝精度要求高，因而人們又加緊了對(duì)填料塔放大技術(shù)的攻關(guān)，在解決了氣液分布等問(wèn)題后，大型裝置又開(kāi)始使用填料塔。目前的填料分為散堆填料和規(guī)整填料。

11、設(shè)計(jì)的甲醇精制采用的是規(guī)整填料精餾工藝技術(shù)，該技術(shù)的好壞取決于氣液接觸程度，即取決于液體在填料表面分布的均勻程度，氣體的分布較容易，液體分布均勻很難，故液體分布器是填料塔的一個(gè)關(guān)鍵部件，它是決定著填料塔的放大效應(yīng)。采用槽式液體分布器和槽-盤(pán)式液體分布器可以較好地解決抗堵、防夾帶等問(wèn)題，壓降小、負(fù)荷彈性大。采用規(guī)整填料為塔內(nèi)件的3+1塔精餾工藝，其特點(diǎn)是：1、精甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量好，甲醇回收率高；2、能耗低。比兩塔工藝減少蒸汽消耗約30%左右；3、操作的靈敏性比板式塔好，但其穩(wěn)定性不如板式塔好；4、采取了萃取精餾和共沸精餾工藝，有效解決了微量難分離組分的脫除問(wèn)題；5、分離效率高，操作彈性大，生產(chǎn)能力

12、大。1.4 甲醇精餾工藝流程說(shuō)明1.4.1 預(yù)精餾系統(tǒng)來(lái)自甲醇合成裝置的粗甲醇（40、0.5MPaA），首先進(jìn)入粗甲醇預(yù)熱器E-15501的管程，被殼程的低壓蒸汽冷凝液加熱到70左右，然后進(jìn)入預(yù)精餾塔C-15501的上部。預(yù)精餾塔C-15501頂部出來(lái)的氣相，首先進(jìn)入預(yù)精餾塔一級(jí)冷凝器E-15506的殼程，物料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到67.5,冷卻下來(lái)的液體進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽T-15501中；從預(yù)精餾塔一級(jí)冷凝器E-15506出來(lái)的氣體進(jìn)入預(yù)精餾塔二級(jí)冷凝器E-15515的殼程，物料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到40左右,冷凝下來(lái)的液體進(jìn)入萃取槽T15508 中，經(jīng)工藝水萃取后，甲醇水溶液進(jìn)入預(yù)精餾

13、塔回流槽T-15501中，萃取出來(lái)的物料去雜醇油罐；二級(jí)冷凝器中出來(lái)的帶有甲醇的不凝氣，進(jìn)排放槽T15506中，用水洗滌其中的甲醇后，不凝氣去放空總管?；亓鞑跿-15501中的甲醇溶液，經(jīng)預(yù)精餾塔回流泵送入預(yù)精餾塔C-15501的頂部作回流液。預(yù)精餾塔塔釜的預(yù)后甲醇經(jīng)液位控制后去加壓精餾塔進(jìn)一步精餾。低壓蒸汽和加壓精餾塔來(lái)的低壓蒸汽冷凝液，分別進(jìn)入預(yù)精餾塔C-15501的再沸器E-15510 和E-15514，對(duì)管程的介質(zhì)進(jìn)行加熱來(lái)為預(yù)精餾塔精餾提供熱量，然后蒸汽冷凝液去E-15501加熱粗甲醇。為了防止粗甲醇中的酸性物質(zhì)對(duì)管道和設(shè)備造成腐蝕，向粗甲醇中加入少量5%左右的NaOH溶液，將粗甲醇

14、的PH值控制在7.58左右。1.4.2 加壓精餾系統(tǒng)預(yù)精餾塔出來(lái)的預(yù)后甲醇，經(jīng)加壓精餾塔給料泵加壓后，進(jìn)入加壓精餾塔進(jìn)料/釜液換熱器E-15513的管程，被殼程介質(zhì)加熱到泡點(diǎn)后，進(jìn)入加壓精餾塔C-15502的下部，塔頂出來(lái)的甲醇蒸汽進(jìn)入冷凝器/再沸器E-15507的殼程，被管程的介質(zhì)冷凝后進(jìn)入加壓精餾塔回流槽T-15502，回流槽中出來(lái)的冷凝液甲醇，部分經(jīng)加壓精餾塔回流泵加壓后進(jìn)入加壓精餾塔頂作回流液，其余的甲醇液進(jìn)入加壓精餾塔精甲醇冷卻器E-15502的殼程，被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到40后，去中間罐區(qū)的精甲醇計(jì)量罐（或粗甲醇儲(chǔ)罐）。出加壓精餾塔釜液去常壓精餾塔繼續(xù)精餾。低壓蒸汽進(jìn)入加壓精餾塔

