甲醇回收成套裝置之板式連續(xù)精餾工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué) 院 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 年 級(jí) 2009級(jí) 姓 名 設(shè)計(jì)題目 甲醇回收成套裝置之板式連續(xù)精餾工藝設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 職稱 2013年5月10日目 錄摘 要1abstract1前言11 設(shè)計(jì)方案的確定22 主要工藝設(shè)計(jì)計(jì)算32.1 精餾塔的物料衡算32.2 塔板數(shù)的確定42.3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算82.4 精餾塔工藝尺寸設(shè)計(jì)122.5 浮閥的流體力學(xué)驗(yàn)算202.6 塔板負(fù)荷性能圖223 輔助設(shè)備選型與計(jì)算263.1 接頭管設(shè)計(jì)263.2 法蘭273.3 熱量衡算283.4 冷凝器的選擇303.5 再沸器的選擇303.6 泵的選型313.7 貯罐的

2、計(jì)算324 設(shè)計(jì)結(jié)果概要325 效益分析335.1 經(jīng)濟(jì)效益分析335.2 環(huán)境效益分析345.3 社會(huì)效益分析34結(jié)束語34參考文獻(xiàn)35附件1 甲醇回收成套裝置之板式連續(xù)精餾工藝設(shè)計(jì)任務(wù)書37附件2 帶控制點(diǎn)的生產(chǎn)工藝流程圖38附件3 設(shè)備流程平面布置圖39附件4 浮閥塔裝配圖（另附）甲醇回收成套裝置之板式連續(xù)精餾工藝設(shè)計(jì) 摘 要：本文設(shè)計(jì)了河南信陽市某制藥廠酸性廢水中回收甲醇的浮閥精餾塔處理工藝，主要包括塔的工藝計(jì)算、塔主要工藝尺寸設(shè)計(jì)、浮閥精餾塔處理工藝輔助設(shè)備選型等。通過本工藝處理可以達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)所要求的分離要求和生產(chǎn)能力。關(guān)鍵詞：甲醇；浮閥塔；連續(xù)精餾；工藝；設(shè)計(jì)abstract：t

3、his paper designs a pharmaceutical plant in henan xinyang in acidic wastewater recycling float valve of methanol distillation process, main process mainly include the process calculation, tower of the tower design, float valve distillation process auxiliary equipment selection, etc. through this pro

4、cess can meet the requirements of design task required separation and production capacity.keywords：methanol; float valve tower; continuous distillation; process; design前言甲醇俗稱木醇、木精，英文名為methanol，分子式ch3oh。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味；分子量32.04，相對(duì)密度0.7914()，蒸氣相對(duì)密度1.11(空氣=1)，熔點(diǎn)-97.8，沸點(diǎn)64.7，閃點(diǎn)（開杯）16，自燃點(diǎn)473，

5、折射率（20）1.3287，表面張力（25）45.05mn/m，蒸氣壓（20）12.265kpa，粘度（20）0.5945mpas。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機(jī)溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.036.5（體積比）?；瘜W(xué)性質(zhì)較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學(xué)反應(yīng)。甲醇是重要有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域。甲醇主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂必不可少的原料。用甲醇作甲基化試劑可生產(chǎn)丙烯酸甲酯、對(duì)苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重

6、要有機(jī)合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、農(nóng)藥、炸藥、香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。甲醇也是一種重要的有機(jī)溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇，可用于調(diào)制油漆。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)的分離。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，甲醇燃料以其安全、廉價(jià)、燃燒充分，利用率高、環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn)，替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一；另外燃料級(jí)甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達(dá)到環(huán)保要求。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，富含維生素和蛋白質(zhì)，具有營養(yǎng)價(jià)值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景1。河南信陽市某制藥廠的酸性廢水中，含有大量甲醇，由于甲醇

7、是一種極重要的有機(jī)化工原料，也是一種燃料，是c1化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。故應(yīng)對(duì)該廠所排放的甲醇酸性廢水中的甲醇予以回收。由于浮閥精餾塔操作彈性大，效率較高，故本工藝擬設(shè)計(jì)一浮閥精餾塔，以分離出設(shè)計(jì)任務(wù)書所要求的甲醇酸性廢水中的甲醇，從而達(dá)到該廠所要求的分離要求和生產(chǎn)能力。1 設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)書為甲醇回收成套裝置之板式連續(xù)精餾工藝設(shè)計(jì)。由于稀酸是含甲醇污水產(chǎn)生腐蝕的主要原因，故上述含有甲醇26%左右的廢水應(yīng)先進(jìn)行預(yù)處理，再去回收甲醇。甲醇酸性廢水采用管道中和法，連續(xù)加液堿中和，控制污水ph值1214，中和后含稀甲醇污水沉降46小時(shí)，使夾帶的少量污水渣子沉降下來不進(jìn)

