甲醇-水精餾塔工藝設(shè)計

...wd......wd......wd...年產(chǎn)量4.4萬噸甲醇水溶液的精餾工藝設(shè)計摘要甲醇最早由木材和木質(zhì)素干餾制的，故俗稱木醇，這是最簡單的飽和脂肪組醇類的代表物。無色、透明、高度揮發(fā)、易燃液體。略有酒精氣味。分子式C-H4-O。近年來，世界甲醇的生產(chǎn)能力開展速度較快。甲醇工業(yè)的迅速開展，是由于甲醇是多種有機(jī)產(chǎn)品的根本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)。由甲醇轉(zhuǎn)化為汽油方法的研究成果，從而開辟了由煤轉(zhuǎn)換為汽車燃料的途徑。近年來碳一化學(xué)工業(yè)的開展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹脂等產(chǎn)品，正在研究開發(fā)和工業(yè)化中。甲醇化工已成為化學(xué)工業(yè)中一個重要的領(lǐng)域。目前，我國的甲醇市場隨著國際市場的原油價格在變化,總體的趨勢是走高。隨著原油價格的進(jìn)一步提升，作為有機(jī)化工根基原料—甲醇的價格還會穩(wěn)步提高。國內(nèi)又有一批甲醇工程在籌建。這樣，選擇最好的工藝?yán)O(shè)備，同時選用最適宜的操作方法是至關(guān)重要的。本計為別離甲醇－水混合物。對于二元混合物的別離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一局部加回流至塔內(nèi)，其余局部經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐，設(shè)計對其生產(chǎn)過程和主要設(shè)備進(jìn)展了物料衡算、塔設(shè)備計算、熱量衡算、換熱器設(shè)計等工藝計算。關(guān)鍵字：精餾泡點進(jìn)料物料衡算目錄緒論11精餾塔的物料衡算 51.1原料液及塔頂和塔底的摩爾分率51.2原料液及塔頂和塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量51.3物料衡算52塔板數(shù)確定62.1理論板層數(shù)的求取62.1.1求最小回流比及操作回流比72.1.2求精餾塔的氣、液相負(fù)荷72.1.3求操作線方程72.2實際板層數(shù)的求取73精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)計算83.1操作壓力83.2操作溫度83.3平均摩爾質(zhì)量計算93.4平均密度計算9精餾段3.4.1氣相平均密度計算103.4.2液相平均密度計算10提餾段3.4.3氣相平均密度計算103.4.4液相平均密度計算113.5液體平均外表張力的計算113.6液體平均粘度124精餾塔的塔體工藝尺寸計算124.1塔徑的計算124.1.1精餾段塔徑計算124.1.2提餾段踏進(jìn)計算144.2精餾塔有效高度的計算145塔板主要工藝尺寸的計算15精餾段5.1溢流裝置計算155.1.1堰長155.1.2溢流堰高度155.1.3弓形降液管寬度和截面積165.1.4降液管底隙高度16提餾段5.2溢流裝置計算165.2.1堰長175.2.2溢流堰高度175.2.3弓形降液管寬度和截面積175.2.4降液管底間隙高度175.3塔板布置18精餾段5.3.1塔板的分塊185.3.2邊緣區(qū)寬度確定185.3.3開孔區(qū)面積計算185.3.4篩孔計算及排列18提餾段5.3.5塔板的分塊195.3.6邊緣區(qū)寬度確定195.3.7開孔區(qū)面積計算195.3.8篩孔計算及排列196塔板的流體力學(xué)驗算20精餾段6.1塔板壓降206.1.1干板阻力計算206.1.2氣體通過液層的阻力計算206.1.3液體外表張力的阻力計算206.2液面落差216.3液沫夾帶216.4漏液216.5液泛 22提餾段6.6塔板壓降 226.6.1干板阻力計算 226.6.2氣體通過液層的阻力計算 236.6.3液體外表張力的阻力計算 236.7液面落差236.8液沫夾帶236.9漏液246.10液泛247塔板負(fù)荷性能圖 25精餾段7.1漏液線 257.2液沫夾帶線 267.3液相負(fù)荷下限線 267.4液相負(fù)荷上限線 277.5液泛線 27提餾段7.6漏液線 297.7液沫夾帶線307.8液相負(fù)荷下限線317.9液相負(fù)荷上限線317.10液泛線 328篩板塔設(shè)計計算結(jié)果 339輔助設(shè)備及選型359.1原料儲罐359.2產(chǎn)品儲罐359.3塔頂全凝器369.4塔底再沸器369.5精餾塔379.6接收尺寸計算 379.6.1塔頂蒸氣出口管的直徑379.6.2回流管的直徑379.6.3進(jìn)料管的直徑389.6.4塔底出料管的直徑389.7泵的計算3910.參考文獻(xiàn)4011評述4012主要符號說明41致謝43附：工藝流程圖設(shè)備圖緒論甲醇生產(chǎn)現(xiàn)狀甲醇性質(zhì)目國內(nèi)甲醇裝置規(guī)模普遍較小，且多采用煤頭路線，以煤為原料的約占到78%；單位產(chǎn)能投資高，約為國外大型甲醇裝置投資的2倍，導(dǎo)致財務(wù)費用和折舊費用高。