甲醇精餾塔設(shè)計說明書.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除設(shè)計條件如下：操作壓力：105.325 Kpa(絕對壓力)進料熱狀況：泡點進料回流比：自定單板壓降：0.7 Kpa塔底加熱蒸氣壓力：0.5M Kpa(表壓)全塔效率：ET=47%建廠地址：武漢設(shè)計計算(一) 設(shè)計方案的確定本設(shè)計任務(wù)為分離甲醇-水混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，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，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸氣加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。(二) 精餾塔的物料衡算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：MA=32 Kg/Kmol 水的摩爾質(zhì)量：MB=18 Kg/KmolxF=32.4%xD=99.47%xW=0.28%2、 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MF= 32.4%*32+67.6%*18=22.54 Kg/KmolMD= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/KmolMW= 0.28%*32+99.72%*18=26.91 Kg/Kmol3、 物料衡算原料處理量：F=(3.61*103)/22.54=160.21 Kmol/h總物料衡算：160.21=D+W甲醇物料衡算：160.21*32.4%=D*99.47%+W*0.28%得D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h(三) 塔板數(shù)的確定1、 理論板層數(shù)MT的求取甲醇-水屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)由手冊查得甲醇-水物搦的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖(附表)求最小回流比及操作回流比 采用作圖法求最小回流比，在圖中對角線上，自點e(0.324，0.324)作垂線ef即為進料線(q線)，該線與平衡線的交戰(zhàn)坐標(biāo)為 (xq=0.324,yq=0.675) 故最小回流比為Rmin= (xD- yq)/( yq - xq)=0.91 取最小回流比為：R=2Rmin=2*0.91=1.82求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/h V=(R+1)D=2.82*51.88=146.30 Kmol/h L=L+F=94.42+160.21=254.63 Kmol/hV=V=146.30 Kmol/h精餾段操作線方程為： y =(L/V)x + (D/V)xD =(99.42/146.30)x+(51.88/146.30)*99.47%=0.6454x+0.3527 提餾段操作線方程為： y=(L/V)x + (W/V)xW=(254.63/146.30) x-(108.33/146.30)*0.28% =1.7405 x-0.0021圖解法求理論板層數(shù) 采用圖解法求理論板層數(shù)(附圖)，求解結(jié)果為： 總理論板層數(shù)：NT=13(包括再沸器) 進料板位置： NF=10 2、實際板層數(shù)的求取溫度t（）4.03575.30.40.7293.52573.10.50.7793.14371.20.60.8252.86869.30.70.8702.69167.60.80.9152.53466.00.90.9582.45465.00.950.979精餾段實際板層數(shù)：N精9/47%=20 N提4/47%=9(四) 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算以精餾段為例進行計算1、 塔頂操作壓力：PD101.3 Kpa每層塔板壓降：P0.7 Kpa進料板壓力：PF105.3+0.7*20119.3 Kpa精餾段平均壓力：（105.3+119.3）/2112.3 Kpa2、 操作溫度計算依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中甲醇、水的飽和蒸氣壓由安托尼方程計算，計算過程略，計算結(jié)果如下：塔頂溫度：tD64.6進料板溫度：tF76.3精餾段平均溫度：tM70.453、 平均摩爾質(zhì)量計算塔頂平均摩爾質(zhì)量計算：由xD=y1=0.9947,查y-x曲線（附表），得x10.986MVDm=0.9947*32+(1-0.9947)*18=31.93MLDm=0.9860*32+(1-0.9860)*18=31.80進料板平均摩爾質(zhì)量計算由圖解理論板（附圖），得yf=0.607 xF=0.229MVFm=0.607*32+(1-0.607)*18=26.50MLFm=0.229*32+(1-0.229)*18=21.21所以精餾段平均摩爾質(zhì)量：MVm=（31.93+26.50）/2=29.22MLm= (31.80+21.21)/2=26.514、 平均密度計算氣相密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，即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tD64.6查手冊得，進料板液相平均密度的計算由tF76.3查手冊得，進料板液相的質(zhì)量分量精餾段液相平均密度為：5、 液體平均表面張力計算液相平均表面張力依下式計算，即塔頂液相平均表面張力的計算由tD64.6，查手冊得進料板液相平均表面張力的計算由tF76.3，查手冊得精餾段液相平均表面張力為：6、 