化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇水連續(xù)填料精餾塔

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目： 甲醇水連續(xù)填料精餾塔 設(shè)計(jì)者： 專業(yè)： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 2007年 7 月13日目 錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1二、設(shè)計(jì)的方案介紹 . 1三、工藝流程圖及其簡(jiǎn)單說(shuō)明 . 2四、操作條件及精熘塔工藝計(jì)算 . 4五、精熘塔工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算 . 14六、精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算 19七、附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算 . 23八、參考文獻(xiàn) . 26九、甲醇水精熘塔設(shè)計(jì)條件圖 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇散堆填料精餾塔設(shè)計(jì)：1、處理量：12000 噸/年(年生產(chǎn)時(shí)間以7200小時(shí)計(jì)算)2、原料液狀態(tài)：常溫常壓3、進(jìn)料濃度： 41.3%(甲醇的質(zhì)量分

2、數(shù)) 塔頂出料濃度： 98.5%(甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 塔釜出料濃度： 0.05%(甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù))4、填料類型：DN25金屬環(huán)矩鞍散堆填料5、廠址位于廈門地區(qū)二、設(shè)計(jì)的方案介紹1、進(jìn)料的熱狀況精餾操作中的進(jìn)料方式一般有冷液加料、泡點(diǎn)進(jìn)料、汽液混合物進(jìn)料、飽和蒸汽進(jìn)料和過熱蒸汽加料五種。本設(shè)計(jì)采用的是泡點(diǎn)進(jìn)料。這樣不僅對(duì)塔的操作穩(wěn)定較為方便，不受廈門季節(jié)溫度影響，而且基于恒摩爾流假設(shè)，精餾段與提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，因此塔徑基本相等，在制造上比較方便。2、精熘塔的操作壓力在精餾操作中，當(dāng)壓力增大，混合液的相對(duì)揮發(fā)度減小，將使汽相和液相的組成越來(lái)越接近，分離越來(lái)越難；而當(dāng)壓力減小，混合液的相對(duì)

3、揮發(fā)度增大，值偏離1的程度越大，分離越容易。但是要保持精餾塔在低壓下操作，這對(duì)設(shè)備的要求相當(dāng)高，會(huì)使總的設(shè)備費(fèi)用大幅度增加。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要充分考慮這兩個(gè)方面的影響，我們一般采用的是常壓精餾。如果在常壓下無(wú)法完成操作，可以在一定條件下進(jìn)行小幅度的減壓或者增壓來(lái)改變混合液的相對(duì)揮發(fā)度，實(shí)現(xiàn)精餾分離。對(duì)于甲醇水二元混合物系統(tǒng)在常壓的情況下，相對(duì)揮發(fā)度的差異很大，容易分離。因此在考慮多方面因素之后，本設(shè)計(jì)采用的常壓精餾，即塔頂?shù)牟僮鲏毫刂圃?01.325kpa下。由于本設(shè)計(jì)精餾塔不是很高，故可近似忽略每層塔板的壓降。在實(shí)際計(jì)算當(dāng)中，將全塔近似看做是在恒壓下操作。3、精餾塔加熱與冷卻介質(zhì)的確定 在實(shí)

4、際加熱中，由于飽和水蒸氣冷凝的時(shí)候傳熱的膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽壓力準(zhǔn)確控制加熱溫度。水蒸氣容易獲取，環(huán)保清潔不產(chǎn)生環(huán)境污染，并且不容易使管道腐蝕，成本降低。因此，本設(shè)計(jì)是以133.3 總壓是300 kpa的飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)。 冷卻介質(zhì)一般有水和空氣。在選擇冷卻介質(zhì)的過程中，要因地制宜充分考慮。廈門市地處亞熱帶，夏天室外平均氣溫28。因此，計(jì)算選用28 的冷卻水，選擇升溫10，即冷卻水的出口溫度為38。4、回流比的確定塔頂回流是保證精餾塔連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作的必要條件之一，并且回流比是影響精餾分離設(shè)備投資費(fèi)用和操作費(fèi)用的重要因素，也影響混合液的分離效果。適宜的回流比是操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用之和為

5、最低時(shí)候的回流比。通常適宜回流比的數(shù)值范圍為：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，考慮操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用兩方面因素，因此選用。 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)。填料按裝填方式可分為散裝填料和規(guī)整填料。本設(shè)計(jì)選用散裝填料散裝金屬環(huán)距鞍填料。環(huán)距鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，又由于本設(shè)計(jì)的物系為甲醇水不易腐蝕，故選用金屬環(huán)距鞍填料DN=25mm。三、工藝流程圖及其簡(jiǎn)單說(shuō)明1、工藝流程圖(附圖一)2、工藝流程簡(jiǎn)介來(lái)自貯槽的原料液經(jīng)高壓泵進(jìn)入預(yù)熱器預(yù)熱到一定溫度之后進(jìn)入精餾塔，塔頂冷凝器將上升蒸汽冷凝成液

