0.6萬(wàn)噸年分離甲醇-水混合液填料精餾塔的設(shè)計(jì)

1、遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）0.6萬(wàn)噸/年分離甲醇-水混合液的填料精餾塔設(shè)計(jì)精餾是借助回流技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高純度和高回收率的分離操作，在抗生素藥物生產(chǎn) 中，需要甲醇溶媒洗滌晶體，洗滌過(guò)濾后產(chǎn)生廢甲醇溶媒，然后對(duì)甲醇溶媒進(jìn)行精 餾。操作一般在塔設(shè)備中進(jìn)行，塔設(shè)備分為兩種，板式塔和填料塔。填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、裝置靈活、壓降小、持液量少、生產(chǎn)能力大、分離效率高、耐腐蝕，且易于處 理易氣泡、易熱敏、易結(jié)垢物系等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有投資費(fèi)用較高、填料易堵塞等缺 點(diǎn)。近年來(lái)由于填料塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，新型的高負(fù)荷填料的開(kāi)發(fā)，既提高了塔的通過(guò) 能力和分離效能又保持了壓降小及性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。因此，填料塔已被推廣到大型 氣液操

2、作中，在某些場(chǎng)合還代替了傳統(tǒng)的板式塔。從設(shè)備設(shè)計(jì)的角度看，不論板式 塔還是填料塔，基本上由塔體、內(nèi)件、裙座、和附件構(gòu)成。近年來(lái)由于填料塔結(jié)構(gòu) 的改進(jìn)，新型的、高負(fù)荷填料的開(kāi)發(fā)，既提高了塔的通過(guò)能力和分離效能又保持了壓降小以性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。因此填料塔已被推廣到大型汽液操作中，在某些場(chǎng)合還 代替了傳統(tǒng)的板式塔。但國(guó)內(nèi)在這方面的研究則較少，如何設(shè)計(jì)規(guī)整填料蒸餾塔已成為一個(gè)重要的課題,它對(duì)自行設(shè)計(jì)，改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)狀況都較為重要。隨著對(duì) 填料塔的研究和開(kāi)發(fā)，性能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工業(yè)生產(chǎn)中。關(guān)鍵詞：精餾，填料塔，設(shè)備設(shè)計(jì)3AbstractDistillatio n through reflux

3、tech no logy to achieve the sep arati on of high pu rity andhigh recovery op erati on in the p roduct ion of an tibiotics, metha nol solve nt wash ing crystal, washi ng the filtered waste metha nol solve nt, and the n the metha nol solve nt distillati on. The op erati on gen erally tower equipment,

4、tower equipment is divided into two types, plate tower and packed tower. Packed tower structure is simpie, flexible devices, low pressure drop, hold less liquid, large production capacity, and high sep arati on efficie ncy, corrosi on resista nee, and easy to han dle and easy bubble, easy to thermal

5、, easy to scale in the Dep artme nt of adva ntages, but also inv estme nt costs higher filler easy to plug the shortcomings. In recent years, due to the improvement of the p acked tower structure, the devel opment of new high-load p ack ing, both to improve the tower through the cap acity and sep ar

6、ati on efficie ncy while main tai ning low p ressure drop and stable performanee characteristics. Therefore, the packed tower has been exte nded to large-scale gas-liquid op erati ons, in some casesi nstead of the traditi onal plate tower. I n rece nt years, due to the impro veme nt of the p acked t

7、ower structure, the development of new, high-load packing, not only improves the tower capacity and separation efficiency, while maintaining the pressure drop and small to stable p erforma nee. P acked tower has bee n exte nded to the large vapo r-liquid op erati ons, in some cases in stead of the t

8、raditi onal plate tower. Domestic research in this area is less, how to desig n a structured p ack ing distillati on tower has become an imp orta nt issue, its own desig n, impro veme nt of existi ng equipment con diti ons are more imp orta nt. With the research and devel opment of the p acked tower

9、, the excelle nt p erforma nee of the p acked tower is bound to a large nu mber of in dustrial p roduct ion.Keywords: Distillation, packed tower, equipment design目錄、F刖言第一章填料塔的簡(jiǎn)介1.1概述1.2流程確定和說(shuō)明1.2.1加料方式1.2.2進(jìn)料狀況1.2.3塔頂冷凝方式1.2.4回流方式1.2.5加熱方式1.2.6加熱器第二章填料塔設(shè)計(jì)計(jì)算10遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10102.1操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)52.1.1操作壓

