年產(chǎn)噸甲醇精餾段工藝畢業(yè)設(shè)計

中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（2010屆）年產(chǎn)15萬噸甲醇制乙烯精餾工段工藝設(shè)計系 別 化學(xué)工程系專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝年 級 2010級學(xué)生姓名 劉雅慧指導(dǎo)教師 信振洋2014年4月10日設(shè)計年產(chǎn)15萬噸甲醇精餾段，年開車時間7920小時，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發(fā)的計算條件：原料氣組成 CHOHHOCHCHOH輕餾分雜醇3 2 3 2Wt%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)計要求：編寫計算說明書，其中包括綜述，工藝路線選擇，物料衡算與工藝計算，主要塔設(shè)備計算，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)備圖等說明書可以電腦打字，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，是最簡單的飽和脂肪組醇類的代表物，是碳一化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品。無色、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)化為汽車燃料的途徑。近年來，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開發(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)展對甲醇的需求，開展了此3000t/a的甲醇項(xiàng)目。設(shè)計的主要內(nèi)容是進(jìn)行物料衡算，塔設(shè)備簡捷法計算、熱量衡算、換熱器計算等工藝計算。本設(shè)計本著符合國情、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,Methylalcoho1）又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最簡單的飽和醇?；瘜W(xué)分子式為CH3OH，結(jié)構(gòu)式如下：HIH--C--OHIH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。甲醇是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。熔點(diǎn)-939C、沸點(diǎn)64.7C、密度0.7914克/厘米3（20C）、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(qiáng)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4克就會出現(xiàn)中毒反應(yīng)，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。常見的癥狀是，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(qiáng)，損害腎臟導(dǎo)致腎衰竭。甲醇中毒，通?？梢杂靡掖冀舛痉?。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(fèi)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。特別是隨著能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇有未來主要燃料的候補(bǔ)燃料之稱，需用量十分巨大［1］。我國目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來發(fā)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)的發(fā)展。從我國能源結(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(yùn)藏著潛在的巨大市場。我國甲醇工業(yè)無疑將迅速發(fā)展起來［13］。1.1.3甲醇精餾工藝的概況1、工序任務(wù)甲醇精餡是甲醇合成的下游工序，其目的就是對合成裝置來的粗甲醇進(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)等級精甲醇產(chǎn)品。2、裝置工藝特點(diǎn)目前，總體來說甲醇精餡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精餡、填料精餡和復(fù)合型精餡。本甲醇精餡裝置采用的是以規(guī)整填料為塔內(nèi)件的三塔精餾工藝，精餡用汽為低壓蒸汽。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，增加了一個塔，以對污水中的甲醇進(jìn)行回收處理，故現(xiàn)在一般叫3+1塔工藝流程。精餡的主要設(shè)備是精餡塔，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、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，精餡塔的內(nèi)徑越來越大，于是氣液分布不均問題顯得突出，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，為解決這些問題，人們開發(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填料塔放大技術(shù)的攻關(guān)，在解決了氣液分布等問題后，大型裝置又開始使用填料塔。