6、體，其中一部分作為塔頂產(chǎn)品取出，另一部分重新引回塔頂作為回流液。最終塔頂出來(lái)的甲醇產(chǎn)品再經(jīng)過一個(gè)冷卻器冷卻后進(jìn)入甲醇貯槽。塔釜設(shè)有再沸器。加熱的液體產(chǎn)生蒸汽再次回到塔底，沿塔上升，同樣在每層塔板上進(jìn)行汽液兩相的熱質(zhì)交換。塔釜的另一部分釜液經(jīng)冷卻器后排入下水道。加熱蒸汽分為兩路，分別進(jìn)入預(yù)熱器和再沸器作為加熱介質(zhì)。降溫后的液體水或者是部分水蒸汽隨管道排進(jìn)下水道。同樣，冷卻水分為三路，分別進(jìn)入冷凝器、甲醇產(chǎn)品的冷卻器和塔釜的冷卻器，充分換熱均勻之后，全部排入下水道。在流程設(shè)計(jì)傷，釜出液為100左右的高溫水，熱值高，將其送回?zé)崴h(huán)管路用于高爐產(chǎn)蒸汽，具有節(jié)能的特點(diǎn)。塔頂采用分段冷凝泡點(diǎn)回流，也是出

7、于節(jié)能考慮。在流量控制上采用自動(dòng)控制，有利于節(jié)約勞動(dòng)力，并使過程控制精確，并可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，有利于連續(xù)生產(chǎn)。在檢修方面充分考慮到泵的日常維護(hù)，因此運(yùn)用雙泵設(shè)計(jì)便于實(shí)際生產(chǎn)中的不停車檢修。3、精餾塔塔頂?shù)睦淠绞剿斃淠捎萌?，用水冷凝。甲醇和水不反?yīng)，并且也容易被水冷凝，塔頂出來(lái)的汽相溫度不高，故本設(shè)計(jì)選用全凝器。 4、塔頂?shù)幕亓鞣绞?對(duì)于小型塔采用重力回流，回流冷凝器一般安裝在比精熘塔略高的地方，液體依靠自身的重力回流。但是必須保證冷凝器內(nèi)有一定持液量，或加入液封裝置防止塔頂汽相逃逸至冷凝器內(nèi)。本設(shè)計(jì)采用重力回流，全凝器放置略高于塔頂?shù)奈恢茫⑶以O(shè)置流量計(jì)檢測(cè)和保證冷凝器內(nèi)的液面高度。

8、5、精熘塔塔釜的加熱方式加熱方式分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。間接蒸汽加熱是通過再沸器使釜液部分汽化，維持原來(lái)的濃度，重新再進(jìn)入塔底。使上升蒸汽與回流下來(lái)的冷液再進(jìn)行熱質(zhì)交換。這樣減少了理論板數(shù)，從而降低了成本，但是也存在著增加加熱裝置的缺點(diǎn)。綜合考慮以上兩方面因素，本設(shè)計(jì)選用間接蒸汽加熱。四、操作條件及精熘塔工藝計(jì)算： 本設(shè)計(jì)任務(wù)是分離甲醇水的混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精熘流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精熘塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分冷卻后送至儲(chǔ)罐。回流比設(shè)定為最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底

9、產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。(一)物料衡算1、原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分率 甲醇的摩爾質(zhì)量：MA32 kg/kmol 水的摩爾質(zhì)量： MB18 kg/kmol xF41.3% ， xD98.5% ， xw0.05% (均為質(zhì)量比) xF (xF / MA ) / xF/MA (1xF)/ MB (41.3/ 32) / (41.3/ 32 58.7/ 18 ) 28.35% xD (xD / MA ) / xD /MA (1xD) / MB (98 .5/ 32) / ( 98.5 / 32 1.5 / 18 ) 97.36% xW (xW / MA ) / xW / MA (1xW) / MB

10、 (0.05 / 32) / ( 0.05 / 32 99.95 / 18 ) 0.028%2、原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF28.35% ×32 71.65% ×1821.969kg/kmol MD97.36%×322.64%×1831.63 kg/kmol MW0.028%×32 99.972%×1818.891 kg/kmol3、物料衡算 原料處理量：F12000 t/y（12×106 / 7200）/21.96975.86kmol/h 總物料衡算：75.86 D W 甲醇物料衡算：75.86×2