這些都影響本錢。據(jù)了解，我國有近200家甲醇生產(chǎn)企業(yè)，但其中10萬噸/年以上的裝置卻只占20%，最大的甲醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)能也就是60萬噸/年，其余80%都是10萬噸/年以下的裝置。根據(jù)這樣的裝置格局，業(yè)內(nèi)普遍估計，目前我國甲醇生產(chǎn)本錢大約在1400元~1800元/噸〔約200美元/噸〕。一旦出現(xiàn)市場供過于求的局面，國內(nèi)甲醇價格有可能要下跌到約2000元/噸，甚至更低。這對產(chǎn)能規(guī)模小、單位產(chǎn)能投資較高的國內(nèi)大局部甲醇生產(chǎn)企業(yè)來講會壓力劇增不僅如此，國外大型甲醇裝置多以天然氣為原料，采用天然氣兩段轉(zhuǎn)化或自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括德國魯奇公司、丹麥托普索公司、英國卜內(nèi)門化工公司和日本三菱公司等企業(yè)的技術(shù)。相對煤基甲醇技術(shù)，天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)成熟可靠，轉(zhuǎn)化規(guī)模受甲醇規(guī)模影響較小，裝置緊湊，占地面積小。盡管近年來國際市場天然氣價格也在上漲，但國外甲醇生產(chǎn)企業(yè)依靠長期供給協(xié)議將價格影響因素降至最低不僅如此，國外大型甲醇裝置多以天然氣為原料，采用天然氣兩段轉(zhuǎn)化或自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括德國魯奇公司、丹麥托普索公司、英國卜內(nèi)門化工公司和日本三菱公司等企業(yè)的技術(shù)。相對煤基甲醇技術(shù)，天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)成熟可靠，轉(zhuǎn)化規(guī)模受甲醇規(guī)模影響較小，裝置緊湊，占地面積小。盡管近年來國際市場天然氣價格也在上漲，但國外甲醇生產(chǎn)企業(yè)依靠長期供給協(xié)議將價格影響因素降至最低。而我國大局部甲醇生產(chǎn)以煤為原料，氣化裝置規(guī)模有限和占地面積大的先天缺陷制約著甲醇生產(chǎn)裝置向大型化開展。同時近年來煤炭價格的大幅度上漲對本來還具有一定本錢優(yōu)勢的煤基甲醇產(chǎn)生較大影響，再加上煤基甲醇大多建在西部地區(qū)，運輸費用較高。種種因素進(jìn)一步削弱了煤基甲醇的價格競爭力盡管我國已成為最主要的甲醇生產(chǎn)國，但目前國內(nèi)甲醇生產(chǎn)企業(yè)還屬內(nèi)向型企業(yè)，產(chǎn)品幾乎全部面向國內(nèi)市場，建設(shè)工程的市場分析和決策幾乎也全部依賴于國內(nèi)市場，出口量微乎其微，根本無暇顧及到國際市場上的需求和變化，因此甲醇有著很大開展空間，甲醇性質(zhì)甲醇〔Methanol，Methylalcohol〕又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最簡單的飽和醇。化學(xué)分子式為CH3OH，構(gòu)造式如下：H|H--C--OH|H分子構(gòu)造：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。甲醇是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。熔點-93.9℃、沸點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5～10毫升能雙目失明，大量飲用會導(dǎo)致死亡。禁酒的國家，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，同時放出熱量：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。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。甲醇有較強的毒性，對人體的神經(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產(chǎn)生毒性反響，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。急性中毒病癥有：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。慢性中毒反響為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現(xiàn)力減退、消化障礙。甲醇攝入量超過4克就會出現(xiàn)中毒反響，誤服一小杯超過10克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。