甲醇—水填料精餾塔設(shè)計(jì)示例
甲醇一水分離裝置工藝設(shè)計(jì)摘要甲醇是一種重要化工原料，其用途廣泛，是基礎(chǔ)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、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二中脂等多種有機(jī)產(chǎn)品, 也是農(nóng)藥、醫(yī)藥重要原料之一甲靜易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物質(zhì)，因此只有用特殊方法才能制得完全無(wú) 水甲醇精飾是應(yīng)用最廣傳質(zhì)分離操作，板式塔是目前最主要精馀塔塔型，對(duì)它研究一直長(zhǎng) 盛不衰篩板塔和浮閥塔成功地取代泡罩塔是效益巨大成果板式塔設(shè)計(jì)已達(dá)到較高水平， 設(shè)計(jì)結(jié)果比較可靠馬倫戈尼效應(yīng)造成界面湍動(dòng)現(xiàn)象和汽液兩相間不同接觸工況研究，使認(rèn) 識(shí)得到了深化，對(duì)傳質(zhì)效率研究有所促進(jìn)具有各種特點(diǎn)新型塔板開(kāi)發(fā)研究不斷取得成果 對(duì)于塔板上汽液兩相流動(dòng)和混合狀況、霧沫夾帶及它們對(duì)效率影響研究不斷深入，但離得到 一個(gè)通用而可靠效率估算模型尚有較大距離，特別是多元系統(tǒng)效率進(jìn)一步深入進(jìn)行塔中汽 液兩相流動(dòng)狀況研究，對(duì)于預(yù)測(cè)壓降、傳質(zhì)效率和塔板可操作區(qū)域，對(duì)于認(rèn)識(shí)至今了解其少 降液管中狀況都十分有意義關(guān)鍵詞：甲醇；精鐳；板式塔29 / 29摘要 1目錄 2前言 3第一章文獻(xiàn)綜述 41. 1甲醇 41. 1. 1甲醇性質(zhì) 41. 1.2甲醇用途 51. 1.3甲醇工業(yè) 51.1.4甲醇下游產(chǎn)品 51.2 精你原理 71.3 板式塔 81. 3.1板式塔分類(lèi) 81. 3. 2板式塔結(jié)構(gòu) 81. 3. 3板式塔特點(diǎn) 101. 3.4板式塔作用 10第二章設(shè)計(jì)部分 112.1設(shè)計(jì)任務(wù) 112.2設(shè)計(jì)方案確定 122. 3設(shè)計(jì)計(jì)算 122. 3. 1精儲(chǔ)塔物料衡算 122. 3. 2精譚塔塔板數(shù)確定 132.3.3精偉塔工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算 142. 3.4精飾塔塔體工藝尺寸計(jì)算 162. 3. 5塔板主要工藝尺寸計(jì)算 182. 3. 6篩板流體力學(xué)驗(yàn)算 202. 3.7塔板負(fù)荷性能圖 22第三章結(jié)論 26參考文獻(xiàn) 28致謝 29刖B甲醇是僅次于三烯和三苯重要基礎(chǔ)有機(jī)化工原料,尤其近年來(lái)在有些以達(dá)國(guó)家中，甲醇 以清潔燃料身份登上了環(huán)境保護(hù)殿堂,更使其身份倍增.因此,發(fā)達(dá)國(guó)家中甲醇產(chǎn)量?jī)H次于乙 烯，丙烯，苯，居第四位.。
甲醇能及水、乙醇、乙暇、苯、酮類(lèi)和大多數(shù)有機(jī)溶劑 限混合甲醇易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物質(zhì)，因此只有用特殊方 法才能制得完全無(wú)水甲醇分離甲醇有很多方法，這次我用分離方法是精儲(chǔ)塔 板式塔分離法板式塔是目前最主要精儲(chǔ)塔塔型，對(duì)它研究一直長(zhǎng)盛不衰篩板塔和浮閥塔成功地取代 泡罩塔是效益巨大成果板式塔設(shè)計(jì)已達(dá)到較高水平，設(shè)計(jì)結(jié)果比較可靠馬倫戈尼效應(yīng)造 成界面湍動(dòng)現(xiàn)象和汽液兩相間不同接觸工況研究，使認(rèn)識(shí)得到了深化，對(duì)傳質(zhì)效率研究有所 促進(jìn)具有各種特點(diǎn)新型塔板開(kāi)發(fā)研究不斷取得成果對(duì)于塔板上汽液兩相流動(dòng)和混合狀況、 霧沫夾帶及它們對(duì)效率影響研究不斷深入，但離得到一個(gè)通用而可靠效率估算模型尚有較大 距離，特別是多元系統(tǒng)效率進(jìn)一步深入進(jìn)行塔中汽液兩相流動(dòng)狀況研究，對(duì)于預(yù)測(cè)壓降、 傳質(zhì)效率和塔板可操作區(qū)域，對(duì)于認(rèn)識(shí)至今了解甚少降液管中狀況都十分有意義第一章文獻(xiàn)綜述1.1 甲醇1.1.1 甲醇性質(zhì)甲醇是一種無(wú)色、透明、易燃、易揮發(fā)有毒液體，常溫下對(duì)金屬無(wú)腐蝕性（鉛、鋁除外）, 略有酒精氣味分子量32. 04,相對(duì)密度0.792(20/4℃),熔點(diǎn)-97.8C,沸點(diǎn)64.5C,閃 點(diǎn) 12.22℃,自燃點(diǎn) 463.89C,蒸氣密度 1.11,蒸氣壓 13. 33KPa(100mmHg 21. 2℃),蒸氣 及空氣混合物爆炸極限6?36. 5 % (體積比)，能及水、乙醇、乙酸、苯、酮、鹵代煌和 許多其他有機(jī)溶劑相混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。