10、力2.1.2氣液平衡關(guān)系及平衡數(shù)據(jù)102.1.3物料平衡計(jì)算11122.2填料塔工藝計(jì)算2.2.1物料衡算122.2.2熱量衡算132.2.3理論板數(shù)計(jì)算16172.3填料塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.1塔頂條件下的流量及物性參數(shù)2.3.2塔底條件下的流量物性參數(shù)182.3.3進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)192.3.4精餾段流量及物性參數(shù)202.3.5提餾段流量及物性參數(shù)222.4填料的選擇2.5塔徑和填料層計(jì)算23242.5.1塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算242.5.2填料層計(jì)算262.6附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算272.6.1冷凝器272.6.2加熱器282.6.3塔內(nèi)管徑的計(jì)算及選型28遼寧石油化工大學(xué)畢

11、業(yè)設(shè)計(jì)（論文）29264液體分布裝置265除沫器32第三章精餾塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表32第四章總結(jié)34致謝35參考文獻(xiàn)367、八刖言本設(shè)計(jì)目的是分離甲醇-水混合液，處理量不大，故選用填料塔。填料塔，是一類用于氣液和液液系統(tǒng)的微分接觸傳質(zhì)設(shè)備，主要由圓筒形塔體和堆 放在塔內(nèi)對(duì)傳質(zhì)起關(guān)鍵作用的填料等組成，用于吸收、蒸餾和萃取，也可用于接觸 式換熱、增濕、減濕和氣液相反應(yīng)過(guò)程。所以塔設(shè)備的研究一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍 關(guān)注的重要課題。填料塔的應(yīng)用始于19世紀(jì)中葉，起初在空塔中填充碎石、磚塊和焦炭等塊狀 物，以增強(qiáng)氣液兩相間的傳質(zhì)。1914年德國(guó)人F.拉西首先采用高度與直徑相等的 陶瓷環(huán)填料（現(xiàn)稱拉西環(huán)）推

12、動(dòng)了填料塔的發(fā)展。此后，多種新填料相繼出現(xiàn)，填 料塔的性能不斷得到改善，近 30年來(lái)，填料塔的研究及其應(yīng)用取得巨大進(jìn)展，不僅開(kāi)發(fā)了數(shù)十種新型高效填料，還較好地解決了設(shè)備放大問(wèn)題。到60年代中期，直徑數(shù)米乃至十幾米的填料塔已不足為奇?，F(xiàn)在，填充塔已與板式塔并駕齊驅(qū)，成為 廣泛應(yīng)用的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔自它發(fā)明以來(lái)已廣泛地應(yīng)用于化工生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。近二十年，規(guī)整填料塔對(duì)板式塔、散裝填料以及其它多種塔設(shè)備產(chǎn)生了巨大的沖擊 在國(guó)內(nèi)外引起眾多研究者的極大興趣 ，在近幾年的文獻(xiàn)中，國(guó)外有大量的規(guī)整填料研究報(bào)道。它因其高通量，低壓降，操作穩(wěn)定而廣泛地用于氣-液,液-液接觸的 塔設(shè)備中，如蒸餾、吸收、萃取等諸多領(lǐng)

13、域。特別是在氣液接觸中，已越來(lái)越多地被采用，如已有設(shè)備通過(guò)利用規(guī)整填料來(lái)更換塔內(nèi)構(gòu)件，從而達(dá)到提高塔負(fù)荷的目的。規(guī)整填料種類較多，有板波紋填料、格柵填料、絲網(wǎng)填料等，材質(zhì)有金屬、 塑料、陶瓷等。即使同樣的種類亦有不同的規(guī)格,它們的比表面、空隙率及幾何尺遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）寸存在差異，這樣在選擇填料時(shí)，應(yīng)根據(jù)體系物性，操作負(fù)荷，壓降要求，同時(shí) 兼顧材料性能等，進(jìn)行綜合考慮，保證既經(jīng)濟(jì)又能正常生產(chǎn)。第一章填料塔的簡(jiǎn)介1.1概述填料塔，是一類用于氣液和液液系統(tǒng)的微分接觸傳質(zhì)設(shè)備，主要由圓筒形塔體 和堆放在塔內(nèi)對(duì)傳質(zhì)起關(guān)鍵作用的填料等組成，用于吸收、蒸餾和萃取，也可用于 接觸式換熱、增濕、