致死量為30毫升以上，甲醇在體內(nèi)不易排出,會發(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，中國有關(guān)部門規(guī)定，空氣中允許甲醇濃度為5mg/m3，在有甲醇?xì)獾默F(xiàn)場工作須戴防毒面具，廢水要處理后才能排放，允許含量小于200mg／L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〕，然后對人體產(chǎn)生傷害。常見的病癥是，先是產(chǎn)生喝醉的感覺，數(shù)小時后頭痛，惡心，嘔吐，以及視線模糊。嚴(yán)重者會失明，乃至喪命。失明的原因是，甲醇的代謝產(chǎn)物甲酸會累積在眼睛部位，破壞視覺神經(jīng)細(xì)胞。腦神經(jīng)也會受到破壞，產(chǎn)生永久性損害。甲酸進(jìn)入血液后，會使組織酸性越來越強，損害腎臟導(dǎo)致腎衰竭。甲醇中毒，通常可以用乙醇解毒法。其原理是，甲醇本身無毒，而代謝產(chǎn)物有毒，因此可以通過抑制代謝的方法來解毒。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，可以通過飲用烈性酒〔酒精度通常在60度以上〕的方式來緩解甲醇代謝，進(jìn)而使之排出體外。而甲醇已經(jīng)代謝產(chǎn)生的甲酸，可以通過服用小蘇打〔碳酸氫鈉〕的方式來中和。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根基有機(jī)原料。隨著技術(shù)的開展和能源構(gòu)造的改變，甲醇又開辟了許多新的用途。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，無毒性，價格廉價。甲醇用途廣泛，是根基的有機(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，用來制造甲醛、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，也參加汽油摻燒。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造也將成為耗用甲醇的巨大部門，甲醇的消費已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其化工用途，滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門。特別是隨著能源構(gòu)造的改變，甲醇有未來主要燃料的候補燃料之稱，需用量十分巨大。我國目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來開展速度較快，近五年來甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進(jìn)的開展。從我國能源構(gòu)造出發(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已經(jīng)全面工業(yè)化生產(chǎn)，將來在我國甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊藏著潛在的巨大市場。我國甲醇工業(yè)無疑將迅速開展起來?！沧ⅲ合聵?biāo)A表示CH3OH，下標(biāo)B表示H2O)精餾塔的物料衡算原料液及塔頂和塔底的摩爾分率甲醇的摩爾質(zhì)量=32.04kg/kmol水的摩爾質(zhì)量=18.02kg/kmol原料液及塔頂和塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量=0.28932.04+(1-0.289)18.02=22.07kg/kmol=0.88632.04+(1-0.886)18.02=30.16kg/kmol=0.00632.04+(1-0.006)18.02=18.10kg/kmol物料衡算原料處理量:根據(jù)回收率：η=xd×D/(xf×F)=99%代入數(shù)據(jù)得：D=82.33kmol/h由總物料衡算：F=D+W以及:xf×F=xd×D+W×xw容易得出：W=166.88kmol/h塔板數(shù)確實定理論板層數(shù)的求取因為甲醇與水屬于理想物系，可采用圖解法求解〔見相平衡圖〕求最小回流比及操作回流比泡點進(jìn)料：故最小回流比為==取操作回流比為R=2=20.547=1.094.求精餾塔的氣、液相負(fù)荷求操作線方程精餾段操作線方程為=+=+=0.523+0.413〔a〕提餾段操作線方程實際板層數(shù)的求取由圖解法求得精餾塔的理論塔板數(shù)為=8(包括再沸器)進(jìn)料板位置：由條件得，全塔的效率為ET=50%，則可得精餾段實際板層數(shù)塊提餾段實際板層數(shù)塊精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算操作壓力操作溫度由于甲醇水溶液屬于雙組分理想溶液，因此可通過雙組分理想溶液的汽—液相平衡圖查取塔頂溫度進(jìn)料板溫度塔釜溫度精餾段平均溫度提留段平均溫度3.3平均摩爾質(zhì)量計算塔頂平均摩爾質(zhì)量計算由，進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算塔釜平均摩爾質(zhì)量計算由y1’=0.006x1’=0.001 M’VWm=0.006×32.04+(1-0.006)×18.02=18.09kg/kmol