15、再沸器E-15511，為加壓精餾塔精餾提供熱量，被冷凝后的低壓蒸汽冷凝液，去E-15501繼續(xù)作加熱介質(zhì)用。1.4.4 回收精餾系統(tǒng)常壓精餾塔底出來(lái)的廢水，含有2%左右的甲醇，經(jīng)回收精餾塔進(jìn)料泵加壓后，進(jìn)入回收精餾塔C-15504，塔頂出來(lái)的氣相，進(jìn)回收精餾塔冷凝器E-15509的殼程，被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到45左右，進(jìn)入回流槽T-15504，回流槽出來(lái)的液體經(jīng)回收精餾塔回流泵加壓后，部分進(jìn)回收精餾塔頂部作回流液，其余去中間罐區(qū)的雜醇油儲(chǔ)罐。低壓蒸汽進(jìn)入回收精餾塔再沸器E-15516的殼程，加熱管程介質(zhì)后為回收精餾塔精餾提供熱量。蒸汽冷凝液去E-15501?；厥站s塔底出來(lái)的釜液，含有微量的

16、甲醇和有機(jī)物，經(jīng)廢水冷卻器E-15512中的循環(huán)冷卻水冷卻到60左右后，送出界區(qū)去污水生化處理裝置。 CH3OH H2O CH3CH2OH 輕餾分 雜醇 Wt% 70 3.72 0.1 1.11 0.072.甲醇精餾生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算2.3加壓精餾塔工藝計(jì)算32.3.1物料衡算已知：年產(chǎn)150000噸甲醇，以320個(gè)工作日計(jì)。F''=150000t/a ，質(zhì)量分率:= 46%，=99.7%，= 0.5% =32.04kg/kmol，=18.02kg/kmol 進(jìn)料流量 進(jìn)料液、餾出液、釜?dú)堃旱哪柗謹(jǐn)?shù) 進(jìn)料平均相對(duì)分子質(zhì)量：原料液：總物料： 易揮發(fā)： 聯(lián)立、得 塔頂產(chǎn)品的平均相

17、對(duì)分子質(zhì)量：塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量：塔釜產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量：塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量：3. 物料衡算結(jié)果 物料衡算結(jié)果表塔頂出料塔底出料進(jìn)料質(zhì)量流量/（kg/h）89564010577.1119531.25質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%99.70.546摩爾流量/(/h)280.15585.60865.75摩爾分?jǐn)?shù)/%0.9950.0030.3244. 塔頂氣相、液相、進(jìn)料和塔底的溫度分別為： 塔頂： 塔釜： 進(jìn)料：精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：5. 平均相對(duì)揮發(fā)度a取x-y 曲線上兩端點(diǎn)溫度下a的平均值查表可得92.9時(shí)， 66.9時(shí)， 6. 回流比的確定由于進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料 解析法 又操作回流比R可取所以取三、熱量衡算

18、31.加熱介質(zhì)的選擇常用的加熱劑有飽和水蒸汽和煙道氣。飽和水蒸汽是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸汽冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過(guò)改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá)1001000，適用于高溫加熱。缺點(diǎn)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。本設(shè)計(jì)選用300KPa（溫度為133）的低壓蒸汽作為加熱介質(zhì)，水蒸汽易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會(huì)相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。2.冷卻劑的選擇常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為1035.如需冷卻到較低溫度，則需采用低溫介質(zhì)，如冷凍鹽水、氟利昂等。 本設(shè)計(jì)建廠地區(qū)為長(zhǎng)治

19、。長(zhǎng)治市夏季最熱月份日平均氣溫為25。故選用25的冷卻水,選升溫10，即冷卻水的出口溫度為35.3. 熱量衡算冷凝器的熱負(fù)荷 冷凝器的熱負(fù)荷 其中 -塔頂上升蒸汽的焓； -塔頂餾出液的焓對(duì)于全凝器作熱量衡算（忽略熱量損失）又 式中 HV甲-甲醇的蒸發(fā)潛熱 HV水-水的蒸發(fā)潛熱蒸發(fā)潛熱的計(jì)算：蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系 式中 Tr -對(duì)比溫度沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表沸點(diǎn)/蒸發(fā)潛熱HV/(kJ·kg-1）Tc/K甲醇64.71105513.15水1002257648.1564.84時(shí)，甲醇： 蒸發(fā)潛熱：同理，水：蒸發(fā)潛熱：所以 所以 2.冷卻水消耗量 式中 -冷卻水消耗量，kg/h -冷卻介質(zhì)在平均