14、減濕和氣液相反應(yīng)過(guò)程。所以塔設(shè)備的研究一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者 普遍關(guān)注的重要課題。填料塔的優(yōu)點(diǎn)有:(1 )壓降非常小。氣相在填料中的液相膜表面進(jìn)行對(duì)流傳熱、傳質(zhì)，不存在塔板 上清液層及篩孔的阻力。在正常情況下，規(guī)整填料的阻力只有相應(yīng)篩板塔阻力的1/5 1/6 ;(2) 熱、質(zhì)交換充分，分離效率高，使產(chǎn)品的提取率提高;(3) 操作彈性大，不產(chǎn)生液泛或漏液，所以負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，適應(yīng)性強(qiáng)。負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍可以在30%-110%篩板塔的調(diào)節(jié)范圍在70%- 100%(4) 液體滯留量少，啟動(dòng)和負(fù)荷調(diào)節(jié)速度快;(5) 可節(jié)約能源。由于阻力小，空氣進(jìn)塔壓力可降低0.07 MPa左右，因而使空氣壓縮能耗減少6.5%左右

15、;(6)塔徑可以減小。此外，應(yīng)用規(guī)整填料后，由于當(dāng)量理論塔板的壓差減小，全精餾制氬可能實(shí)現(xiàn), 氬提取率提高10%-15%規(guī)整填料精餾塔一般分為3-5段填料層，每段之間有液 體收集器和再分布器，傳統(tǒng)篩板塔的板間距為110160mm而規(guī)整填料的等板高為250300mm因此填料塔的高度會(huì)增加。一般都選擇鋁作為規(guī)整填料的材料，這樣可減輕重量和減少費(fèi)用，但必須控制 好填料金屬表面殘留潤(rùn)滑油量小于 50mg/m2在這樣條件下，可認(rèn)為鋁填料塔和鋁 篩板塔用于氧精餾是同樣安全的。塔設(shè)備按其結(jié)構(gòu)形式基本上可分為兩類：板式塔和填料塔。以前，在工業(yè)生產(chǎn) 中，當(dāng)處理量大時(shí)多用板式塔，處理量小時(shí)采用填料塔。近年來(lái)由于填

16、料塔結(jié)構(gòu)的 改進(jìn)，新型的、高負(fù)荷填料的開(kāi)發(fā)，既提高了塔的通過(guò)能力和分離效能又保持了壓 降小以性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。因此填料塔已被推廣到大型汽液操作中。在某些場(chǎng)合還代 替了傳統(tǒng)的板式塔。如今，直徑幾米甚至幾十米的大型填料塔在工業(yè)上已非罕見(jiàn)。隨著對(duì)填料塔的研究和開(kāi)發(fā)，性能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工業(yè)生產(chǎn)中。填料塔為逐級(jí)接觸式汽液傳質(zhì)設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、操作彈性大、 持液量小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也有投資費(fèi)用較高、填料易堵塞等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)目的是分離甲醇-水混合液，處理量不大，故選用填料塔。塔型的選擇因素很多。主要因素有物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的制造安裝和 維修等。與物性有關(guān)的因素:（1）易起泡的物系在

17、板式塔中有較嚴(yán)重的霧沫夾帶現(xiàn)象或引起液泛，故選用填料 塔為宜。因?yàn)樘盍喜灰仔纬膳菽１驹O(shè)計(jì)為分離甲醇和水，故選用填料塔。（2 ）對(duì)于易腐蝕介質(zhì)，可選用陶瓷或其他耐腐蝕性材料作填料，對(duì)于不腐蝕的介 質(zhì)，則可選金屬性質(zhì)或塑料填料，而本設(shè)計(jì)分離甲醇和水，腐蝕性小可選用金屬填 料。與操作條件有關(guān)的因素:（1）傳質(zhì)速率受氣膜控制的系統(tǒng)，選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍纤又幸合酁槟?流、氣相湍動(dòng)，有利于減小氣膜阻力。（2）難分離物系與產(chǎn)品純度要求較高，塔板數(shù)很多時(shí)，可采用高效填料。（3）若塔的高度有限制，在某些情況下，選用填料塔可降低塔高，為了節(jié)約能耗, 故本設(shè)計(jì)選用填料塔。要求塔內(nèi)持液量、停留時(shí)間短、壓強(qiáng)小

18、的物系，宜用規(guī)整填料。1.2流程確定和說(shuō)明1.2.1加料方式加料方式有兩種：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通過(guò)控制液位 高度，可以得到穩(wěn)定的流量和流速。通過(guò)重力加料，可以節(jié)省一筆動(dòng)力費(fèi)用。但由 于多了高位槽，建設(shè)費(fèi)用增加；采用泵加料，受泵的影響，流量不太穩(wěn)定，流速也 忽大忽小，從而影響了傳質(zhì)效率，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便；如采自動(dòng)控制泵來(lái)控制 泵的流量和流速，其控制原理較復(fù)雜，且設(shè)備操作費(fèi)用高。本次實(shí)驗(yàn)采用高位槽進(jìn) 料。1.2.2進(jìn)料狀況進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料、泡點(diǎn)進(jìn)料。對(duì)于冷液進(jìn)料，當(dāng)組成一定時(shí)，流量一 定，對(duì)分離有利，節(jié)省加熱費(fèi)用。但冷液進(jìn)料受環(huán)境影響較大，對(duì)于合肥地區(qū)來(lái)說(shuō), 存在較