1.1.2 甲解用途甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)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、醋酸、氯甲烷、中氨、硫酸二中脂等多種有機(jī)產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥重要原 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1.1.3 甲醇工業(yè)甲醇生產(chǎn)過(guò)程比較簡(jiǎn)單,原料來(lái)源多樣,煤、石腦油和天然氣均可制甲醇甲醇用途廣泛, 它下游產(chǎn)品多達(dá)兒白種近年來(lái)由于世界各國(guó)環(huán)保意識(shí)加強(qiáng)，特別是美國(guó)國(guó)會(huì)于1990年11 月15日通過(guò)清潔空氣法修正案以后，甲醇身價(jià)備增，全球甲醇需求增長(zhǎng)加快中國(guó)甲醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度絲毫不遜于任何一國(guó)，僅靠最近5年快速發(fā)展，中國(guó)中醇產(chǎn)量就 躍居全球首位但是，正如正在發(fā)育期孩子一樣，只是個(gè)頭高并不能證明就是身體健康相反，過(guò)高個(gè) 頭可能還是一種病態(tài)甲醇屬低附加值化工產(chǎn)品低成本是該類(lèi)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)核心，也是生產(chǎn)企業(yè)采取重要競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn) 略，是企業(yè)安身立命關(guān)鍵低成本需要優(yōu)化各種影響產(chǎn)品成本生產(chǎn)要素，包括原料價(jià)格、工 藝路線、融資成本、裝置規(guī)模和物流費(fèi)用1.1.4 甲醇下游產(chǎn)品近年來(lái)，煤化工國(guó)產(chǎn)化技術(shù)裝備相繼取得突破，醇酸燃料、甲醇制烯垃等新興煤化工產(chǎn) 業(yè)方興未艾，再加上中醛、醋酸等傳統(tǒng)下游產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，我國(guó)甲醇需求量不斷提高。
甲醇 主要下游產(chǎn)品需求分析如下：甲醛：甲醛是甲醇主要下游產(chǎn)品，2005年甲醛消費(fèi)約占甲醇總消費(fèi)量45%根據(jù)全國(guó)甲 醛行業(yè)協(xié)作組提供數(shù)據(jù)顯示，2005年我國(guó)甲醛產(chǎn)能為1231. 6萬(wàn)t,產(chǎn)量為791.0萬(wàn)t2005 年甲醛生產(chǎn)消耗甲醇301萬(wàn)t, 2006年增加到381萬(wàn)3據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，“十一五”期間用于 木材加工、室內(nèi)裝飾裝修三醛膠仍是中國(guó)甲醛最大消費(fèi)領(lǐng)域，其對(duì)于甲醛需求量將穩(wěn)步增長(zhǎng) 此外，隨著煙臺(tái)萬(wàn)華、上海拜爾等多套MDI裝置落成，MDI行業(yè)對(duì)甲醛需求量將會(huì)大大增加 POM是重要工程塑料，市場(chǎng)需求量將會(huì)逐年增長(zhǎng)中國(guó)化工、云天化等廠家都在新建或改擴(kuò) 建P0M裝置，隨著這些裝置投產(chǎn)，甲醛消費(fèi)量也會(huì)同步增加其它產(chǎn)品，如烏洛托品、多元 醇等對(duì)于甲醛需求量也會(huì)有不同程度增長(zhǎng)據(jù)全國(guó)甲醛行業(yè)協(xié)作組預(yù)測(cè)，截至2010年，我 國(guó)將新增甲醛產(chǎn)能約200萬(wàn)t/年，總產(chǎn)能將達(dá)到約1400萬(wàn)t/年，產(chǎn)量約1000萬(wàn)t/年按 生產(chǎn)1噸甲醛需要0.47t甲醇計(jì)算，屆時(shí)甲醛生產(chǎn)大約需要消耗甲醇470萬(wàn)to醋酸：甲醇另一主要用途是生產(chǎn)醋酸根據(jù)全國(guó)醋酸行業(yè)協(xié)作組提供數(shù)據(jù)顯示，2005 年我國(guó)甲醇皴基合成法制醋酸產(chǎn)能約為90萬(wàn)t,產(chǎn)量76.6萬(wàn)t,消耗中醇49萬(wàn)t； 2006年 產(chǎn)能約為140萬(wàn)t,產(chǎn)量118. 3萬(wàn)t,消耗中醇76萬(wàn)t。
我國(guó)醋酸主要消費(fèi)領(lǐng)域是醋酸乙烯 /聚乙烯醇、醋酸酯類(lèi)、醋酎、對(duì)苯二中酸(PTA)、氯乙酸等預(yù)計(jì)“十一五”期間，受聚酯 和滌綸工業(yè)快速發(fā)展帶動(dòng)，PTA需求將有較大幅度增長(zhǎng)，其對(duì)醋酸需求也會(huì)同步增長(zhǎng)另外, 醋酸酯類(lèi)替代苯類(lèi)作溶劑，有利于環(huán)境保護(hù)，將在涂料等行業(yè)中有發(fā)展空間氯乙酸、醋酸 纖維、醋酎行業(yè)對(duì)于醋酸需求量也會(huì)有不同程度增長(zhǎng)醋酸乙烯及乙烯共聚樹(shù)脂也有巨大市 場(chǎng)預(yù)計(jì)2010年,醋酸市場(chǎng)需求約500萬(wàn)t醇酸燃料和甲醇制烯燒：發(fā)展醇酸燃料有利于緩解我國(guó)石油供需矛盾,是近期替代能源 工作重點(diǎn)如果甲醇汽油標(biāo)準(zhǔn)能夠在2008年制定完畢，而且國(guó)家允許中醇汽車(chē)上市，同時(shí) 加油站等配套系統(tǒng)能夠得到完善，則預(yù)計(jì)2010年我國(guó)M85?M100甲醇汽車(chē)將達(dá)到1萬(wàn)輛左 右，按每輛汽車(chē)每年消耗20噸甲醇計(jì)算，則共需要消耗甲醇20萬(wàn)to另外，預(yù)計(jì)到2010 年我國(guó)將有2000萬(wàn)t汽油摻燒甲醇，若比例按15%計(jì)算，則需要300萬(wàn)t甲醇以上兩部 分共需要甲醇320萬(wàn)t其他：2005年我國(guó)農(nóng)藥、醫(yī)藥行業(yè)共消費(fèi)中醇74萬(wàn)t,其他行業(yè)如染料、溶劑以及甲 胺、氯甲烷等有機(jī)原料行業(yè)共消費(fèi)甲醇112. 4萬(wàn)t根據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，“十一五”期間，我國(guó) 農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料等行業(yè)對(duì)于甲醇需求將會(huì)相對(duì)穩(wěn)定；用于生產(chǎn)其他有機(jī)化工產(chǎn)品和用作溶 劑中醇，其消費(fèi)量增長(zhǎng)也不會(huì)太大。