11、8.35% D×97.36% W×0.028% 得 D22.074kmol/h W53.786kmol/h表一 塔頂、塔底、進(jìn)料液的物料數(shù)據(jù)塔頂xD98.5%xD97.36%MF21.969kg/kmolF75.86kmol/h進(jìn)料液xF41.3 %xF28.35%MD31.63 kg/kmolD22.074kmol/h塔底xW0.05%xW0.028%MW18.891kg/kmolW53.786kmol/h(二)理論塔板數(shù)的確定 甲醇水屬于理想物系，可采用以下三種方法求解理論塔板數(shù)：1、擬合相平衡曲線后逐板計(jì)算法 在101.3kpa的總壓下，甲醇和水的混合物系的xy圖是建

12、立在汽液平衡數(shù)據(jù)下，表示的是不同溫度下互成平衡的汽液兩相組成y與x的關(guān)系。對(duì)于理想物系，汽相組成y恒大于液相組成x，因此相平衡線位于yx對(duì)角線上方。平衡線偏離對(duì)角線越遠(yuǎn)，表示該溶液越容易分離。如果已知甲醇和水的混合物系的汽液平衡關(guān)系，即汽液平衡數(shù)據(jù)，則離開理論板的互成平衡、溫度相等的汽液兩相組成yn與xn之間的關(guān)系就可以確定。若知道由該板下降的液體組成xn及由它的下一層塔板上升的汽相組成yn+1之間的關(guān)系，從而塔內(nèi)各板的汽液相組成可逐板予以確定，從而便可以求得在指定分離條件下的理論板層數(shù)。(1) 由手冊(cè)查出甲醇水汽液相平衡數(shù)據(jù)，擬合出相平衡方程及作出xy圖，表二 甲醇水汽液相平衡數(shù)據(jù)1溫度t/

13、°C液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)汽相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)溫度t/°C液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)汽相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)1000078.140.29420.665899.410.00170.012576.520.35240.704499.250.00350.025075.340.40210.734197.800.01230.088974.220.45430.759597.350.01410.097573.210.50220.785396.920.01980.121471.950.56280.812395.820.02580.158970.900.62430.835095.060.03300.188

14、269.150.71730.877394.130.03570.214568.070.78980.909892.240.05250.274667.570.82310.922590.000.07400.356067.170.84260.930088.570.08720.395066.900.85740.938586.930.10790.440066.890.87200.942285.370.12890.477665.980.91850.963883.380.16350.537065.730.92950.968281.950.19120.572465.710.93800.971280.250.232

15、70.616264.680.98850.994779.060.26840.648364.6511在對(duì)甲醇和水二元物系汽液平衡數(shù)據(jù)做擬合之后，可得出汽相組成y和液相組成x的函數(shù)關(guān)系式：Y 0.001877.03393X 40.64685X2 157.6139X3 X4 598.11499X5 554.46395X6 282.15362X760.45038X8 (2) 求最小回流比及操作回流比由于本設(shè)計(jì)采用的是泡點(diǎn)進(jìn)料，q1， xqxF0.2835根據(jù)擬合得到的yx方程，可得到 yq0.658最小回流比 Rmin(xDyq) / (yq xq) 可得到 Rmin0.843 所以回流比 R2Rmin

16、2×0.8431.686 (3)求精熘塔的汽、液相負(fù)荷 LRD1.686×22.07437.217kmol/h V(R1) D2.686×22.07459.291kmol/h LLF37.21775.86113.077kmol/h VV59.291kmol/h(4)精熘段和提熘段的操作線方程精熘段操作線方程為： y(R/ R+1)x xD/（R+1）(1.686/2.686)x 0.9736/2.686 0.628x 0.3395提熘段操作線方程為：y(L/V)x (W/ V)xW (113.077/59.291)x(53.786/59.291)×0.0

17、00281.907x0.(5)逐板計(jì)算法求理論塔板數(shù)規(guī)定塔釜是第一層塔板，從下往上依次命名為第2、3n塊。一連續(xù)精餾塔，泡點(diǎn)進(jìn)料，塔釜間接蒸汽加熱。本設(shè)計(jì)從塔底液相組成開始計(jì)算。根據(jù)理論板的概念，從塔釜下降的液相組成xW與y1應(yīng)互成平衡，就可以利用相平衡方程求出y1.從第二層塔板上升的蒸汽組成y1與x2符合提餾段操作關(guān)系，故可用提餾段操作線方程由y1求得x2。同理，x2與y2為平衡關(guān)系，可以用平衡方程由x2求得y2，再用提餾段操作線方程由y2求得x3。如此交替利用平衡方程及提餾段操作線方程進(jìn)行逐板計(jì)算，直到x7xF時(shí)，則第6塊板是加料板。由于對(duì)于間接蒸汽加熱，再沸器內(nèi)汽液兩相可視為平衡，因此再