19、大溫差，且增加塔底蒸汽上升量，增大建設(shè)費(fèi)用。采用泡點(diǎn)進(jìn)料，不僅對(duì)穩(wěn) 定塔操作較為方便，且不受季節(jié)溫度影響。綜合考慮，設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料。泡點(diǎn)進(jìn) 料時(shí)，基于恒摩爾流假定精餾段和提餾段塔徑基本相等，制造上較為方便。1.2.3塔頂冷凝方式塔頂冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇和水不反應(yīng)。且容易冷凝，故使用全凝器。塔頂出來(lái)的氣體溫度不高，冷凝后產(chǎn)品溫度不高無(wú)需進(jìn)一步冷卻。此次分離也 是想得到液體甲醇，選用全凝器符合要求。1.2.4回流方式回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對(duì)于小型塔，回流冷凝器一般安裝在塔 頂。其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較難。如果 需要較高的塔處理量或塔板數(shù)較

20、多時(shí)，回流冷凝器不適合于塔頂安裝。且塔頂冷凝器不易安裝、檢修和清理。在這種情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽采用冷 凝冷卻器以冷回流流入塔中。由于本次設(shè)計(jì)為小型塔，故采用重力回流。1.2.5加熱方式加熱方式分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。 直接蒸汽加熱是用蒸汽直接由塔底進(jìn) 入塔內(nèi)。由于重組分是水，故省略加熱裝置。但理論塔板數(shù)增加，費(fèi)用增加。間接 蒸汽加熱是通過(guò)加熱器使釜液部分汽化。上升蒸汽與回流下來(lái)的冷液進(jìn)行傳質(zhì)，其 優(yōu)點(diǎn)是使釜液部分汽化，維持原來(lái)的濃度，以減少理論板數(shù)，缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本次實(shí)驗(yàn)采用間接蒸汽加熱。1.2.6加熱器采用U型管蒸汽間接加熱器，用水蒸汽作加熱劑。因?yàn)樗?，可將加熱?/p>

21、放在 塔內(nèi)，即再沸器，這樣釜液部分汽化，維持了原有濃度，減少了理論板數(shù)。13第二章填料塔設(shè)計(jì)計(jì)算2.1操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.1.1操作壓力精餾操作按操作壓力分為常壓、加壓和減壓操作。精餾操作中壓力影響非常大。當(dāng)壓力增大時(shí)，混合液的相對(duì)揮發(fā)度將減小，對(duì)分離不利；當(dāng)壓力減小時(shí)，相對(duì)揮 發(fā)度將增大，對(duì)分離有利。但當(dāng)壓力不太低時(shí)，對(duì)設(shè)備的要求較高，設(shè)備費(fèi)用增加。因此在設(shè)計(jì)時(shí)一般采用常壓蒸餾。當(dāng)常壓下無(wú)法完成操作時(shí)，則采用加壓或減壓蒸 餾。對(duì)于甲醇-水系統(tǒng)在常壓下相對(duì)揮發(fā)度相差較大，較易分離，故本設(shè)計(jì)采用常 壓精餾。2.1.2氣液平衡關(guān)系及平衡數(shù)據(jù)表2-1甲醇-水溶液的平衡數(shù)據(jù)（101.3KPa）平衡溫

22、度t10092.990.388.985.081.678.0液相甲醇x 05.317.769.2613.1520.8328.18氣相甲醇y028.3440.0143.5354.5562.7367.75遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)平衡溫度t76.773.872.771.370.066.964.7液相甲醇x33.3346.2052.9259.3768.4987.411.00氣相甲醇y69.1877.5679.7181.8384.9291.941.002.1.3物料平衡計(jì)算(1)物料衡算(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，F(xiàn) = 6000 t x =70%X D = 98% xw =2%McHbOh = 32.04k