預(yù)計(jì)“十一五”末期，上述行業(yè)對(duì)于甲醇需求量約為 260萬(wàn)?300萬(wàn)t/年預(yù)計(jì)2010年我國(guó)甲醇需求量約為1800萬(wàn)?2100萬(wàn)to1.2 精微原理利用均相液體混合物中兩組分揮發(fā)性不同，多次且同時(shí)進(jìn)行部分汽化和部分冷凝，達(dá)到 分離液體混合物目由上工序來(lái)需分離料液經(jīng)預(yù)熱器加熱至一定溫度后由塔中部加料板加 入，在加料板上及上塊塔板回流液匯合后逐板下流，最后進(jìn)入塔釜進(jìn)行部分加熱，產(chǎn)生蒸汽 送回塔底作為回流汽；液體作為塔底產(chǎn)品由塔頂出來(lái)蒸汽進(jìn)行冷凝后一部分作為回流液重 新回到塔頂，另一部分進(jìn)一步冷卻后作為塔頂產(chǎn)品精你是應(yīng)用最廣傳質(zhì)分離操作，其廣泛應(yīng)用促使技術(shù)已相當(dāng)成熟，但是技術(shù)成熟并不意 味著之后不再需要發(fā)展而停滯不前稱(chēng)說(shuō)技術(shù)發(fā)展往往要花費(fèi)更大精力，但由于其應(yīng)用廣泛, 每一個(gè)進(jìn)步，哪怕是微小，也會(huì)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效率正因?yàn)槿绱?，蒸鏘研究仍受到廣泛重視, 不斷取得進(jìn)展板式塔是目前最主要精儲(chǔ)塔塔型，對(duì)它研究一直長(zhǎng)盛不衰篩板塔和浮閥塔成功地取代 泡罩塔是效益巨大成果板式塔設(shè)計(jì)已達(dá)到較高水平，設(shè)計(jì)結(jié)果比較可靠馬倫戈尼效應(yīng)造 成界面湍動(dòng)現(xiàn)象和汽液兩相間不同接觸工況研究，使認(rèn)識(shí)得到了深化，對(duì)傳質(zhì)效率研究有所 促進(jìn)。
具有各種特點(diǎn)新型塔板開(kāi)發(fā)研究不斷取得成果對(duì)于塔板上汽液兩相流動(dòng)和混合狀況、 霧沫夾帶及它們對(duì)效率影響研究不斷深入，但離得到一個(gè)通用而可靠效率估算模型尚有較大 距離，特別是多元系統(tǒng)效率所幸是，經(jīng)廣泛實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，利用實(shí)驗(yàn)室?jiàn)W德肖小篩板塔可 以比較可靠地測(cè)工業(yè)塔中點(diǎn)效率，可以彌合一些上述差距進(jìn)一步深入進(jìn)行塔中汽液兩相流 動(dòng)狀況研究，對(duì)于預(yù)測(cè)壓降、傳質(zhì)效率和塔板可操作區(qū)域，對(duì)于認(rèn)識(shí)至今了解其少降液管中 狀況都十分有意義1.3 板式塔1.3.1 板式塔分類(lèi)板式塔型式很多，分類(lèi)各不相同，如按氣液在塔板上流向板式塔可分為：氣-液呈錯(cuò)流 塔板；氣液呈逆流塔板；氣液呈并流塔板按有無(wú)溢流裝置乂可分為：有溢流裝置板式塔； 無(wú)溢流裝置板式塔按塔盤(pán)結(jié)構(gòu)乂可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔等等1.3.2 板式塔結(jié)構(gòu)板式塔為逐級(jí)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受 液盤(pán)等部件構(gòu)成操作時(shí)，塔內(nèi)液體依靠重力作用，由上層塔板降液管流到下層塔板受液 盤(pán)，然后橫向流過(guò)塔板，從另一側(cè)降液管流至下一層塔板溢流堰作用是使塔板上保持一定 厚度液層氣體則在壓力差推動(dòng)下，自下而上穿過(guò)各層塔板氣體通道（泡罩、篩孔或浮閥等）, 分散成小股氣流，鼓泡通過(guò)各層塔板液層。
在塔板上，氣液兩相 密切接觸，進(jìn)行熱量和質(zhì)量交換在板式塔中，氣液兩相逐級(jí)接 觸，兩相組成沿塔高呈階梯式變化，在正常操作下，液相為連續(xù)相, 氣相為分散相工業(yè)上最早出現(xiàn)板式塔是篩板塔和泡罩塔篩板塔出現(xiàn)于 1830年，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為難以操作而未得到重視泡罩塔 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但容易操作，自1854年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以后，很快 得到推廣，直到20世紀(jì)50年代初，它始終處于主導(dǎo)地位第二次世界大戰(zhàn)后，煉油和化學(xué) 工業(yè)發(fā)展迅速，泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高缺點(diǎn)日益突出，而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單篩板塔重新受到重視 通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)實(shí)踐，逐步掌握了篩板塔操作規(guī)律和正確設(shè)計(jì)方法，還開(kāi)發(fā)了大孔 徑篩板，解決了篩孔容易堵塞問(wèn)題因此，50年代起，篩板塔迅速發(fā)展成為工業(yè)上廣泛應(yīng) 用塔型及此同時(shí)，還出現(xiàn)了浮閥塔，它操作容易，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，同樣得到了廣泛應(yīng)用 而泡罩塔應(yīng)用則日益減少，除特殊場(chǎng)合外，已不再新建60年代以后,石油化工生產(chǎn)規(guī)模不 斷擴(kuò)大，大型塔直徑已超過(guò)10m為滿足設(shè)備大型化及有關(guān)分離操作所提出各種要求，新型塔板不斷出現(xiàn)，已有數(shù)十種塔板田乂稱(chēng)塔盤(pán)，是板式塔中氣液兩相接觸傳質(zhì)部位，決定塔操作性能，通常主要由 以下三部分組成：A.氣體通道 為保證氣液兩相充分接觸，塔板上均勻地開(kāi)有一定數(shù)量通道供氣體自下 而上穿過(guò)板上液層。