目前的填料分為散堆填料和規(guī)整填料。設(shè)計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-盤式液體分布器可以較好地解決抗堵、防夾帶等問題，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題；5、 分離效率高，操作彈性大，生產(chǎn)能力大。1.4甲醇精餾工藝流程說明1.4.1預(yù)精館系統(tǒng)來自甲醇合成裝置的粗甲醇（40°C、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70C左右，然后進(jìn)入預(yù)精餾塔C-15501的上部。預(yù)精餾塔C-15501頂部出來的氣相，首先進(jìn)入預(yù)精餾塔一級冷凝器E-15506的殼程，物料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到67.5C,冷卻下來的液體進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽T-15501中；從預(yù)精餾塔一級冷凝器E-15506出來的氣體進(jìn)入預(yù)精餾塔二級冷凝器E-15515的殼程，物料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到40C左右，冷凝下來的液體進(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)精餾塔回流槽T-15501中，萃取出來的物料去雜醇油罐；二級冷凝器中出來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,對管程的介質(zhì)進(jìn)行加熱來為預(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，將粗甲醇的PH值控制在7.5?8左右。1.4.2加壓精餡系統(tǒng)預(yù)精餾塔出來的預(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°C后，去中間罐區(qū)的精甲醇計量罐（或粗甲醇儲罐）。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45C左右，進(jìn)入回流槽T-15504，回流槽出來的液體經(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塔底出來的釜液，含有微量的甲醇和有機(jī)物，經(jīng)廢水冷卻器E-15512中的循環(huán)冷卻水冷卻到60C左右后，送出界區(qū)去污水生化處理裝置。CHOHHOCHCHOH輕餾分雜醇3 2 3 2Wt%70 3.72 0.1 1.11 0.072.甲醇精餾生產(chǎn)工藝設(shè)計及計算2.3加壓精餾塔工藝計算[3]2.3.1物料衡算已知：年產(chǎn)150000噸甲醇，以320個工作日計。F''=150000t/a，質(zhì)量分率：x'F=46%，x'D=99.7%，x'w=0.5%M甲醇=32.04kg/kmol，M水=18.02kg/kmol進(jìn)料流量F=150000000=19531.25kg/h320x24進(jìn)料液、餾出液、釜?dú)堃旱哪柗謹(jǐn)?shù)46/32.04xf46/32.04+進(jìn)料液、餾出液、釜?dú)堃旱哪柗謹(jǐn)?shù)46/32.04xf46/32.04+54/18.0299.7/32.04=0.324xd99.7/32.04+0.3/18.020.5/32.04=0.995,—0.5/32.04+99.5/18.02=口。。3進(jìn)料平均相對分子質(zhì)量：Mf=0.324x32.04+18.02x(1-0.324)=22.56kg/kmol原料液：F=19531.25=865.75kmol/h22.56總物料：F=W+Dn865.75=W+D ①易揮發(fā)：Fxf=Dxd+Wx^n865.75x0.324=Dx0.995+Wx0.003 ②聯(lián)立①、②得 D=280.15kmol/hW=585.60kmol/h塔頂產(chǎn)品的平均相對分子質(zhì)量：MD=0.995x32.04+18.02x(1—0.995)=31.970kg/kmol塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量：D'=M0D=31.970x280.15=8956.40kg/h塔釜產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量：M=0.003x32.04+18.02x(1—0.003)=18.062kg/kmolw塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量：W'=MW=18.062x585.60=10577.11kg/h99.5—87.41塔頂：——99.5—87.41塔頂：——100—87.41t.D一6$9nt=64.79P64.7—66.9LD_LD.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)8956.4010577.1119531.25質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%99.70.546摩爾流量/(kmol/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:100—99.564.7—t100—99.5100—91.9464.7—66.9n、=.0—0.3 100—t塔釜：e=麗fntw=y