23、g/kmolMo = 18.02kg/kmol17Xf70/32.04摩爾分?jǐn)?shù):70/32.04 +30/18.02 =56.8%(2-1)XD -9832.0498N32.04 +2/18.02 96.5%(2-2)2 #32.04(2-3)xW =1.13%2,32.04 +98/18.02進(jìn)料平均相對(duì)分子質(zhì)量：(2)根據(jù)甲醇和水的氣液平衡表1，利用內(nèi)插法求塔頂溫度tLDtVD,塔釜溫度tW,進(jìn)料溫度tF。塔頂溫度tLDtVD96.5 87.41 _ tLD 66.9 一 ,二 tLD100 87.4164.766.9=65.31100 -96.510091.9464.7-tVD 、 +二

24、 tVD100 -92.9塔釜溫度tW0-1.13100-tW0 5.31100 92.9tW49 cM = 0.568X 32.04 + 0.432咒 18.02 = 26.06kg / kmolO進(jìn)料溫度tF=tF =71.8659.37 -52.9271.3-72.756.8-52.92 tF-72.7回流比確定RDt31,8由圖可知進(jìn)料平衡曲線為不正常平衡曲線，作圖求最小回流比Rmin由點(diǎn)a( Xd,Xd )向平衡線作切線，交軸于b ( O,31.8),精餾段操作線截距96.5所以 Rmin +1 =31.8 所以 Rmin 二2.。3操作回流比可取為最小回流比的1.1到2.0倍所以，

25、回流比確當(dāng)為R=3.O5平均相對(duì)揮發(fā)度a =4.352.2填料塔工藝計(jì)算221物料衡算已知：F =6000 t，年開(kāi)工 300 天，M =26.06kg/kmol4306X10 x10(2-4)F = kmol/h =31.98kmol/h進(jìn)料摩爾流量：300X24咒26.06Xf =56.8% Xd =96.5% Xw =1.13%總物料衡算：F = D + W易揮發(fā)組分衡算：Fxf -Dxd十舷解得：D =18.668 kmol / hW =13.312kmol /h塔頂產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量M =32.04X96.5%+18.02(196.5%)=31.549 kg /kmol(2-5)

26、遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)(2-6)(2-7)塔頂產(chǎn)品流量.D =18.668 咒 31.549 =588.957 kg / hQ塔釜產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量M =32.04x1.13% +18.02x(1 -1.013%) =18.178kg /kmol塔釜產(chǎn)品流量-W =13.312x18.187 =241.799kg/hF =D +W = 830.756kg /h物料衡算結(jié)果匯總?cè)缦卤?-2物料衡算結(jié)果表參數(shù)單位進(jìn)料F塔頂D塔釜Wkg/h830.756588.957241.799物料流量kmol/h31.9818.66813.312質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%98%2%百分組成摩爾分?jǐn)?shù)56.83%

27、96.5%1.13%2.2.2熱量衡算（1）熱量衡算 加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇a.加熱介質(zhì)的選擇常用的加熱介質(zhì)有飽和水蒸氣和煙道氣。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸氣冷凝時(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)1001000r，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133.3 C）的飽和水蒸氣作加熱介質(zhì)，水蒸氣易獲得、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。b.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)貧鉁叵拗疲鋮s水一般為102

28、5C。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)為沈陽(yáng)。沈陽(yáng)市夏季最熱月份日平均氣溫為24 C。故選用24C的冷卻水，選升溫10C，即冷卻水的出口溫度為 34C。(2)冷凝器的熱負(fù)荷冷凝器的熱負(fù)荷Qc二D (心-Ild) (R+1)(2-8)式中：IVD 塔頂上升蒸汽的焓;1 LD 塔頂餾出液的焓。IVD Xd =Xd 山Hv甲中-Xd)也Hv水(2-9)式中：也Hv甲甲醇的蒸發(fā)潛熱;也Hv7K 水的蒸發(fā)潛熱。0.381-2)蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系:AH 2 = AH V1I1 -Tr1 丿其中Tr 對(duì)比溫度。表2-3沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表沸點(diǎn) / C蒸發(fā)潛熱也 Hv

29、/( kcal kmol -1 )Tc/K甲醇64.658430512.6水1009729647.3由沃森公式計(jì)算塔頂溫度下的潛熱-Tr20.38AH2 =也比U -Tr1 丿(2-10)Tr2=空=65.66 C時(shí)，對(duì)甲醇:Tc273.15 + 65.66 =0.661512.6273.15+64.7512.6F.65921蒸發(fā)潛熱也H卄 84304監(jiān)=8411.177kcal/kmol遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27對(duì)水，同理得：2 二。.523 ,1=0.576AH水=9729X蒸發(fā)潛熱0.38一0.523=10174.338kcal / kmol11 -0.576 丿對(duì)全凝器作熱量