氣體通道形式很多，它對(duì)塔板性能有決定性影響，也是區(qū)別塔板類(lèi)型主 要標(biāo)志篩板塔塔板氣體通道最簡(jiǎn)單，只是在塔板上均勻地開(kāi)設(shè)許多小孔（通稱(chēng)篩孔），氣 體穿過(guò)篩孔上升并分散到液層中泡罩塔塔板氣體通道最復(fù)雜，它是在塔板上開(kāi)有若干較大圓 孔，孔上接有升氣管，升氣管上覆蓋分散氣體泡罩浮閥塔塔板則直接在圓孔上蓋以可浮動(dòng) 閥片，根據(jù)氣體流量,閥片自行調(diào)節(jié)開(kāi)度B.溢流堰為保證氣液兩相在塔板上形成足夠相際傳質(zhì)表面，塔板上須保持一定深度液 層，為此,在塔板出口端設(shè)置溢流堰塔板上液層高度在很大程度上山堰高決定對(duì)于大型 塔板，為保證液流均布，還在塔板進(jìn)口端設(shè)置進(jìn)口堰C降液管 液體自上層塔板流至下層塔板通道，也是氣（汽）體及液體分離部位為此, 降液管中必須有足夠空間，讓液體有所需停留時(shí)間此外，還有一類(lèi)無(wú)溢流塔板，塔板上不 設(shè)降液管，僅是塊均勻開(kāi)設(shè)篩孔或縫隙圓形篩板操作時(shí)，板上液體隨機(jī)地經(jīng)某些篩孔流下, 而氣體則穿過(guò)另一些篩孔上升無(wú)溢流塔板雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，板面利用率高，但操 作彈性太小，板效率較低，故應(yīng)用不廣1.3.3板式塔特點(diǎn)它主要優(yōu)點(diǎn)有：A結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為袍罩塔60%,為浮閥塔80%左右。
B處理能力大，比同塔徑袍罩塔可增加10Q15%C塔板效率高，比袍罩塔高15%左右D壓降較低，每板壓力降比袍罩塔約低30%左右它缺點(diǎn)是：A塔板安裝水平度要求較高，否則氣液接觸不均B操作彈性較小C小孔篩板簡(jiǎn)單堵塞因板式塔空塔速度較大，因而生產(chǎn)能力較大，塔板效率穩(wěn)定，操作彈性大，且造價(jià)低， 檢修、清洗方便，故工業(yè)上廣泛應(yīng)用1.3,4板式塔作用A.塔釜作用：為了使精儲(chǔ)塔連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，必須保證塔板上有上升蒸汽，故塔釜作用就是提供上升蒸 汽B.回流液作用：a、提供一定數(shù)量液流：提供了汽液直接接觸進(jìn)行雙向傳質(zhì)必要條件；b、向塔內(nèi)補(bǔ)充一定量易揮發(fā)組分，維持塔內(nèi)穩(wěn)定操作上升蒸汽越往上走，易揮發(fā)組分 濃度越高，一是上升汽流中難揮發(fā)組分冷凝下來(lái)進(jìn)入液相；二是下降液流中易揮發(fā)組分汽化 進(jìn)入了汽相，如果沒(méi)有回流液，每塊塔板上易揮發(fā)組分濃度就會(huì)下降，操作就不穩(wěn)定C.精微段和提偏段作用：精tg段：原料液進(jìn)料板以上稱(chēng)精偏段，它作用：上升蒸汽及回流液之間傳質(zhì)、傳熱，逐 步增濃氣相中易揮發(fā)組分可以說(shuō)，塔上部完成了上升汽流精制提儲(chǔ)段：加料板以下稱(chēng)提偏段，它作用：在每塊塔板下降液體及上升蒸汽傳質(zhì)，傳熱 下降液流中難軍發(fā)組分不斷增加，可以說(shuō)，塔下部完成了下降液流中難軍發(fā)組分提濃。
D.塔板作用：0結(jié)構(gòu)：每一塊塔板上有降液管、出口堰、板上小孔，有還有進(jìn)口堰b作用：上一塊板液體由降液管下來(lái)，下一塊板蒸汽由板上小孔進(jìn)入，因出口堰存在使每 一塊板上有一定厚度液層，這樣氣液在塔板上直接接觸，進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱第二章設(shè)計(jì)部分2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)在抗生素類(lèi)藥物生產(chǎn)過(guò)程中，需要用甲醇溶媒洗滌晶體，洗滌過(guò)濾后生產(chǎn)廢甲醇溶媒, 其組成為含甲醇46%、水54% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），另含少量藥物固體顆粒為使廢甲醇溶媒 重復(fù)利用，設(shè)計(jì)一套板式精儲(chǔ)塔，以對(duì)廢甲醇溶媒進(jìn)行精儲(chǔ)，得到含水量40.3%甲醇溶媒 設(shè)計(jì)要求廢甲醇溶媒處理量為3. 5萬(wàn)噸/年，塔底廢水中甲醇含量＜0. 5%操作條件：（1）操作壓力常壓（2）進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料（3）回流比 2 (4)單板壓降＜0. 7Kpa （5）全塔效率70% 2. 2設(shè)計(jì)方案確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離甲醇和水混合物，對(duì)于二元混合物分離，應(yīng)采用連續(xù)常壓精馀流程 設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精儲(chǔ)塔內(nèi)塔頂上升蒸氣采用 全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷凝器冷卻后送至貯罐 該物系屬于易分離物系，最小回流比比較小，故操作回流比取最小回流比2倍。