18、沸器相當(dāng)于一層塔板。因此提餾段所需的理論板層數(shù)是5。然后改用精餾段操作線方程由y6求得x7，再利用相平衡方程由x7求得y7。如此重復(fù)計(jì)算，直到計(jì)算到x13xD為止。因此，根據(jù)計(jì)算結(jié)果精餾段所需的理論板層數(shù)是6.5。在計(jì)算過程當(dāng)中，每使用一次平衡關(guān)系，便對(duì)應(yīng)一層理論板。逐板計(jì)算的結(jié)果是精餾塔理論塔數(shù)為11塊，提餾段5塊，精餾段6.5塊，進(jìn)料板是第5塊(不包括再沸器)。2.根據(jù)熱力學(xué)求解法2用Wilson方程計(jì)算甲醇水體系在常壓下0.101MPa下的汽液平衡 已知二元體系的Wilson方程能量參數(shù) ：g12g111085.13 J/mol g21g221631.04 J/mol查得甲醇，水的Ant

19、oine方程及液相摩爾體積與溫度的關(guān)系式：甲醇：Inp1s 11.96733626.55 / ( T34.29 ) V 1 64.50919.716×102 T 3.8735×104 T2水：Inp2s 11.68343816.44 / ( T46.13 ) V2 22.8883.642×102 T 0.685×104 T2由于是低壓，汽相可視為理想汽體，液相為非理想溶液，汽液平衡關(guān)系式為 pyixiipis 且有 y1y21二元體系的Wilson方程為： In 1 In ( x 112x2 )x2 12 / ( x112x2 )21 / ( x221x

20、1 ) In 2 In ( x 221x 1 )x 112 / ( x112x2 )21 / ( x221x1 ) 12 ( V 2 / V 1) exp( g12g11 ) / (RT) 21 ( V1 / V2 ) exp( g21g22 ) / (RT) 以下做一個(gè)示例計(jì)算求解汽液相平衡數(shù)據(jù)： 以xW 0.0225%作為初始點(diǎn)，需要試差求解，設(shè)T372.95 K ，帶入公式求得： p1s3.5211×105 Pa ， V144.8553 cm3/mol p2s1.0059×105 Pa ， V218.8329 cm3/mol 12 0.2959 ， 21 1.4076

21、 ， 1 2.2463 ， 2 1.000 y1 0.0019 ， y2 0.9956 ， 由于y1y2 0.9975， 可以近似看成符合試差的要求 可得到y(tǒng)1 0.0019 / 0.99750.0019 ， T1372.95 K 故用此方法不需甲醇水汽液相平衡數(shù)據(jù)即可結(jié)合逐板計(jì)算法得出理論塔，且比利用某一套汽液相平衡數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果更可靠。計(jì)算過程略。 同理，相平衡和操作線的交替使用，逐板計(jì)算法得到精熘段6塊塔板，提熘段5塊，共11塊塔板(不包含再沸器)，第5塊塔板進(jìn)料。與利用相平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行的逐板計(jì)算法，結(jié)果基本一致。3、圖解法 ( 由于準(zhǔn)確性比較低，故略。)4、汽液平衡數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致

22、性檢驗(yàn)采用Herington推薦的經(jīng)驗(yàn)方法檢驗(yàn)表二列出的數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致性根據(jù)i pyi /(xi pis ) ，先求得各個(gè)溫度下的pis 值，然后列出下表 表三 利用熱力學(xué)檢驗(yàn)汽液平衡數(shù)據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)列表x1In(1/2)x1In(1/2)0.00170.750.50220.0880.00350.7330.62430.2730.02580.6930.71730.3570.05250.6370.82310.4640.10790.5630.91850.5530.19120.4020.93800.6120.29420.2140.98850.6390.40210.048 積分得出兩個(gè)陰影部分面積：A0.

23、15663 ， B0.18622 I10 In ( 1/2 )dx1AB0.0296 10| In ( 1/2 )dx1 |AB0.3428 D( I / ) ×1008.63 J150 × / Tm150 × (10064.7) / (64.68273.15) 15.675 其中： 兩組分沸點(diǎn)差 Tm 體系最低沸點(diǎn)，K 150 經(jīng)驗(yàn)常數(shù) D<J 可知此相平衡數(shù)據(jù)符合熱力學(xué)一致性(三)熱量衡算1、求塔頂溫度tD，塔釜溫度tW，進(jìn)料溫度tF(1)塔頂溫度tD 由于確定了塔頂操作壓力和液相組成，可以采用試差法計(jì)算。先假設(shè)泡點(diǎn)，分別代入安托尼方程求算純組分的飽和蒸