30、衡算（忽略熱量損失）Qc =D ( Ivd -Ild)(R+1)選擇泡點(diǎn)回流，因?yàn)樗敿状己亢芨?，與露點(diǎn)相接近，所以Ivd - I ld = Xd 心H V甲 + (1 Xd )V水(2-11)代入數(shù)據(jù)得:Ivd -Ild =0.965x8411.117 +(1 -0.965) x 10174.338 = 8472.888kcal / kmolQc =(3.05+1)x 18.668x8472.888 = 640596.086kcal / h冷卻介質(zhì)消耗量Wc=640596.086 =64059.6086kg/hCp C(t2tj 1x(3424)Qc加熱器的熱負(fù)荷及全塔熱量衡算選用300k

31、Pa （溫度為133.3 C）的飽和水蒸氣為加熱介質(zhì)計(jì)算甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容單位：kcal/ （kg C）溫度/ C65.3171.86平均值98.5271.86平均值甲醇/ C P10.7200.7420.7310.8310.7420.787水 / Cp2111111表2-4甲醇和水在不同溫度下的比熱容JCpdt = 0.7310.98+0.021咒(65.31 71.86) =4.82kcal / kgJCPdt = 0.789X0.02 +(1 -0.02)勺妝(98.52 -71.86) =26.574kcal / kg根據(jù)表 2-2 D = 588.957kg /h W

32、=241.799kg / hQd =D JCpdt =D Cp 心=588.957 X(4.82) = 2838.77 kcal /hQw =W JCp dt =W Cp 込t =241.791 X 26.547 =6418.83 kcal /h(2-12)(2-13)塔釜熱損失為10%則n =0.9，則QsQs= 6=7何 105kcal/h0.9對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算：Qf +Qs =Qd +Qw +Qc為了簡(jiǎn)化計(jì)算，以進(jìn)料焓，即88.55 C時(shí)的焓值為基準(zhǔn)做熱量衡算Qs =Qd +Qw +Qc Qf= -2838.77 +6418.83 +640596.086 -0 = 6.44x105kc

33、al /h式中Qs 加熱器理想熱負(fù)荷;Qs 加熱器實(shí)際熱負(fù)荷;Qd 塔頂餾出液帶出熱量;Qw 塔底帶出熱量。加熱蒸汽消耗量也H 水蒸汽 =2168.1kcal /kg(333k,300KPa)Wh = = 4.17恥10= 1387.02kg/h也H水蒸汽4.2表2-5熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表2%/kcal.h-1/kg.h-1/kcal.h-1/kcal.h-1/kcal.h-1/kcal.h-1 /kg.h-156.41X106.41 X10401-2838.776418.837.16咒105| 808.572.2.3理論板數(shù)計(jì)算由于本次設(shè)計(jì)的相對(duì)揮發(fā)度是變化的， 所以不能用簡(jiǎn)捷法求理論板數(shù)，

34、應(yīng)用圖解法。y 二 X4精餾段操作線方程 R+1 R+10-965 =0.238R+13.05+1Xd截距Xd連接X(jué)d,Xd），（R+1）與q線交于d點(diǎn)，連接（Xw,Xw）與d點(diǎn)，得提留段操作求得理論塔板數(shù)10,提留段3塊，精餾段7塊。2.3填料塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算精餾塔設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和條件表2-6 不同溫度下甲醇和水的密度物質(zhì)密度kg/m3溫度/C 5060708090100甲醇750741731721713704水988983978972965958表2-7查圖整理得甲醇-水特殊點(diǎn)粘度粘度mPas物質(zhì)塔頂65.31 C塔底98.52 C進(jìn)料71.86 C甲醇0.3320.2250.295水

35、0.4550.2560.4102.3.1塔頂條件下的流量及物性參數(shù)Xd =0.965Xd =0.98 D =18.668kmol /h氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量M VD = M 甲Xd + M 水(1 一 Xd ) =32.04x 0.965 +18.02x (1 0.965) = 31.55kg / kmol 液相平均相對(duì)分子質(zhì)量Mld =Mvd = 31.55kg/kmol氣相密度%=也上上=3155.273.15=1.135kg/m322.4 TP)22.4 273.15 +65.31tLD 二6531 c,查表 2-7 ,33由內(nèi)插法得：P甲二735.69kg/m，巴水=980.34kg/m

36、0.02+980.341X甲X 水 0.98= + =PldP甲Bk735.69所以 Pld = 739.38kg/m3 液相粘度杳表 2-7 得-tLD =65.31 c卩甲=0.332mPa s水=0.455mPa s4ld =卩甲Xd + 卩7水(1Xd) =0.332咒 0.965 +0.455 (1 0.965) = 0.336mPa S塔頂出料口質(zhì)量流量D =18.668X31.55 =588.975kg /h表2-8塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表MldMvdPVDPldld流量Dkg kmol，kg kmol kg e3kg ”m mPa/(kmol ”h*)31.5531.551.135739