20、溫度下的比熱容，kJ/（kg·） t1，t2-冷卻介質(zhì)在冷凝器進(jìn)出口處的溫度，所以 此溫度下，冷卻水的比熱容 =4.25kJ/（kg·）所以加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算 列表計(jì)算甲醇、水在不同溫度下混合物的比熱容Cp（單位：kJ/（kg·）塔頂塔釜進(jìn)料精餾段提餾段甲醇3.0283.4853.1663.1453.412水4.2844.3684.2884.3964.388精餾段： 甲醇： 水：提餾段： 甲醇：水：塔頂流出液的比熱容： （kg·） 塔釜溜出液的比熱容： （kg·）為簡(jiǎn)化計(jì)算，現(xiàn)以進(jìn)料焓，即76.93時(shí)焓值為基準(zhǔn)根據(jù)資料所提供的數(shù)據(jù)，=1

21、28.1，=134.2注：下標(biāo)1為甲醇，下標(biāo)2為水。2.冷凝器的熱負(fù)荷因塔頂餾出液幾乎為純甲醇，故其焓可近似按純甲醇進(jìn)行計(jì)算，則全凝器的熱負(fù)荷為（塔頂溫度為128.1下，甲醇的汽化熱為953.4809kJ/kg）953.4809×1583.2626×32.04=4.84×107 kJ/h128.1下，水的比熱容為1134818.29 kg/h3.再沸器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽消耗量在=134.2下，甲醇的汽化熱為1025.26kJ/kg，水的汽化熱為2254.24 kJ/kg選用0.7MPa（700kpa，180）低壓蒸汽為加熱介質(zhì)再沸器的熱負(fù)荷為因釜?dú)堃簬缀鯙樗?，故?/p>

22、焓可按純水進(jìn)行計(jì)算，即2254.24×18.02=40621.40kJ/kmol則 1583.2626×40621.40=6.43×107 kJ/h加熱蒸汽消耗量為由附錄查得P為700kpa時(shí)水的汽化熱為2071.5 kJ/kg。則31040.31kg/h2.3.3理論塔板數(shù)計(jì)算7由于本次設(shè)計(jì)時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡(jiǎn)捷法求得，應(yīng)用圖解法。精餾段操作線方程為 截距 0.6067連接（，），（0，）與q線交于d點(diǎn)，連接（，）與d點(diǎn)，得到提餾段操作線、然后，由平衡線與操作線可得精餾塔理論板數(shù)，但由于極小，利用作圖法畫(huà)出理論板數(shù)，如圖所示，梯級(jí)數(shù)為12塊。圖2

23、-3 加壓塔求理論塔板數(shù)的圖解法塔頂溫度下：=804.252kpa =130.652kpa 804.252/130.652=6.156塔底溫度下：=945.304kpa =308.248kpa945.304/308.248=3.067全塔平均揮發(fā)度：4.345因?yàn)樗自O(shè)有再沸器，所以精餾塔理論板數(shù)要比梯級(jí)數(shù)少1，所以精餾塔理論板數(shù)為11塊，精餾段為10塊，提餾段為1塊。2.3.4精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.精餾塔設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和條件表2-5 水在不同溫度下的密度溫度/60708090100110密度/(g/ cm3)0.98320.97780.97180.96530.95840.9510表2-

24、6 甲醇在不同溫度下的密度溫度/102030405060密度/(g/ cm3)0.80080.79150.78250.77400.76500.7555表2-7 水在不同溫度下的黏度溫度/8090100110120130黏度/0.35650.31650.28380.25890.23730.2177表2-8甲醇在不同溫度下的黏度溫度/10152065.3171.8698.52黏度/0.6860.6380.5910.3320.2950.225用內(nèi)插法可以計(jì)算出水和甲醇在塔頂、塔底和進(jìn)料溫度下的密度和黏度舉例：0.9691 g/ cm30.2648表2-9 水和甲醇在不同溫度下的密度溫度/128.11

25、34.2107.2水密度/(g/ cm3)0.93760.93310.9531甲醇密度/(g/ cm3)0.69080.68510.7107表2-10 水和甲醇在不同溫度下的黏度溫度/128.1134.2107.2水黏度/()0.22140.20990.2624甲醇黏度/()0.14730.13130.20222.塔頂條件下的流量和物性參數(shù)32.04×0.994+18.02×（1-0.994）=31.96kg/kmol31.96×1583.2626=50601.07kg/h31.96×617.0337=19720.4kg/h0.994=0.993，=0.