M’LWm=0.001×32.04+(1-0.001)×18.02=18.02kg/kmol精餾段平均摩爾質(zhì)量提餾段平均摩爾質(zhì)量 M’Vm=(27.37+18.09)/2=22.73kg/kmol M’Lm=(22.28+18.02)/2=20.15kg/kmol3.4平均密度計算精餾段平均密度的計算3.4.1氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，即3.4.2液相平均密度計算液相平均密度依下式計算，即塔頂液相平均密度的計算由，查手冊[2]得進(jìn)料板液相平均密度的計算由，查手冊得進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率精餾段液相平均密度為提餾段平均密度的計算3.4.3氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程得3.4.4液相平均密度計算查⑵可得tw=102.8℃時ρA＝718.6kg/m3ρB=957.2kg/m3提餾段平均密度ρ’Lm=(956.6+855.2)/2=905.9kg/m33.5液體平均外表張力的計算液相平均外表張力依下式計算，即塔頂液相平均外表張力的計算由，查手冊[2]得進(jìn)料板液相平均外表張力計算由，查手冊[2]得塔底液相平均外表張力的計算由tW=102.8℃查⑵得σA=14.48N/m σB=58.27mN/mσLWm=0.006×14.48+0.994×58.27=58.01mN/m精餾段液相平均外表張力為提餾段液相平均外表張力σ’Lm=(48.44+58.01)/2=53.23mN/m3.6平均粘度計算塔頂物料黏度：用內(nèi)插法求得，查手冊[2]得求得液體平均粘度進(jìn)料黏度：用內(nèi)插法求得查手冊[2]得求得塔釜物料黏度：用內(nèi)插法求得，查手冊得求得精餾段液相平均黏度：提餾段液相平均黏度：精餾塔的塔體工藝尺寸計算4.1塔徑計算4.1.1精餾段塔徑的計算精餾段的氣、液相體積流率為史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標(biāo)為由式中的C由式計算，其中由取板間距，板上液層高度，則查史密斯關(guān)聯(lián)圖[3]得=0.070umax取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為u按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.0m塔截面積為實際空塔氣速為u實際u實際/umax=1.720/2.217=0.776<0.8(安全系數(shù)在充許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計要求)4.1.2提餾段塔徑的計算提餾段的氣、液相體積流率為V’S= L’S=史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標(biāo)為由式中的C由式計算，其中由取板間距，HT=0.40m，板上清液層高度hL=0.06m，則HT-hL=0.34m由史密斯關(guān)聯(lián)圖，得知C20=0.070氣體負(fù)荷因子s取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為u=0.8umax=0.8×2.93=2.344m/s按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.0m塔截面積為At=3.14×1×1=0.785m2實際空塔氣速為u/umax=1.786./2.93=0.610<0.8(安全系數(shù)在充許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計要求)4.2精餾塔有效高度的計算精餾段有效高度為提餾段有效高度為在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為：0.8m故精餾塔的有效高度為塔板主要工藝尺寸的計算精餾段溢流裝置計算因塔徑D＝1.0m，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下：堰長取溢流堰高度由選用平直堰，堰上液層高度由式近似取E=1，則取板上清液層高度故弓形降液管寬度和截面積由/D=0.60查弓形降液管的參數(shù)圖[3]，得故依式驗算液體在降液管中停留時間，即故降液管設(shè)計合理。降液管底隙高度取則>0.02故降液管底隙高度設(shè)計合理。選用凹形受液盤，深度。提留段．5.2.溢流裝置計算因塔徑D=1m，所以可選取單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤〔同精餾段〕。各項計算如下：5.2.1堰長lw可取lw=0.6/D=0.6m5.2.2溢流堰高度hw由hw=hL－h(huán)ow可選取平直堰，堰上層液高度how由以下公式計算，即有取板上清液層高度hL=0.06m故hw=0.06-0.0149=0.0451m5.2.3弓形降液管的寬度Wd和截面積Af故依式驗算液體在降液管中停留時間，即驗證結(jié)果為降液管設(shè)計符合要求。