24、汽壓，再由泡點(diǎn)方程核算假設(shè)的泡點(diǎn)。確定液相溫度。汽相溫度與液相溫度相差不大，可近似看作相等。假設(shè)泡點(diǎn)t65.19，則純組分的飽和蒸汽壓為：對(duì)甲醇 p*A104.07 kpa對(duì)水 p*B25.23 kpa將以上數(shù)據(jù)代入泡點(diǎn)方程： x=(101.325-25.23)/(104.07-25.23)= 0.965 = xD可得：tD 65.19(2)塔釜溫度tW(內(nèi)插法)溫度t/°C液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)汽相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)10000tWxW 0./99.410.00170.0125 （來(lái)源自表二） 可得： (00.0017) / (00.) (10099.41) / (100tW) tW99

25、.93°C(3)塔進(jìn)料溫度tF溫度t/°C液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)汽相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)86.930.10790.4400tFxF 0.111/85.370.12890.4776 （來(lái)源自表二）可得： (0.12890.1079) / (0.1110.1079) (85.3786.93) / ( tF86.93) tF86.7°C2、熱量衡算(1)冷凝器的熱負(fù)荷冷凝器的熱負(fù)荷 Qc(R1) D (IVDILD) 其中 IVD 塔頂上升的蒸汽的焓 ILD 塔頂熘出液的焓 IVDILDxD HV甲(1xD) HV水其中 HV甲 甲醇的蒸發(fā)潛熱 HV水 水的蒸發(fā)潛熱蒸發(fā)潛熱與

26、溫度的關(guān)系：H V2 HV1 (1Tr2) / (1Tr1) 0.38 表四 沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表3組分沸點(diǎn)t /°C蒸發(fā)潛熱 Hr / (kJ/ kmol)Tc / K甲醇 64.735286.731512.6水10040724.152647.3 塔頂溫度下的潛熱計(jì)算：tD65.19°C時(shí)對(duì)甲醇，Tr1T1/ Tc(273.1565.19) / 512.60.66Tr2T2 / Tc(273.1564.7) / 512.60.659蒸發(fā)潛熱HV甲35286.731×(10.66) / (10.659) 0.3835247.37 kJ/ kmol 對(duì)水，同理可得，T

27、r2T2 / Tc0.523 Tr1T1 / Tc0.576蒸發(fā)潛熱HV水40724.152×(10.523)/(10.576)0.3842581.49 kJ/kmol 對(duì)全凝器做熱量衡算(忽略熱量損失) Qc(R1) D (IVDILD) 泡點(diǎn)回流，塔頂含甲醇量高，與露點(diǎn)接近，可得 IVDILDxD H甲(1xD)H水IVDILD0.965×35247.37(10.965)× 42581.4935504.07 kJ/kmolQc(R1)D(IVDILD)4.03×9.786×35504.07.48 kJ/h(2)冷卻介質(zhì)消耗量常溫下t35&#

28、176;C 時(shí)，Cpc1 kcal (kg°C)1 且1 kcal/kmol4.1868 kJ/kmol可得 Wc Qc/ Cpc(t2t1)(.6/4.1868) / 1×(4535)34793.2 kg/h(3)加熱器的熱負(fù)荷及全塔熱量衡算表五 甲醇，水不同溫度下的比熱容單位：kcal/(kg°C) 組分tD 65.19 °CtF 86.7 °C平均值tW 99.93 °CtF 86.7 °C平均值甲醇0.7250.780.7530.840.780.81水0.9991.0031.0011.0081.0031.006可得

29、：甲醇 Cp1ave×(tD tF)0.753×(65.1986.7)16.20 Cp1ave ×(tW tF)0.81×(99.9386.7)10.716 水 Cp2ave×(tD tF)1.001×(65.1986.7)21.53Cp2ave ×(tW tF)1.006×(99.9386.7)13.31 Cp(DF) dt Cp1avexDCp2ave(1xD) × (65.1986.7)0.753×0.981.001×0.02×(21.51)16.32 Cp(WF) d

30、t Cp1avexWCp2ave(1xW)×(99.9386.7)0.82×0.00041.006×0.9996×13.2313.31 且已知 D9.786 kmol/h W75.447 kmol/h D308.36 kg/h W1358.3 kg/h QDDCp(DF)dt 308.36×(16.32)5032.43 kcal/h1201.98 kJ/h QWW Cp(WF)dt1358.3×13.30818076.26 kcal/h4317.44 kJ/h對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算 QFQSQDQWQC 以進(jìn)料溫度所對(duì)應(yīng)的焓值為基準(zhǔn)做熱量

31、衡算： QSQDQWQCQF 1201.984317.44.60.1 kJ/h 1.46×106 kJ/h塔釜熱損失為10，QS QS / 0.9 = 1.622×106 kJ/h其中 QS 加熱器理想熱負(fù)荷 QS 加熱器實(shí)際熱負(fù)荷 QD 塔頂熘出液帶出熱量 QW 塔底帶出熱量(5)加熱蒸汽消耗量當(dāng)T406.45K ，p=300kPa ，Hr水蒸氣 2168.1 kJ/kg Wh QS/ Hr水蒸氣 = 1.622×106 / 2168.1 = 748.12 kg/h表六 熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表符號(hào)QCWC QF QD QWQSWh數(shù)值.6 kg/h34793.2