33.33-28.1876.7-78 *“小進(jìn)料：EH8=~^7Tn‘尸76.93。F精餾段平均溫度：t1=盤\L=70.89°C提餾段平均溫度：t2= =88.27C平均相對揮發(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tF=92.9tF=92.9C時，y(1-x)28.34x(100-5.31)yBXA(1-y)(100-28.34)x5.31=7.05仃66."仃66."時，a=y(1-X)2(1-y)x91.94x(100-87.41)1? =1.64(100-91.94)x87.41?a=a1+a2=7.05+1.64=435.?*一’2， 2 .回流比的確定由于進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料七=七解析法R=^—r[%-以？七)]=0.907mma-1X1-X又操作回流比R可取R=(1.1-2)Rmin所以取R=1.5R.=1.5x0.907=1.36三、熱量衡算[3]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的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準(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)100?1000C，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)計選用300KPa(溫度為133C)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，不但成本會相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。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10?35C.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)計建廠地區(qū)為長治。長治市夏季最熱月份日平均氣溫為25C。故選用25C的冷卻水,選升溫10C，即冷卻水的出口溫度為35C.

熱量衡算⑴冷凝器的熱負(fù)荷-T273.15+64.841冷凝器的熱負(fù)荷&=(R+.659)(/-1)普中t273廿并64塔頂上升蒸汽的焓Tr=—1=^D =0.6581c七D---二-----塔頂餾出液的焓對于全凝器作熱量衡算(忽略熱?量損V甲 一0658又 . 1 一熱量損損失3)=1103.771kJ/對于全凝器作熱量衡算(忽略熱?量損V甲 一0658又 .式中^Hv甲 甲醇的蒸發(fā)潛熱T=T^HV7"--5~+64-.淑的蒸卷潛熱亥發(fā)潛熱的計算8.I5一廠=xAH+(1—x)△H蒸發(fā)潛熱與溫些關(guān)系=0D576D 〃甲D"r1Tc 648.15式中Tr 對比溫度沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表沸點(diǎn)/C烝發(fā)潛熱^HV/(kJ-kg-1)Tc/K甲醇64.71105513.15水1002257648.1564.84°C時，甲醇：入入A―T、△H=AH(——)0.38r1蒸發(fā)潛熱：同理，水：蒸發(fā)潛熱：所以婦-。廣七叫甲+。_%)瑚水=0.995x110377—(1—0.995)x2364068=108643所以Q=(R+1)D(I-1)=(2.78+1)x295.33x1146.5622.冷卻水消耗量=1.28x102.冷卻水消耗量△H=2257x(1—0.521)0.38=2364.068kJ/kgV水 Q1—0.576W= Qc——CCx\t—t)式中 Wc 冷卻水消耗量，kg/hCpc 冷卻介質(zhì)在平均溫度下的比熱容，kJ/(kg?°C)t『t2 冷卻介質(zhì)在冷凝器進(jìn)出口處的溫度，C所以t= =25+35=30C2 2此溫度下，冷卻水的比熱容C=4.25kJ/(kg?C)QC 0.76QC 0.76x106cxq—七)=4.25x(35—25)=1.79x104kg/h⑶加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算歹列表計算甲醇、水在不同溫度下混合物的比熱容Cp(單位：kJ/(kg?C))塔頂塔釜進(jìn)料p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：C1x(t一。=3.145x(64.79—76.93)=-38.1803kJ/kg水：C1x(t一。=4.396x(64.79—76.93)=-53.367kJ/kg提餾段：甲醇：C1x(tW一。=3.412x(99.6—76.93)=77.35kJ/kg水：C2x(tW一七)=4.388x(99.6—76.93)=99.48kJ/kg塔頂流出液的比熱容：C1=C1XD'+（1-氣'）弓2=3.145X0.997+0.003x4.396=3.149kJ/（kg近）塔釜溜出液的比熱容：C2=C1氣'+（1—Xw'）Cp2=3.412x0.003+0.997x4.388=4.385kJ/（kg?°C）為簡化計算，現(xiàn)以進(jìn)料焓，即76.93C時焓值為基準(zhǔn)根據(jù)資料所提供的數(shù)據(jù)，tD=128.1C,^T34.2C注：下標(biāo)1為甲醇，下標(biāo)2為水。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)行計算，則全凝器的熱負(fù)荷為（塔頂溫度為128.1C下，甲醇的汽化熱為953.4809kJ/kg）QC=953.4809X1583.2626X32.04=4.84X107kJ/htD=128.1C下，水的比熱容為C=4.265kJ/lg?C）W=——Qc——=—4.84X107=1134818.29kg/hcCx（t2-11）4.265x（42-32）再沸器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽消耗量在tw=134.2C下，甲醇的汽化熱為1025.26kJ/kg，水的汽化熱為2254.24kJ/kg選用0.7MPa（700kpa，180C）低壓蒸汽為加熱介質(zhì)再沸器的熱負(fù)荷為Q廣V?因釜?dú)堃簬缀鯙樗?，故其焓可按純水進(jìn)行計算，即I^-/碩=廠=2254.24X18.02=40621.40kJ/kmol則QB=1583.2626X40621.40=6.43X107kJ/h加熱蒸汽消耗量為W=—Q