平均粘度的計算液相平均粘度依下式計算，即塔頂液相平均粘度的計算由tD64.6查手冊得，進料板液相平均粘度的計算由tF76.3查手冊得精餾段液相平均表面張力為（五）精餾塔的塔體工藝尺寸計算1、 塔徑的計算精餾段的氣、液相體積流率為：取板間距HT0.4m，板上液層高度hL=0.06m，則HT-hL=0.40-0.060.34m查史密斯關(guān)聯(lián)圖得，C200.074取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為按標(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=1.033/0.785=1.316 2、 精餾塔有效高度的計算精餾段有效高度為Z精（N精1）HT（20-1）*0.47.6m提餾段有效高度為Z提（N提1）HT（9-1）*0.43.2m在進料板上方開2人孔，其高度為0.8m故精餾塔有效高度為ZN精+N提+0.8*212.4m（六）塔板主要工藝尺寸的計算1、 溢流裝置計算因塔徑D1.0m，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤，各項計算如下：塔長lW=0.66D=0.66m溢流堰高度hW 由hWhL-hOW 選用平直堰，堰上液層高度hOW近似取E1，則取板上清液層高度hL60mm故弓形降液管寬度Wd和截面積Af由lw/D=0.66,查圖得Af/AT=0.0722 Wd/D=0.124 驗算液體在降液管中停留時間故降液管設(shè)計合理降液管底隙高度h0 故降液管底隙設(shè)計合理選用凹形受液盤，深度=50mm2、 塔板布置塔板的分塊因D800mm，故塔板采用分塊式，且分為3塊邊緣區(qū)寬度確定取開孔面積Aa 篩孔計算及其排列本例所處理的物系無腐蝕性，可選用3mm碳鋼板，取篩孔直徑d0=5mm 篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t3d015 mm篩孔數(shù)目n為開孔率為氣體通過閥孔的氣速為（七）篩板的液體力學(xué)驗算1、 塔板壓降干板阻力hc計算干板阻力 由d0/3/5=1.667,得C00.772故氣體通過液層的阻力hl計算hlhL查圖得，=0.59故液體表面張力的阻力計算 液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由下式計算氣體通過每層塔板的液柱高度hP可按下式計算，即hP=hc+hl+h hP=0.0448+0.0354+0.00359=0.084m液柱氣體通過每層塔板的壓降為2、 液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。3、 液沫夾帶液沫夾帶量故在本設(shè)計中，液沫夾帶量ev在允許范圍內(nèi)4、 漏液對于篩板塔，漏液點氣速u0,min實際孔速穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計中無明顯漏液5、 液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度Hd應(yīng)服從以下關(guān)系甲醇水物系屬不易發(fā)泡物質(zhì)，取0.6則：（八）塔板負(fù)荷性能圖1、 漏液線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)果列于下表0.00060.00150.00300.00450.4750.4920.5120.530由上表可作出漏液線12、 液沫夾帶線以關(guān)系如下在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表0.00060.00150.00300.00451.3861.3141.2221.1443、 液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度how0.006m作最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限。4、 液相負(fù)荷上限線5、 液泛線將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表0.00060.00150.00300.00452.0561.9911.8681.705由上表數(shù)據(jù)可作出液泛線5根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖（附圖）在負(fù)荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線，由圖看出，該篩板的操作上限為液沫夾帶線控制，下限為液相負(fù)荷下限線控制。所設(shè)計篩板的主要結(jié)果匯總于下表序號項目數(shù)值1平均溫度tm ,70.452平均壓力Pm ,KPa112.33氣相流量VS ,(m3/s)1.0334液相流量LS ,m/s8.56*10-45實際塔板數(shù)296有效段高度Z ,m12.47塔徑 ,m1.08板間距 ,m0.49溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長 ,m0.6612堰高 ,m52.07*10-313板上液層高度 ,m0.0614堰上液層高度 ,m7.93*10-315降液管底隙高度 ,m0.01616安定區(qū)寬度 ,m0.06517邊緣區(qū)寬度 ,m0.03518開孔區(qū)面積 ,m20.53219篩孔直徑 ,m0.00520篩孔數(shù)目273121孔中心距 ,m0.01522開孔率 ,%10.123空塔氣速 ,m/s1.54324篩孔氣速 ,m/s19.2325穩(wěn)定系數(shù)2.1526每層塔板壓降 ,Pa667.4527負(fù)荷上限液沫夾帶28負(fù)荷下限液相負(fù)荷下限29液沫夾帶量ev（Kg液/Kg氣）0.04130氣相負(fù)荷上限 ,m/s1.34431氣相負(fù)荷下限 ,m/