塔底采用間 接蒸氣加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至貯罐2. 3設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.1精僧塔物料衡算A.原料液及其塔頂、塔底產(chǎn)品摩爾分率甲醇摩爾質(zhì)量為：32.04kg/kmol水摩爾質(zhì)量為：18.02kg/kmol0.46/32.04?-0.46/32.04+0.56/18.020.997/32.04=0.324xn = 0.997/32.04 + 0.003/18.020.005/32.04=0.9950.005/32.04 + 0.995/18.02=0.003B.原料液及其塔頂及塔底產(chǎn)品平均摩爾質(zhì)量Mf =0.324x32.04+(1-0.324)x18.02=22.56 kg/molMd =0.995x32.04+(1-0.995)x18.02=31.97 kg/molMw =0.003x32.04+(1 -0.003)x 18.02=18.02 kg/molC.物料衡算原料處理量：F=3.5x107/(300x24x22.56)=215.47 kmol/h由總物料衡算：F=D+W甲醇物料衡算：215.47x0.324=0.995D+0.003W得出： D=69.72 kmol/hW=145.75 kmol/h2. 3. 2精微塔塔板數(shù)確定A.理論板層數(shù)NT求取a.因?yàn)榧状?-水屬于理想物系⑵，可采用圖解法求理論板層數(shù)(見(jiàn)相平衡圖1--1)b.求最小回流比和操作回流比采用作圖法求最小回流比，在圖中對(duì)角線上e (0.324, 0.324)做垂線ef,該線及平衡 線交點(diǎn)坐標(biāo)為：Xq=0.324 yq=0.698最小回流比： Rmin=(XD-yq)/(yq-xq)=(0.995-0.698)/(0.698-0.324)=0.794取操作回流比為：R=2Rmin=2x0.794=1.59c.精儲(chǔ)塔氣、液相負(fù)荷L=RxD=1..59x69.72=110.85kmol/hV=(R+1)xD=2.59x69.72=180.57kmol/hL'=L+F=110.85+215.47=326.32kmol/hV*=V=180.57kmol/hd.精信段、提儲(chǔ)段操作線方程精儲(chǔ)段操作線：y=L/VxX+D/VxXD=0.614X+0.386提微段操作線：y'=L7V'xX'—W/V'xXW=1.81X'-0.0024e.圖解法求理論塔板層數(shù)根據(jù)圖一所示，可求得結(jié)果為：總理論塔板數(shù)Nt為8塊(包括再沸器)進(jìn)料板位置Nf為自塔頂數(shù)起第6塊B.實(shí)際板層數(shù)求取精儲(chǔ)段實(shí)際塔板數(shù)N m=5/0.7=7.1g8塊提t(yī)g段實(shí)際塔板數(shù)N提=3/0.7=4.3%5塊2. 3. 3精僧塔工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算A.操作壓力計(jì)算設(shè)每層塔壓降： △P=0.7 kPa (一般情演況下，板式塔每一個(gè)理論級(jí)壓降約在 0.4~1.1 kPa)塔頂操作壓力 PD=101.3KPa進(jìn)料板壓力 Pf=1 01.3+8x07=106.9 KPa精偉段平均壓力 Pm=(101.3+106.9)/2=104.1 KPaB.操作溫度計(jì)算依操作壓力由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差計(jì)算，結(jié)果如下：塔頂溫度： tD=61.2℃進(jìn)料板處溫度：tF=82.8℃精儲(chǔ)段平均溫度 tM= (64.2+82.8) /2=73.5℃C.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算a.塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由Xd=Yl=0.995查平衡曲線(圖一)得 Xl=0.95MvDm=0.995x32.04+(1-0.995)x18.02=31.97 kg/molMLDm=0.95x34.04+(1 -0.95)x18.02=31.34 kg/molb.精儲(chǔ)段平均摩爾質(zhì)量Mvrn=(31.97+26.34)/2=29.29kg/molMLm=(31.34+21.30)/2=26.32kg/molD.平均密度計(jì)算a.氣相平均密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即pvm=PmMvW/RTm=(104.1x29.29)/[8.314x(273.15+73.5)]=1.058kg/rn3b.液相平均密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算，即塔頂液相平均密度計(jì)算由tD=64.2C時(shí)查手冊(cè)得pA=756.186kg/m3 pB=980.932kg/m3pLDm=1/(0.997/756.18+0.003/980.932)=756.7kg/m3進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算由tF=82.8℃,查手冊(cè)得pA=733.9kg/m3 pB=969.98kg/m3進(jìn)料板液相質(zhì)量分率aA=(0.234x32.04)/(0.234x32.04+0.766x 18.02)=0.352pLFm=1/(0.352/733.9+0.648/969.98)=871.3kg/m3精儲(chǔ)段液相平均密度為pLm=(756.7+871.3)72=814kg/m3E.平均表面張力計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算，即OLm立XiOia.塔頂液相平均表面張力計(jì)算由tD=64.2℃,查得oa=1 6.85mN/m qb=65.41 mN/mOLDm=0.995x16..85+0.005x65.41 =17.09 mN/mb.進(jìn)料板液相平均表面張力計(jì)算由tF=82.8℃,查得oa=1 4.72mN/m ob=62.05 mN/molfm=0.234x 14.72+0.766x62.05=50.97mN/m精偏段液相平均表面張力OLm=(17.09+50.97)/2=34.03 mN/mF.平均粘度計(jì)算液相平均粘度依下式計(jì)算，即lgpun=Zxilgpia.塔頂液相平均粘度計(jì)算由tD=64.2C,查得pA=0.328mPa.s jjb=0.441 mPa.slg|JLDm=0.995g(0.328)+0.005lg(0.441)解出 pLDm=0.328mPa.sb.