ccU2-1］）由附錄查得P為700kpa時水的汽化熱為2071.5kJ/kg。則W=Q=6.43X107=31040.31kg/hhr2071.5

2.3.3理論塔板數(shù)計算[7]由于本次設(shè)計時的相對揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡捷法求得，應(yīng)用圖解法。精餾段操作線方程為 y=—x+^^d-R+1R+1截距=0.994=0.6067R+10.6383+1連接（x，x），（0，己卜）與q線交于d點(diǎn)，連接（x，x）與d點(diǎn)，得到DD R+1 WW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x^極小，利用作圖法畫出理論板數(shù)，如圖所示，梯級數(shù)為12塊。加壓塔求理論塔板數(shù)的圖解法圖2-3塔頂溫度下：P。=804.252kpa加壓塔求理論塔板數(shù)的圖解法圖2-3塔頂溫度下：P。=804.252kpaAP。=130.652kpaBadP。B=804.252/130.652=6.156塔底溫度下：《=945.304kpaP。=308.248kpa=945.304/308.248=3.067P=945.304/308.248=3.067a=—aWP。B全塔平均揮發(fā)度：%=、?°x%=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精餡塔主要尺寸的設(shè)計計算1.精餾塔設(shè)計的主要依據(jù)和條件表2-5水在不同溫度下的密度溫度/°c6070 80 90100110密度/(g/cm3)0.98320.9778 0.9718 0.96530.95840.9510表2-6甲醇在不同溫度下的密度溫度/c1020 30 405060密度/(g/cm3)0.80080.7915 0.7825 0.77400.76500.7555表2-7水在不同溫度下的黏度溫度/c8090 100 110120130黏度/mPa-s0.35650.3165 0.2838 0.25890.23730.2177表2-8甲醇在不同溫度下的黏度溫度/c1015 20 65.3171.8698.52黏度/mPa-s0.6860.638 0.591 0.3320.2950.225用內(nèi)插法可以計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：90-800.9653—0.971884.1-80?90-800.9653—0.971884.1-80?水-0.9718nP水=0.9691g/cm354-530.5146-0.522984.1-53四水-0.5229=0.2648mPa-s表2-9水和甲醇在不同溫度下的密度溫度/ct°=128.1 t^=134.2 t=107.2水密度/(g/cm3)甲醇密度/(g/cm3)0.9376 0.9331 0.95310.6908 0.6851 0.7107溫度/c表2-10水和甲醇在不同溫度下的黏度tD=128.1 t^=134.2 t=107.2水黏度/(mPa-s)0.2214 0.2099 0.2624水甲醇黏度/(mPa?甲醇黏度/(mPa?s)0.14730.13130.20222.塔頂條件下的流量和物性參數(shù)M=M1?Xd+M2<-xD)=32.04X0.994+18.02X(1-0.994)=31.96kg/kmol匕=M?V=31.96X1583.2626=50601.07kg/hL=M?L=31.96X617.0337=19720.4kg/hxD=0.994na1=0.993,a2=0.0071a1a+aPLP1P20.993 0.007 + 0.69080.9376=1.4450cm3/g所以pl=0.6920g/cm3=692.0kg/m3_pM_ 101..325x31.96P所以pl=0.6920g/cm3=692.0kg/m3_pM_ 101..325x31.96PV-~RT-8.314x(273.15+128.1)0.9707kg/m3日=日x+pG-x)=0.2214X0.994+0.1473X(1-0.994)L1D2D=0.2210mPa?s塔頂出料口質(zhì)量流量：D=966.2289X31.96=30880.68kg/h表2-11塔頂部數(shù)據(jù)結(jié)果表符M號kg/kmolI44