5.2.4降液管底隙高度ho取uo'=0.16m則故降液管底隙高度設(shè)計合理選用凹形受液盤，深度h’w=50mm。5.3塔板布置精餾段5.3.1塔板的分塊因，故塔板采用分塊板。查塔板分塊表得，塔板分為3塊。5.3.2邊緣區(qū)寬度確定取Ws=0.05Wc=0.0355.3.3開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按式計算其中故5.3.4篩孔計算及排列本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取利孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為篩孔數(shù)目n為個開孔率為氣體通過閥孔的氣速為提留段5.3.5塔板的分塊因為D≥800mm，所以選擇采用分塊式，查表⑷可得，塔板可分為3塊。5.3.6邊緣區(qū)寬度確定取Ws=W’s=0.05m,Wc=0.035m5.3.7開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按式計算其中故5.3..8篩孔計算與排列本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取利孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為篩孔數(shù)目n為個開孔率為氣體通過閥孔的氣速為算塔板的流體力學(xué)驗精餾段塔板壓降干板阻力計算干板阻力由式計算由，查干篩孔得流量系數(shù)圖[3]得，故液柱氣體通過液層的阻力計算氣體通過液層的阻力由式計算查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得0.54。液柱液體外表張力的阻力計算液體外表張力的阻力可按式計算，即液柱氣體通過沒層塔板的液柱高度可按下式計算，即液柱氣體通過每層塔板的壓降為〔設(shè)計允許值〕液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。液沫夾帶液沫夾帶量由下式計算，即故故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。漏液對篩板塔，漏液點氣速可由下式計算，即實際孔速穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計中無明顯液漏。液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)服從下式的關(guān)系，即甲醇—水物系屬一般物系，取，則=0.5(0.40+0.048)=0.224而板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由下式計算，即液柱液柱故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。提留段6.6塔板壓降6.6.1干板阻力計算干板阻力由式計算由，查干篩孔得流量系數(shù)圖[3]得，故液柱6.6.2氣體通過液層的阻力計算氣體通過液層的阻力由式計算查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得0.56。液柱6.6.3液體外表張力的阻力計算液體外表張力的阻力可按式計算，即液柱氣體通過沒層塔板的液柱高度可按下式計算，即液柱氣體通過每層塔板的壓降為〔設(shè)計允許值〕6.7液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。6.8液沫夾帶液沫夾帶量由下式計算，即故故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。6.9漏液對篩板塔，漏液點氣速可由下式計算，即實際孔速穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計中無明顯液漏。6.10液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)服從下式的關(guān)系，即甲醇—水物系屬一般物系，取，則=0.5(0.40+0.0451)=0.231而板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由下式計算，即液柱液柱故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。