26、007 1.4450cm3/g所以 0.6920 g/ cm3=692.0 kg/ m3 0.9707 kg/ m30.2214×0.994+0.1473×（1-0.994）=0.2210塔頂出料口質(zhì)量流量：D=966.2289×31.96=30880.68 kg/h表2-11 塔頂部數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)數(shù)值31.960.9707692.00.221030880.68966.22893.塔底條件下的流量和物性參數(shù)32.04×0.67+18.02×(1-0.67)=27.42kg/kmol0.8204 kg/ m3由于=0.67=0.78，=0.22

27、1.3743cm3/g所以 0.7276 g/ cm3=727.6kg/ m30.1313×0.67+0.2099×（1-0.67）=0.157327.42×1583.2626=43413.06kg/h27.42×3056.1538=83799.74kg/h塔底質(zhì)量流量：W=1552.1203×27.42=42559.1386kg/h表2-12 塔底部數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)數(shù)值27.420.8204727.60.157342559.12861552.12034.進(jìn)料條件下的流量和物性參數(shù)32.04×0.82+18.02×(1-0.8

28、2)=28.44 kg/kmol 0.9113 kg/ m3由于=0.82=0.87，=0.131.3605 cm3/g所以 0.7350 g/ cm3=735.0 kg/ m31583.2626×28.44=45027.99kg/h精餾段：28.44×617.0337=17548.44kg/h提餾段：28.44×3056.1538=86917.01kg/h0.2022×0.82+0.2624×(1-0.82)=0.1973進(jìn)料質(zhì)量流量：F= 42823kg/h表2-13 進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)數(shù)值28.440.9113735.00.1973737

29、34.62439.12015.精餾段的流量和物性參數(shù)0.941 kg/ m3 713.5kg/ m3 47814.53kg/h18634.42 kg/h0.20926.提餾段的流量和物性參數(shù)0.8659kg/ m3731.3 kg/ m344220.83 kg/h85358.38 kg/h0.1773 7.體積流量塔頂：14.48m3/s塔底：14.699m3/s進(jìn)料： 13.725m3/s精餾段： 14.102m3/s提餾段：14.212m3/s表2-14 精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表精餾段提餾段氣相密度0.94100.8659液相密度713.5731.3氣相摩爾流量1583.26261583.

30、2626氣相質(zhì)量流量47814.5344220.83液相黏度/0.20920.1773液相摩爾流量617.03373056.1538液相質(zhì)量流量18634.4285358.382.3.5填料的選擇 填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前，填料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個(gè)方面進(jìn)行。本設(shè)計(jì)選用規(guī)整填料，規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料，規(guī)定了氣液流路，改善了溝流和壁流現(xiàn)象，壓降可以很小，同時(shí)還可以提供更大的比表面積，在同等溶劑中可以達(dá)到更高的傳質(zhì)、傳熱效果。與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)則、有對(duì)稱

31、性，當(dāng)與散裝填料有相同的比表面積時(shí)，填料空隙率更大，具有更大的通量，單位分離能力大。所選的規(guī)整的參數(shù)為型號(hào)峰高mm比表面積m2/m3理論板數(shù)1/m空隙率%壓力降MPa/mCB500Y122502.5973.0×10-42.3.6塔徑設(shè)計(jì)的計(jì)算1.精餾段塔徑計(jì)算由氣速關(guān)聯(lián)式式中 -干填料因子； -液體粘度，； -金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料為0.30； -液體、氣體質(zhì)量流速； -氣體、液體密度； -重力加速度。精餾段：=0.9410kg/ m3，=713.5kg/ m3，=0.97，=250，=0.2092，=18634.42 kg/h，=47814.53 kg/h，=0.30代入式中求解得 4.4m/s空塔氣速 0.5×4.4=2.2 m/s體積流量 14.102m3/s2.858m圓整后：3000mm，空塔氣速2.2m/s2.提餾段塔徑計(jì)算提餾段：=0.8659kg/ m3，=731.3 kg/ m3，=0.97，=250，=0.1773，=85358.38 kg/h，=44220.83 kg/h，=0.30代入上面的公