37、.380.33618.6682.3.2塔底條件下的流量物性參數(shù)Xw =0.0113% =0.02液相相對(duì)分子質(zhì)量:M LW =Mvw =M 水=18.kg/kmol氣相密度：tw =98.52 CP022.4 273.15 + 98.52 =。創(chuàng)旳/m(2-14)液相密度：tW=98.52 c a： 100 c視同純水，查表32-6Plw = P 水=958kg/m查表2-7得：tW= 98.52 c 卩水=0.256mPa 令，ld = 0.256mPaW =13.312 X18 =239.616kg /hM LWM VW1p廠VW1p廠LW14lw流量Wkg kmolkg kmolkg m

38、kg mm PaS質(zhì)量 / kg h) (kmol 巾)18.018.00.5919580.270239.616 13.312表2-9塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表233進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)F =31.98kmol/hXf =56.8%a f =0.70查表2-1，得如下的平衡數(shù)據(jù)：（表頭和標(biāo)題）52.9256.859.3779.71y81.83由內(nèi)插法，得：y =84.00% =0.840氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量:M VF = M 甲 yM 水(1 - yF)=0.840咒32.04+18.02天(1 -0.84) = 29.80kg /kmol液相平均相對(duì)分子質(zhì)量M lf =M 甲 Xf +M 水(1

39、-Xf )=0.568X 32.4 +18.02 X (1 0.568) = 25.98kg /kmol氣相密度遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)273.15由表 2-6 數(shù)據(jù)tF =88.55 C ,同上用內(nèi)插法，求出：甲=729.14kg/m3,琨=976.88kg/m33X= 1.05kg / m22.4273.15+71.8635J 冊(cè)0.00131XL J X 甲 _P甲Bk729.14查表 2-7 得：t =71.86 C,所以 Plf = 789.204kg/m34甲=0.305mPa s, 4水=0.405mPa s4lf =卩甲 Xf 中 H水(1-Xf) =0.295x0.5

40、68+0.410x(1 -0.568) = 0.345m Pa ”s進(jìn)料流量36000 X1033F = 833.33 kg /m3300 X 24表2-10進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)MlfM VFPVFF 1Plf流量Fkg kmol 4kg kmol 4kg rnkg、m，1mPa S質(zhì)量/（kg巾）/摩爾/（kmol ”h）數(shù)值29.3725.981.04789.204 1 0.348833.3331.982.3.4精餾段流量及物性參數(shù)氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量:VMe29*80molj 2(2-15)液相平均相對(duì)分子質(zhì)量:MJ= 31-55：25-98 =28.79kg / kmol(2-16) 氣

41、相密度:九 jVD+rn 行3”.05= 1.093kg /m3(2-17)液相密度:739.38 + 789.204 =764.29kg/m3(2-18)液相粘度:n% +%FO.33.345 -0.341m P(2-19) 氣相流量:(2-20)(2-21 )V =D(R+1) = 18.668 咒(3.05+1) = 75.605kmol/hV = 75.605X 30.46 = 2302.9283kg / h 液相流量:L = RD =3.05 X18.668 = 56.94kmol / hL = 56.94% 28.79 =1639.30kg/h表2-11精餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表主要參數(shù)提餾

42、段1氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量MV/(kg、kmoL)30.68液相平均相對(duì)分子質(zhì)量兀/( kg kmol)28.79氣相密度Pvkgm)1.093液相密度pL/(kgm)764.29氣相摩爾流量/( kg h*)75.605氣相質(zhì)量流量/(kg h )2302.93液相粘度/(mPa s)0.341液相摩爾流量/ (kmol h )56.941639.30液相質(zhì)量流量/ （kg h）2.3.5提餾段流量及物性參數(shù)氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量:M VW +M VF29.8 +18=23.69 kg / kmol(2-22)液相平均相對(duì)分子質(zhì)量:M LF =Mlw +Mlf 25.98+8 = 21.99kg

43、/kmol(2-23)氣相密度:LT -958 + 789.204= 873.60kg/kmol(2-24)液相密度:Plw + Plf1.00.590.82kg/m3(2-25) 液相粘度:025845 =0.30mpa(2-26) 氣相流量:V =V (q -1) F=V =75.605kmol /h(2-27)V = 75.605X 23.69 = 1791.08kg / h 液相流量:(2-28)L=q F+L=F + L =31.98 + 56.94 = 88.92kmol/hL =88.92X21.99 =1955.35kg/h表2-11提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表主要參數(shù)1提餾段氣相平均相對(duì)