塔板負(fù)荷性能圖精餾段7.1漏液線由==得4.4=整理得在操作數(shù)據(jù)內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下，0.00020.00150.0030.005，0.5330.5680.5940.622由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線7.2液沫夾帶線以=0.1kg液/kg氣為限，求關(guān)系如下由=0.0506=故整理得=在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下，0.00020.00150.0030.005，1.9201.7591.6241.476由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線7.3液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度=0.005m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式得取E=1，則據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線7.4液相負(fù)荷上限線以=4s作為液體在降液管中停留時間的下限，由得據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線7.5液泛線令由聯(lián)立得忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得故在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下，0.00020.00150.0030.005，2.1912.0691.9431.710由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如以下圖.在負(fù)荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為液漏控制，由上圖查得故操作彈性為提留段7.6液線由==得4.4=整理得在操作數(shù)據(jù)內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如，0.00020.00150.0030.005，0.2450.3470.4100.4707.7液沫夾帶線以=0.1kg液/kg氣為限，求關(guān)系如下由=0.0451=故整理得=在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下，0.00020.00060.0030.005，1.9511.7851.6531.5087.8液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度=0.005m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式得取E=1，則據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線7.9液相負(fù)荷上限線以=4s作為液體在降液管中停留時間的下限，由得據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線7.10液泛線令由聯(lián)立得忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得故0.02V2s=0.152-963.72Ls2-1.442Ls在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下，0.00020.00150.0030.005，2.7542.7172.6362.457在負(fù)荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為液漏控制，由上圖查得故操作彈性為篩板塔設(shè)計計算結(jié)果所設(shè)計篩板塔的主要結(jié)果匯總于下表序號工程精餾段提餾段1平均溫度tm℃71.890.355氣相流量Vsm3/s1.3501.4067液相流量Lsm3/s0.0010.0029實際塔板數(shù)1610有效段高度Zm6.411精餾塔塔徑m1.012板間距m0.413溢流形式單溢流14降液管形式弓形15堰長m0.6016堰高m 0.0506 0.05410.045117板上液層高度m0.060.0619堰上液層高度m0.00940.014921降液管底隙高度m0.02380.02123安定區(qū)寬度m0.0524邊緣區(qū)寬度m0.03525開孔區(qū)面積m20.53726篩孔直徑m0.00527篩孔數(shù)目275628孔中心距m0.01529開孔率％10.130空塔氣速m/s1.7201.78632篩孔氣速m/s24.8925.9234穩(wěn)定系數(shù)2.382.4336精餾段每層塔板壓降kPa 0.6890.67138負(fù)荷上限液泛控制39負(fù)荷下限漏液控制40液液沫夾帶ev(0.1kg液/kg氣)0.08980.072742氣相負(fù)荷上限m3/s2.352.7644氣相負(fù)荷下限m3/s0.540.3846操作彈性4.357.269、輔助設(shè)備的計算及選型9.1原料貯罐設(shè)計原料的儲存利用時間為3天m=249.21×22.82kg/h×24h×3=409462.00kg則可知：V=m/進(jìn)料密度=409462.00/923.5kg/m3=443.38m3設(shè)其安全系數(shù)為：0.8則有：V實際=443.38/0.8=554.23m3原料儲罐的選擇規(guī)格為：公稱體積550/m39.2．