進(jìn)料板平均粘度計(jì)算由tF=82℃,查得pA=0.269mPa.s pB=0.344mPa.slgpLFm=0.234lg(0.269)+0.766lg(0.344)解出 pLFm=0.324mPa.s精微段平均粘度jJLm=(0.328+0.324)/2=0.326mPa.s2. 3. 4精僧塔塔體工藝尺寸計(jì)算A.塔徑計(jì)算a .精錦段氣、液相體積流率為y= VxMVm= 180,57x29.29 =n89S 3600 Qvm 3600 x 1.0583/m sLxMVm _ 110.85x26.32 3600 pl ni " 3600 x814由式中C由式計(jì)算，其中Go由圖查?、?，圖橫坐標(biāo)為.%)/.°-刈,3600( 814 % =002Vh pv 1.389 x 814 1.058取板間距H: =0. 40m ,板上液層高度hL = 0. 06 m ,則H： - hL =0. 40-0. 06=0. 34 m查圖得 C =o =0. 07C = C，o(% 產(chǎn)=0.07 x ('生產(chǎn)=0.078 20 20，814—1.058Umax = 0.078 ——=2.162 m/s取空安全系數(shù)為0.8,則空塔氣速為u —0. 8 X Uaaz-O. 8X2. 162—1. (3 m/s= 1.011甌—I 4x1.389\'^nT-V3.14x1.73按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D =1.2m塔截面積為AT=n/4XD:=0. 785X 1. 22=1. 13 m2實(shí)際空塔氣速為u =1. 389/1. 13=1. 23 m/sB.精馀塔有效高度計(jì)算精儲(chǔ)段有效高度為Z 精=(N 巾-1)Ht= (8-1) x0.4=2.8 m 提偏段有效高度為Zw= (1\1提-1) Ht= (5-1) x0.4=1.6m在進(jìn)料板上方開(kāi)一個(gè)人孔，其高度為0.8 m故精儲(chǔ)塔有效高度為Z=Z w5+Z ^+0.8=2.8+1.6+0.8=5.2m2. 3. 5塔板主要工藝尺寸計(jì)算A.溢流裝置計(jì)算因塔徑D=L4 ,可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤(pán)。
各項(xiàng)計(jì)算如下:a.堰長(zhǎng)L取 1, = 0.7D=0.7X1. 2=0.84b.溢流堰高度h.由 hw二 h「h”選用平直堰，堰上液層高度how由下式計(jì)算，即L =(2. 84/1000)EX (U/U)2 3近似取E = 1,則hg =(2. 84/1000) X (0. 001X3600/0. 84)-3= °,0075,,r取板上清液層高度hL=80mm故 h,二0. 08-0. 0075=0. 0725 mc.弓形降液管高度Wd和截面積Af由查圖”：得故 Af =0. 0942At=0. 0942X1. 13=0. 106 m:Wd =0.151D=0.151X1. 2=0. 181 m依式驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即c 3600A.H, 3600 x 0.106 x 0.4 c0.001x36000 = 1~二= =42.4s > 5s故降液管設(shè)計(jì)合理d.降液管底隙高度ho取 =0. 1 m/s則 ho =0. 001X3600/(3600X0. 84X0. 1)=0. 012 mh, 一 卜=0. 0725-0. 012=0. 0605m>0, 006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理選用凹形受液盤(pán)，深度hj=50mmB.塔板布置a.塔板分塊因D〉二800 mm,故塔板采用分塊式。
查表得，塔板分為3塊b.邊緣區(qū)寬度確定取 W:= W ' = 0. 070 m , Wc =0.030 m Ac.開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積工按式計(jì)算，即2Aa = 2Jx(r2 -x2) + sin-1 — r r其中 (Wd+ WJ =1. 2/2-(0.181+0. 07)=0. 349m-Wc =1. 2/2-0. 03=0. 597m故 Aa =0. 783d.篩孔計(jì)算及其排列=5mm本設(shè)計(jì)所處理物系無(wú)腐蝕性，可選用3 mm 碳鋼板，取篩孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t - 3 do =3 X o=lo nun篩孔數(shù)目n為1.155A, 1.155x0.783 村” 人n = s-- = ——= 4020 個(gè)廠 0.06 開(kāi)孔率為=0. 907 (do/t) = 0.907 (0. 005/0.015) 2 =10. 1% 氣體通過(guò)閥孔氣速為=1. 389/ (0. 101X0. 783) = 17. 56m/s2. 3. 6篩板流體力學(xué)驗(yàn)算A.塔板壓降a.干板阻力he計(jì)算干板阻力he由式計(jì)算，即由 do/o= 1.6 ,查圖得，c0.772故 hc = 0.051 x(!Z2^)2 x0.343/h 液柱 0.772 814b.氣體通過(guò)液層阻力兒計(jì)算氣體通過(guò)液層阻力也由式計(jì)算，即hx = P hi-° at-a,1.3891.13-0.106= 1.356m/sFo = 1. 356XV1.058 =L 395依%/(S?〃*)查圖，得B=0.59故 hi=Phi = B ( h. + 鼠)=0.59 (0. 0075+0. 0725) c.液體表面張力阻力鼠計(jì)算液體表面張力所產(chǎn)生阻力h0由下式計(jì)算，即, 4偽 4x34.03xl07 八八八… 江"h3 = —— = = 0.0034"?液柱自身痣 814x9.81x0.005氣體通過(guò)每層塔板液柱高度h0可按下式計(jì)算，即hp 二卜 + hi + 卜hp =0. 0343+0. 0472+0. 0034=0. 0849 m 液柱.0472m液柱 氣體通過(guò)每層塔板壓降為△ Pp = h, P 1 g = 0. 0849X814X9. 81=678Pa<0. 7KPa (設(shè)計(jì)允許值)B.液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差影響巴C.液沫夾帶液沫夾帶量由下式計(jì)算，即ev =5- x %-^產(chǎn)5 乩-%hf =2. 5hi=2. 5X0. 06=0. 15m5.7x10y rX( 34.03x10-3 0.4-0.1532 = 0.037Zg*夜/kg氣V0.1心液/版氣故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量,在允許范圍內(nèi)。