44、分子質(zhì)量M V /( kg kmol )23.9 液相平均相對(duì)分子質(zhì)量M L /(kg kmol )21.993氣相密度%/(kg m )0.82液相密度pL/(kgm)873.6氣相摩爾流量/(kg巾*)75.605氣相質(zhì)量流量/( g)1791.08液相粘度/(mPa s)0.30液相摩爾流量/ (kmo1巾)88.92液相質(zhì)量流量/ (kg h )1955.352.4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,金屬板波紋 250Y型填料。規(guī)整填料

45、是一種在塔內(nèi)按均勻圖形排布、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。250Y型波紋填料是最早研制并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的板波填料，它具有以下特點(diǎn):（1）比表面積與通用散裝填料相比，可提高近 1倍，填料壓降較低，通量和傳質(zhì) 效率均有較大幅度提高。（2 ）與各種通用板式塔相比，不僅傳質(zhì)面積大幅度提高，而且全塔壓降及效率有 很大改善。（3）工業(yè)生產(chǎn)中氣液質(zhì)均可能帶入“第三相”

46、物質(zhì)，導(dǎo)致散裝填料及某些板式塔 無(wú)法維持操作。鑒于250Y型填料整齊的幾何結(jié)構(gòu)，顯示出良好的抗堵性能，因而 能在某些散裝填料塔不適宜的場(chǎng)合使用，擴(kuò)大了填料塔的應(yīng)用范圍。鑒于以上250Y型的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用 Meliapok-250Y型填料，因本設(shè)計(jì)塔中壓力很低。2.5塔徑和填料層計(jì)算2.5.1塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算（1）精餾段塔徑計(jì)算由氣速關(guān)聯(lián)式r2P,k L lg件.弓L g名=A1.(2-29)干填料因子;%-液體粘度，mPa 3 ；A 常數(shù)，250Y型為 0.291 ；L，G 液體、氣體質(zhì)量流量，kg/h ；Pl., Pg 液體、氣體密度，kg/m；遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2g 重力加速度

47、，m/s。已知：Pg = 1.093kg/m33Pl = 764.29kg/mL = 1639.30kg/h#；tF +tDt =2二咤空1=68.6r體積流量:75.603146856 +273.15)03 = 0.546 口3/51.093 x105x 3600D塔徑：0.632mX1.743G =2302.93kg / h 40.341mPas =0.97 a =250m2/m3 A = 0.291g =9.8m/s2代入式中求解得：Uf =3.486m/S空塔氣速:u =0.5Uf =0.5x3.486 = 1.743m/s圓整后：d =700mm，空塔氣速u(mài)h/Zm/s提餾段塔徑計(jì)算

48、已知：Pv = 0.82kg/m3873.69kg/m3L= 1955.35 kg/hv=1791.08 kg/hL gas3“G衛(wèi)2= A 1.754H頁(yè)IG八Pl丿uf2 = 250 / 0.82 g 9.8 0.9731873.60 丿x0.300.21 = 0.291-1.75天1 11955.35Y f 0.82 J791.38丿 1873.60 丿解得:u f =4.10m/ s空塔氣速 u =0.5Uf =0.5x4.10 = 2.05m/stF +tw71.86 +98.52 _8519.r體積流量:Vs = 75.605 慈31g(85519 +273.15)“03 =0.7

49、62m3/s0.8103600(2-30)遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)39D =塔徑：土聲=0.688m3.14x2.05(2-31 )圓整后：d = 700mm，空塔氣速u(mài)= 1.98m/s(3)選取整塔塔徑提餾段和精餾段塔徑圓整后D=700mm為精餾塔的塔徑。2.5.2填料層計(jì)算(1)填料層高度uV =1.42m/s, PV = 1.093kg / m3_ 1所以.氣動(dòng)因子 Fj = W 屮廠 i.42% v/1093 二1485 kg /m f2查得 P/Z=1.070 X10 (Pa/m)Z(精)=(nt 精=2.5(m) (精)(NTSM )精2.8精餾段總壓降 P精=( P/Z)X Z精 =1.070 x102x 2.5 =2.6802 Pa(2-32)提餾段uV = 1.98m/s, Pv = 0.82kg/m31Fg =UG J可=1.98咒 70= 1.793(kg/m3 f2查得P/Z=0.96X10 (Pa/m)Z(提)=(nt) 提 - =1.07( m)(提)(NTSM)提 2.81(2-33)精餾段總壓降 P提=( P/Z)Z提=0.9602天1.07 =1.0