32、kg/h01174.95 kJ/h4317.44 kJ/h1.622×106 kJ/h748.12kg/h五、精熘塔工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算1、塔頂條件下的流量及物性參數(shù) xD98% ， xD0.965 ， MLDMVD31.51 kg/kmol ，D 9.786 kmol/h ， D308.36 kg/h，tD65.19°C (1)汽相密度：VD(MVD/22.4)×(TO/T)×(p/po)(31.51/22.4)×273.15/(273.1565.655)1.134 kg/m3(2) 液相密度：tD65.19°C ， 查常用溶劑

33、相對(duì)密度表可得：甲醇 735 kg/m3 表七 不同溫度下水的密度溫度t/°C密度/ (kg/m3)60983.2tD65.19°C水70977.78內(nèi)插法求解 (977.78983.2) / (977.78水)(7060) / (7065.19) 可得水980.135 kg/m31/LD xD/甲醇 (1 xD)/ 水 ， LD 740.74 kg/m3(3)液相粘度：tD65.19°C ，查有機(jī)化合物液體粘度表可得，µ甲醇0.33 mPas 表八 不同溫度下水的粘度溫度t/°C粘度µ/(mPas)600.47tD65.19

34、6;Cµ水700.414內(nèi)插法求解 (0.4140.47)/(0.414µ水)(7060)/(7065.19) 正確答案B 可得µ水0.43 mPas表二：項(xiàng)目地理位置示意圖和平面布置示意圖； ， µLD0.334 mPas環(huán)境總經(jīng)濟(jì)價(jià)值環(huán)境使用價(jià)值環(huán)境非使用價(jià)值(4)液體表面張力：tD65.19°C ，查醇類水溶液表面張力圖可得，甲醇26.5mN/m2）應(yīng)用環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)結(jié)合環(huán)境功能區(qū)和環(huán)境保護(hù)目標(biāo)進(jìn)行分級(jí)。表九 不同溫度下水的表面張力（五）安全預(yù)評(píng)價(jià)方法溫度/°C表面張力/(mN/m)60表二：項(xiàng)目地理位置示意圖和平面布置示意

35、圖；67.5tD65.19水70（五）規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)的跟蹤評(píng)價(jià)65.6（一）環(huán)境影響評(píng)價(jià)的概念內(nèi)插法求解 (65.667.5)/(水67.5)(7060)/(65.1960) 可得水65.14 mN/mLD甲醇× xD水×(1 xD)26.5×0.96565.14×0.03527.853 mN/m（3）對(duì)環(huán)境影響很小、不需要進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)的建設(shè)項(xiàng)目，填報(bào)環(huán)境影響登記表。 2.辨識(shí)與分析危險(xiǎn)、有害因素表十 精熘塔頂部數(shù)據(jù)結(jié)果列表符號(hào)MLDMVDVDLDµLDLD數(shù)值31.51 kg/kmol31.51 kg/kmol1.134 kg/m374

36、6.27 kg/m30.334 mPas27.853mN/m2、塔底條件下的流量及物性參數(shù)：xw 0.04% ，xW 0.0225% ，MVW MLW18.00315 kg/kmol ， W 1358.05 kg/h ，tW99.93°C(1)汽相密度：VW(MVW/22.4)×(TO/T)×(p/po)(18.00/22.4)×273.15/(273.1599.93)0.588 kg/m3(2)液相密度：tW99.93°C ，近似可以看成是100°CLD 958.4 kg/m3(3)液相粘度：tW99.93°C ，查飽和水

37、的物性參數(shù)表可得，µ水0.288 mPas µLW µ水0.288 mPas(4)液體表面張力：tLW99.93°C ，查飽和水的物性參數(shù)表可得，水60.0mN/mLD甲醇× xD 水×(1 xD) 水60.0mN/m表十一 精熘塔底部數(shù)據(jù)結(jié)果列表符號(hào)MLWMVWVWLWµLWLW數(shù)值18.00 kg/kmol18.00 kg/kmol0.588 kg/m3958.4 kg/m30.288mPas60.0 mN/m3 、進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)： xF 18.2% ，xF 11.1% ，MLF 19.554 kg/kmol