D.漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由下式計(jì)算，即w0,nun =4.4CJ(O.OO56+0.13%/凡,=4.4x 0.772x ^/(0.0056+0.13x0.06-0.0034) x 814/1.058 =9. 422m/s實(shí)際孔速 “0二 17. 56 m/s >1%^穩(wěn)定系數(shù)為——= 1.864 >1, 5故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏夜E.液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度也應(yīng)服從關(guān)系式Hd < (Hd + hJ甲醇一水物系屬一般物系,取°=0. 5,則O(Hd+ hj= (0. 40+0. 0725 ) =0. 236m 而 Ha = hp + hi + hd板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd可由下式計(jì)算，即hd = 0. 153(mo')2=0. 153 (0. 1) M). 0015m 液柱乩=0.1+0. 06+0. 0015=0.162m 液柱乩 < (p (Hi+hJ故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象.2. 3.7塔板負(fù)荷性能圖A.漏夜線由 U（）,?un = J44co （0.0056 + O?O13Hl ? h月"夕 vVs.mm=4?4xC°xAoX |{0.0056+13[%+荒乂石'（六）%] — ％}4/介,= 4.4x0.772x0.101x0.0783x[{0?0056+0.13[0.0725+2.841000x 1 x（，：；：'）為 1 - 0.0034） X814/1.058整理得 yv =7.45xJ0.0116 +0.0974?v ?1IB 111 ， 2在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls,依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列表如下Lsjtf/s0. 00020. 00040. 00060. 00080. 001V §30.8140. 8210. 8260. 8310. 946B.液沫夾帶線.求匕一 L關(guān)系如下: Ill5.7 x IO6 ev = % )3.2乩-，=0. 977VShf =2. 5hL= 2. 5X (k hjh, =0. 0725L =(2. 84/1000) X 1X (3600U/0. 84)： 3=0. 75LS:故 hf =0. 181 + 1.88Ls23Hi - hf =0. 219-1. 88U23_ 5.7x10-10.977 x Vs 的力1 ' 34.03x10-' 0.219-1.88%%整理得 vs =1. 65-14. ILs2 3在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算解果列表如下Lsjtf / s0. 00020. 00040. 00060. 00080. 001Vs，曲 /s1.6021.5731.5491.5281.508C .液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰⑹，取堰上液層高度h”=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。
由式得1000 h=0. 000720.006x1000 V 0.84=( )"X 2.84 3600據(jù)此可作出及氣體流量無(wú)關(guān)垂直液相負(fù)荷下限線3oD .液相負(fù)荷上限線以0=4s作為液體在降液管⑴中停留時(shí)間下限，由式得4. maxHr _ 0.106x0.40~4 4=0.0106 據(jù)此可作出及氣體流量無(wú)關(guān)垂線液相負(fù)荷上限線4oE.液泛線令 Hd — (Ht +h”)由 Hd = hp + hi + hd ； hp = hi + he +h0 ； hi = P hi； hi = h> + 鼠聯(lián)立得 夕h：+ (夕一/一1) h* =(/?+ 1) h”+hc +hd +ho忽略h將L” hd及L,鼠及V：關(guān)系式代入上式，并整理得a'Vs2 =b'-c,Ls1-(rLs%式中b'=坦丁 + " - 夕 -1)%^=0.153 /Gw""'=2.84x10-3E(l + 0(等)%將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得0.051 1.058 … -( )=0.02(0.101 x 0.783 x 0.772 )2 814加=0.5 x 0.40+(0.5- 0.59-l)x 0.0725 = 0.121c'=礪器1曠］505⑻d'= 2.84 x 1 O' x 1 x (1 + 0.59)(藍(lán)^)% =1.1910. 02Vs：=0. 121-1505. 811Ls：-l. 191U 3V；=6. 05-7.53x10' L； - 59. 55 L；'在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于表Lsjif/s0. 00020.00040. 00060. 00080. 001V /s 12.4172. 3912. 3662. 3432.319根據(jù)以上各線方程，可作出操作線。