產(chǎn)品貯罐設(shè)計產(chǎn)品的儲存時間為3天m=3387.44kg/h×24h×3=243895.94kg產(chǎn)品密度=甲醇密度×0.99+水密度×0.01=750.0×0.99+979.4×0.01=752.29kg/m3則可知：V=m/產(chǎn)品密度=243895.94/752.29=324.20m3設(shè)其安全系數(shù)為：0.8則有：V實際=324.20/0.8=405.25m3產(chǎn)品儲罐的選擇規(guī)格為:公稱體積450/m39.3．塔頂全凝器甲醇的氣化熱rQc=(R+1)D×r=(1.094+1)×(82.33×30.16)×1101=5724709.4kj/h冷凝塔頂產(chǎn)品由溫度65.7.0℃冷卻到溫度40℃采用冷凝水由20℃到40℃ΔTm=(ΔT1－ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)=22.73℃選擇K=600w/(m2·K)則有：A=Qc/(K×ΔTm)=32.25m2取安全系數(shù)為0.8實際面積A=32.25/0.8=40.31m2選擇冷凝器的系列：采用加熱管的直徑為：25×2.5mm公稱直徑600/mm9.4．塔底再沸器Qc=V’wr=(172.40×18.02×2259)=7017917.8塔釜產(chǎn)品由溫度102.8℃加熱到溫度130℃ΔTm=130.0-102.8=27.2℃選擇K=600w/(m2·K)則有：A=Qc/(K×ΔTm)=38.94m2取安全系數(shù)為0.8則有A實際=38.94/0.8=48.68m2選擇冷凝器的系列：采用公稱直徑600/mm9.5．精餾塔⑴塔頂空間塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距，為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)該大于板間距。所以塔頂間距為〔1.5→2.0〕HTH=1.8×0.4=0.72m⑵塔底空間塔底高度選擇儲存液量停留在5分鐘而定設(shè)塔底的密度為1000kg/m3V=(144.54×18.04×5/60)/1000=0.217m3V=∏R2h算出h=0.32m所以塔底高度設(shè)計為1.35m⑶塔支座為2.5m⑷塔體總高度為：H=6.4+0.72+1.35+2.5=10.97m9.6．管徑的設(shè)計9.6.1塔頂蒸氣出口管的直徑dV操作壓力為常壓時，蒸氣導(dǎo)管中常用流速為12~20m/s，蒸氣管的直徑為dV=(4Vs/∏Uv)1/2，其中dV塔頂蒸氣導(dǎo)管內(nèi)徑mVs塔頂蒸氣量m3/s，則dV=[(4×1.350)/(3.14×12.0)]1/2=0.3784m名稱接收公稱直徑Dg接收外徑×厚度接收伸出長度規(guī)格400mm420×10mm200mm9.6.2回流管的直徑dR①當(dāng)塔頂冷凝器械安裝在塔頂平臺時，回流液靠重力自流入塔內(nèi)，流速UR可取0.2~0.5m/s②當(dāng)用泵輸送時，可取1.5~2.5m/s(本設(shè)計應(yīng)用前者，回流液靠重力自流入塔內(nèi)，流速UR取0.3m/s)dR=(4Ls/∏UR)1/2=(4×0.001/3.14×0.3)1/2=0.065m名稱接收公稱直徑Dg接收外徑×厚度接收伸出長度規(guī)格100mm107×3.5mm200mm9.6.3進(jìn)料管的直徑dF假設(shè)采用高位槽送料入塔，料液速度可取UF=0.4~0.8m/s，如果用泵輸送時，料液速度可取1.5~2.5m/s(本設(shè)計采用高位槽送料入塔，料液速度UF=0.5)dF=(4Vs/∏UF)1/2=[(4×0.006)/(3.14×0.5)]1/2=0.124m名稱接收公稱直徑Dg接收外徑×厚度接收伸出長度規(guī)格150mm110×5mm200mm9.6.4塔底出料管的直徑dW一般可取塔底出料管的料液流速UW為0.5~1.5m/s，循環(huán)式再沸器取1.0~1.5m/sdW=(4LW/∏UW)1/2(本設(shè)計取塔底出料管的料液流速UW為0.8m/s)=[(4×0.004)/(3.14×0.8)]1/2=0.094m名稱接收公稱直徑Dg接收外徑×厚度接收伸出長度規(guī)格100112×61509.7．泵的計算及選型進(jìn)料口高度為：H=2.5+1.35+3.6=7.45進(jìn)料密度：進(jìn)料密度=甲醇密度×0.289+水密度×0.711=732.0×0.289+968.5×0.711=900.2kg/m3由m=m/進(jìn)料密度=5686.97(kg/h)/900.2(kg/m3)=6.32m3/h則液體在泵里的流速為U=m/(∏×R2進(jìn)料口)=0.10m/sRe=duρ/υ=(0.15×0.10×900.2)/(0.6×10-3)=22505＞4000所以液體在管中的流動形式為湍流∑Hf=Hf+H’f=[λ(∑li+∑lei)/d+∑ξi](U2/2g)選擇泵的型號為：流量為11.5m3/h，揚程為11.5m。10.參考文獻(xiàn)[1]張穎、郝東升.化工工藝設(shè)計〔第2版〕.呼和浩特.內(nèi)蒙古大學(xué)出版社.2005.12.221～331

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