38、 ， F 85.234 kmol/h ， F 1666.67 kJ/h ， tF86.7°C(1)汽相平均相對(duì)分子量：根據(jù)甲醇水汽液相平衡方程，xF 11.1%，可得yF 0.4502MVF 0.4502 ×320.5498 ×18 24.303 kg/kmol(2)汽相密度：VF(MVF/22.4)×(TO/T)×(p/po)(24.303/22.4)×273.15/(273.1586.7)0.824 kg/m3(3)液相密度：tF86.7°C， 查常用溶劑相對(duì)密度表可得：甲醇 715.64 kg/m3同以上塔頂溫度下水的

39、密度求解，利用內(nèi)插法可得：水967.45 kg/m3 1/LFxF/甲醇(1 xF)/ 水 ，可得 LF 909.1 kg/m3(4)液相粘度：tF86.7°C ，查有機(jī)化合物液體粘度表可得，µ甲醇0.27 mPas 同理用內(nèi)插法可得：µ水0.329 mPas ，µLF0.322 mPas(5)液體表面張力：tF86.7°C ，查醇類水溶液表面張力圖可得，甲醇24.5 mN/m同理用內(nèi)插法可得：水61.32 mN/mLF甲醇×xF 水×(1xF)24.5×0.11161.32×0.88957.233 mN

40、/m表十二 精熘塔進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果列表符號(hào)MLFMVFVFLFµLFLF數(shù)值19.554 kg/kmol24.303 kg/kmol0.824 kg/m3909.1 kg/m30.322 mPas57.233 mN/m4、精熘段的流量及物性參數(shù)：(1) 汽相平均相對(duì)分子質(zhì)量 MV1(MVDMVF) /2 (31.51 24.303)/2 27.91 kg/kmol(2) 液相平均相對(duì)分子質(zhì)量 ML1(MLDMLF) /2 (31.51 19.554)/2 25.53 kg/kmol(3) 汽相密度 V1(VDVF) /2 (1.134 0.824)/20.979 kg/m3(4) 液相密

41、度 L1(LDLF) /2 (746.27909.1)/2836.68 kg/m3(5) 液相粘度 µL1(µLDµLF) /2 (0.3340.322)/20.328 mPas(6) 汽相流量 V1(R1)D4.03×9.78639.44 kmol/h V139.44×27.911100.77 kg/h (7) 液相流量 L1RD3.03×9.78629.65 kmol/h L129.65×25.53756.96 kg/h 5.提熘段的流量及物性參數(shù)：(1) 汽相平均相對(duì)分子質(zhì)量 MV2(MVWMVF)/2 (18.00

42、24.303)/2 21.15 kg/kmol(2) 液相平均相對(duì)分子質(zhì)量 ML2(MLWMLF)/2 (18.00 19.554)/2 18.78 kg/kmol(3) 汽相密度 V2(VWVF) /2 (0.588 0.824)/20.706 kg/m3(4) 液相密度 L2(LWLF) /2 (958.4909.1)/2933.75 kg/m3(5) 液相粘度 µL2(µLWµLF)/2 (0.2880.322)/20.305 mPas(6) 汽相流量 V2V139.44 kmol/h V239.44×21.15834.156 kg/h (7) 液

43、相流量 L 2L 1F29.6585.234114.89 kmol/h L 2114.89×18.782157.6 kg/h表十三 精熘段，提熘段數(shù)據(jù)結(jié)果表精熘段提熘段汽相平均相對(duì)分子質(zhì)量27.91 kg/kmol21.15 kg/kmol液相平均相對(duì)分子質(zhì)量25.53 kg/kmol18.78 kg/kmol汽相密度0.979 kg/m30.706 kg/m3液相密度836.68 kg/m3933.75 kg/m3液相粘度0.328 mPas0.305 mPas汽相摩爾流量39.44 kmol/h39.44 kmol/h汽相質(zhì)量流量1100.77 kg/h834.156 kg/h液

44、相摩爾流量29.65 kmol/h114.89 kmol/h液相質(zhì)量流量756.96 kg/h2157.6 kg/h六、精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算1、塔徑的計(jì)算填料塔直徑依據(jù)流量公式計(jì)算，即式中的氣體體積流量VS由設(shè)計(jì)任務(wù)給定，因此主要是確定空塔氣速u。本設(shè)計(jì)采用的泛點(diǎn)氣速法確定。泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速的上限，填料塔的操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之間的關(guān)系：對(duì)于DN25金屬環(huán)矩鞍散裝填料：u / uF = 0.50.85泛點(diǎn)氣速采用貝恩霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)算，即查得，DN25金屬環(huán)矩鞍散裝填料，m2/m3，(1)精餾段塔徑計(jì)算：將V0.979 kg/m3，L836.68 kg/m3，µL0.328

45、mPasL1Wl29.65×25.53756.96 kg/h，V1WV39.44×27.911100.77 kg/h代入上式可以求得: uf3.45 m/s空塔氣速： u0.75uf0.75×3.45=2.588 m/s t = (tF tD)/2 = (86.765.19)/2 75.945 體積流量：Vs=39.44×8.31×(75.945273.15)/(3600×100×0.979)=0.325 m3/s可得D = 4Vs / (u) 1/2 = 4×0.325 / (3.14×2.588) 1