kg/m3kg/m3mPa?s流量D質(zhì)量/kg/h屜爾/Kmol/h)數(shù)31.96 0.9707 692.0 0.2210 30880.68 966.2289值3.塔底條件下的流量和物性參數(shù)M=M1?x^+M2?G-x^)=32.04X0.67+18.02X(1-0.67)=27.42kg/kmolpMP= VRT101.325x27.428.314x(273.15+134.2)=0.8204kg/m3由于X=0.67na=0.78,a=0.22W1 21a+aplp1p20.78 0.22 + =1.3743cm3/g0.68510.9331所以pl=0.7276g/cm3=727.6kg/m3日=p,X+p(-XW)=0.1313X0.67+0.2099X(1-0.67)=0.1573mPa?s匕=M-V'=27.42X1583.2626=43413.06kg/hL3=M-L=27.42X3056.1538=83799.74kg/h塔底質(zhì)量流量：W=1552.1203X27.42=42559.1386kg/h表2-12塔底部數(shù)據(jù)結(jié)果表付M pV pL —l 流量―號 kg/kmol kg/m3 kg/m3mPa-s 質(zhì)量/(kg/1)摩爾MmolIh)數(shù)27.42 0.8204 727.6 0.1573 42559.1286 1552.1203值進(jìn)料條件下的流量和物性參數(shù)M=M1?七+M2?G-七)=32.04X0.82+18.02X(1-0.82)=28.44kg/kmolpM101.325x28.44R^~8.314x(273.15+107.2廠 ?，"由于x=0.82na=0.87,a=0.13F 1 2所以-1=約+君=冬+冬=1.3605cm3/gplp1p2 0.71070.9531所以p=0.7350g/cm3=735.0kg/m3V2=V2=1583.2626X28.44=45027.99kg/h精餾段：L2=M?L=28.44X617.0337=17548.44kg/h提餾段：L2=M?L'=28.44X3056.1538=86917.01kg/h目=px+^G—x)=0.2022X0.82+0.2624X(1-0.82)=0.1973mPa?sL1F2F

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M Py PL 七 流量尸號kg/kmolkg/m3kg/m3mPa-s 質(zhì)量/奴/h屜爾/^kmol/h)數(shù)28.44 0.9113 735.0 0.1973 73734.6 2439.1201值精餾段的流量和物性參數(shù)P+P0.9707+0.91132=P+P0.9707+0.91132=0.941kg/m3PLP_L土2+P_L 2692.0+735.0

2713.5kg/m3V=匚=50601.07+45027.99=47814.53kg/h2 2rL+L19720.4+17548.44L=——2= =18634.42kg/h22口=^±^=0.2210+0.1973=0.2092mPa?sl2 2提餾段的流量和物性參數(shù)PvP^+P0.9113+0.82042=0.8659kg/mPvP^+P0.9113+0.82042=0.8659kg/m3PL735.0+727.62=731.3kg/m345027.99+43413.662=44220.83kg/h86917.01+83799.742=85358.38kg/h日=h日=hL^LFL20.1573+0.19732=0.1773mPa?s體積流量塔頂：v=匕=50601.07=14.48m3/ss1 p0.9707x3600V1

塔底：V=匕=43413.°6=M.699m3/sS3 p0.8204X3600V a.V a.45027.99］欠方4,進(jìn)料：V=—a= =13.725m3/ss2 p0.9113x3600V2PC—S2精餾段：諾=1s2=些+嘗=14.102m3/sS 2 2PC—S2提餾段：而=1^=些+些T4.212m3/ss 2表2-14精僧段、提僧段數(shù)據(jù)結(jié)果表精餾段 提餾段氣相密度Pv/(g-m-3)液相密度Pl/(g-m-3)氣相摩爾流量/(mol.h-1)氣相質(zhì)量流量/(g-h-1)0.9410 0.8659713.5 731.31583.2626 1583.262647814.53 44220.83液相黏度/m尸。-s液相摩爾流量/(mol.h-1)液相質(zhì)量流量/(g-h-1)0.2092 0.1773617.0337 3056.153818634.42 85358.382.3.5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，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個方面進(jìn)行。本設(shè)計選用規(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、有對稱性，當(dāng)與散裝填料有相同的比表面積時，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 峰高比表面積 理論板數(shù) 空隙率 壓力降

mmm2/m31/m%MPa/mCB500Y122502.5973.0X10-42.3.6塔徑設(shè)計的計算1.精餾段塔徑計算由氣速關(guān)聯(lián)式式中l(wèi)gu2 式中l(wèi)gu2 a fp ), , ―G ,四0.2g ￡2 "p J L'L/ 干填料因子;頊"PLJ四l 液體粘度，mPa-s；A 金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料為0.30；L、G 液體、氣體質(zhì)量流速；PG、pl——?dú)怏w、液體密度；g 重力加速度。精餾段：pg=0.9410kg/m3，pl=713.5kg/m3，￡=0.97，a=250m2/m3,七=0.2092mPa-s，L=18634.42kg/h，G=47814.53kg/h，A