該篩板操作上限為液泛控制，下限為漏液控制可查得V” max = 2. 75V“ min =0. 74故操作彈性為3. 716 第三章結(jié)論表3?1精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果序號(hào)?? i!目數(shù)值1平均溫度3, ℃73.52平均壓力Pm，kPa104.13氣相流量vs, (m3/s)1.3894液相流量Ls, ( m3/s)0.0015實(shí)際塔板數(shù)86有效段高度Z, m5.27塔徑m1.28板間距m0.409溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長(zhǎng)m0.8412堰高m0.072513板上液層高度m0.0814堰上液層高度m0.007515降液管底隙高度m0.01216安定區(qū)高度m0.07017邊緣區(qū)寬度m0.03018開(kāi)孔區(qū)而積m?0.78319篩孔直徑m0.00520篩孔數(shù)H402021孔中心距m0.01522開(kāi)孔率％10.123空塔氣速nVs1.23 24篩孔氣速m/s17.5625穩(wěn)定系數(shù)1.86426每層塔板壓降Pa67827負(fù)荷上限液泛控制28負(fù)荷下限漏液控制29液沫夾帶ev0.03730氣相負(fù)荷上限m7s2.7531氣相負(fù)荷下限m3/s0.7432操作彈性3.716通過(guò)這次比較完整甲醇一水精鐳塔設(shè)計(jì)，我擺脫了單純理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì) 結(jié)合鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問(wèn)題能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn) 資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專(zhuān)業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體掌控，對(duì)局 部取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)斟酌處理，都使我能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力, 抗壓能力及耐力也都得到了不同程度提升。
這是我們都希望看到也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)目 所在參考文獻(xiàn)[1]柴誠(chéng)敬等.化工原理課程設(shè)計(jì).天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1994[2]賈紹義，柴誠(chéng)敬等.化工傳質(zhì)及分離過(guò)程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001[3]姚玉英等,化工原理，下冊(cè).天津:天津大學(xué)出版社,1999[4]匡國(guó)柱，史啟才等.化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)出.北京:化學(xué)行業(yè)出版社,2002[5]?化學(xué)工程手冊(cè)>> 編輯委員會(huì).化學(xué)工程手冊(cè)一一氣液傳質(zhì)設(shè)備.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1989[6]劉乃鴻等.工業(yè)塔新型規(guī)整填料應(yīng)用手冊(cè).天津:天津大學(xué)出版社』993[7]王樹(shù)盈等.現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南.北京:中國(guó)石化出版社,1998[8]徐崇嗣等.塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊(cè)」匕京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995[9]蘭州石油機(jī)械研究所.現(xiàn)代塔器技術(shù).北京:燒加工出版社」990[10]Strigle R F.Random Packongs and Packed Tower Design and Applications. Houston: Gulf PublishingCompany,! 987經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)，由 于經(jīng)驗(yàn)匱乏，難免有許多考慮不周全地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師督促指導(dǎo)，以及一起工作同學(xué)們支 持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象。
在這里首先要感謝我指導(dǎo)老師她平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)每個(gè)階段，從外 出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)等整個(gè)過(guò)程中都給予了 我悉心指導(dǎo)我設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是王老師仍然細(xì)心地糾正論文中錯(cuò)誤然后還要感謝 大學(xué)三年來(lái)我所有老師，為我們打下機(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有同學(xué)們，正是因 為有了你們支持和鼓勵(lì)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成最后感謝遼寧石油化工大學(xué)三年來(lái)對(duì)我大力栽培。