46、/2 = 0.39 m圓整后，D=400 mm ， 對(duì)應(yīng)的空塔氣速u=1.725 m/s校核D / d= 400 / 25 = 16 >8，符合條件。(2)提餾段塔徑計(jì)算將V0.706 kg/m3，L933.75 kg/m3，µL0.305 mPasL1Wl2157.6 kg/h，V1WV834.156 kg/h代入上式可以求得: uf3.4m/s空塔氣速： u0.75uf0.75×3.4=2.55 m/s t = (tFtW)/ 2 = (86.799.93) / 2 93.315 體積流量：Vs=39.44×8.31×(93.315273.15

47、) / (3600×100×0.706)=0.473 m3/s D= 4Vs/ (u) 1/2 = 4×0.473 / (3.14×2.355) 1/2 = 0.50m圓整后，D=500mm ，對(duì)應(yīng)的空塔氣速u=2.55m/s校核D / d = 500 / 25 = 20 >8，符合條件。(3)全塔塔徑的確定精餾段塔徑圓整后，D=400mm，提餾段塔徑圓整后，D=500mm。因此，選用D=500mm為精餾塔的塔徑。(4)最小噴淋密度的校核填料塔中汽液兩相間的傳質(zhì)主要是在填料表面流動(dòng)的液膜上進(jìn)行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤(rùn)濕，而填料表面的

48、潤(rùn)濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度及填料材質(zhì)的表面潤(rùn)濕性能。液體噴淋密度是單位塔截面積上，單位時(shí)間內(nèi)噴淋的液體體積量，U表示。精餾段：U4L / (D2L)4×765.318 / (836.68×0.1521×3.14)7.57 m3/ (m2h) 提餾段：U4L / (D2L)4×2157.6 / (933.75×0.25×3.14)11.78 m3/ (m2h)為保證填料層的充分潤(rùn)濕，必須保證液體噴淋密度大于某一極限值，該極限值稱為最小噴淋密度，以Umin表示。最小噴淋密度是以下式計(jì)算：取m3/ (mh)，a=185 m2/m3可得

49、 m3/ (m2h)從計(jì)算上看精餾段與提餾段的噴淋密度都小于計(jì)算出的最小噴淋密度。在吸收操作中，最小噴淋密度可能會(huì)達(dá)到計(jì)算得出的這個(gè)值，但是在精餾過程中，最小噴淋密度可能只有所計(jì)算得的1/3，甚至更小。故符合條件。2、塔高的計(jì)算對(duì)于DN25金屬環(huán)矩鞍填料，一般取的HETP =355485mm。本設(shè)計(jì)選用HETP = 450mm。(1) 精餾段的填料層高度在精餾段，空塔氣速u2.588 m/s，精餾塔的塔板數(shù)是6.5。Z=HETP×NT = 0.45×6.5=2.925 m采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，留出一定的安全系數(shù)，取0.1 Z= 1.1Z= 1.1×2.9

50、25=3.2175 m (2) 提餾段的填料層高度在提餾段，空塔氣速u2.55 m/s，精餾塔的塔板數(shù)是5。Z=HETP×NT = 0.45×5=2.25 m采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，留出一定的安全系數(shù)，取0.1Z=1.1Z=1.1×2.25=2.475 m (3) 精餾塔的填料層高度 Z=3.222.475=5.695 m3、填料層壓力降的計(jì)算本設(shè)計(jì)中，散裝填料的壓降值由埃克特通用關(guān)聯(lián)圖來(lái)計(jì)算。計(jì)算時(shí)，先根據(jù)有關(guān)物性數(shù)據(jù)求出橫坐標(biāo)值，再根據(jù)操作空塔氣速、壓降填料因子以及有關(guān)的物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)值。通過作圖得出交點(diǎn)，讀出過交點(diǎn)的等壓線值，得出每米填料層壓降值。查得，DN25金屬環(huán)矩鞍散堆填料的壓降填料因子m1。(1) 精餾段的壓降經(jīng)計(jì)算得：橫坐標(biāo)： 0.0235縱坐標(biāo)： 0.0449查埃克特通用關(guān)聯(lián)圖，可得 p/Z=30×9.81=294.3 pa/m因此，精餾段的壓降 p1=294.3×3.22=947.65 pa(2) 提餾段的壓降橫坐標(biāo)： 0.0711縱坐標(biāo)： 0.0249查埃克特通用關(guān)聯(lián)圖，可得 p/Z=100×9.81=981 pa/m因此，提餾段的壓降 p2=981×2.475= 2427.9