8、塔2,3。經(jīng)中和、沉降后，可粗略認(rèn)為廢水中甲醇含量為26%左右，其余為水。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程，因?yàn)槠渚哂猩a(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。由于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4,5的2倍。由于浮閥精餾塔操作彈性大，效率較高，故本工藝采用浮閥精餾塔，以分離出設(shè)計(jì)任務(wù)書所要求的甲醇酸性廢水中的甲醇，從而達(dá)到該廠所要求的分離要求和生產(chǎn)能力6,7。處理流程見圖1。先對(duì)甲醇酸性廢水進(jìn)行預(yù)處理，再去回收甲醇。甲醇酸性廢水采用管道中和法，連續(xù)加液堿中和，控制污水ph值1214，中和后，含稀甲醇污水沉降46小時(shí)，使夾帶的少量污水渣子沉降下來不進(jìn)塔。經(jīng)中和、沉降后

9、，得到甲醇、水與氯化鈉的混合液，而氯化鈉的沸點(diǎn)比水的還要高，會(huì)和水一起從塔釜蒸出，不會(huì)對(duì)甲醇的分離產(chǎn)生影響，故可看做是惰性組分。故此系統(tǒng)可近似看做是甲醇與水的二元組分，混合液經(jīng)進(jìn)料泵送入雙濾料過濾器，經(jīng)進(jìn)料預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后，送入精細(xì)過濾器，過濾后送入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分送入精餾塔回流，其余經(jīng)塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻后，送至儲(chǔ)罐，塔釜采用間接蒸汽再沸器加熱，塔底產(chǎn)品冷卻后，送入貯罐。加液堿中和進(jìn)料加熱器精細(xì)過濾器循環(huán)水回循環(huán)水來產(chǎn)品甲醇蒸汽來蒸汽回脫甲醇廢水塔底水泵精餾塔回流泵重沸器進(jìn)料泵緩蝕阻垢劑雙濾料過濾器塔頂冷凝器酸性廢水來沉降室圖1 甲醇污水處理工藝流程圖2 主要工藝設(shè)

10、計(jì)計(jì)算2.1 精餾塔的物料衡算（1）原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品含甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（2）原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品含甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)（3）原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量表1 甲醇和水的物理性質(zhì)8項(xiàng)目分子式分子量沸點(diǎn)()臨界溫度()甲醇ch3oh32.0464.7516.25水h2o18.02100648.15（4）物料衡算原料處理量 每小時(shí)處理原料摩爾量： 總物料衡算 (1) 易揮發(fā)組分物料衡算 (2) 聯(lián)立(1)，(2)可得：根據(jù)甲醇-水氣液平衡組成與溫度的關(guān)系數(shù)據(jù)表3，用內(nèi)插法求進(jìn)料溫度： 進(jìn)料溫度即泡點(diǎn)溫度83.59。2.2 塔板數(shù)的確定2.2.1 理論板層數(shù)nt的求?。?）全塔溫度的求取根據(jù)甲

11、醇-水氣液平衡組成與溫度的關(guān)系數(shù)據(jù)表，用內(nèi)插法求全塔溫度： 塔頂溫度 進(jìn)料溫度 塔釜溫度 精餾段平均溫度 提餾段平均溫度 （2）汽相組成的求取根據(jù)甲醇-水氣液平衡組成與溫度的關(guān)系數(shù)據(jù)表，用內(nèi)插法求汽相組成： 塔頂處汽相組成： 進(jìn)料口處汽相組成： 塔釜處汽相組成： （3）相對(duì)揮發(fā)度的求解對(duì)于兩組分溶液，當(dāng)操作壓強(qiáng)不高時(shí)，氣相遵循道爾頓分壓定律9，相對(duì)揮發(fā)度的表達(dá)式為： 塔頂處相對(duì)揮發(fā)度： 進(jìn)料處相對(duì)揮發(fā)度： 塔釜處相對(duì)揮發(fā)度：精餾段平均相對(duì)揮發(fā)度： 提餾段平均相對(duì)揮發(fā)度： 平均相對(duì)揮發(fā)度：由于兩段的相對(duì)揮發(fā)度差距有點(diǎn)大，所以只能使用平均相對(duì)揮發(fā)度： （4）操作線方程的求解平衡線方程：q線方程：

12、最小回流比及操作回流比r：r=2rmin=3.326精餾段操作線方程： 提餾段操作線方程： 提餾段操作線過點(diǎn)，連接該點(diǎn)和精餾段操作線與線的交點(diǎn)即為提餾段操作線。（5）理論塔板數(shù)表2 不同溫度下甲醇-水的平衡曲線上的點(diǎn)操作線方程與相平衡方程對(duì)理論板數(shù)的計(jì)算即在平衡線上的點(diǎn)xyxy精餾段提餾段0.95900.98240.089310.38770.91290.96390.03150.19010.83240.92870.010260.67870.69330.86640.0032970.022280.46340.75980.0010990.0071550.20860.58280.0000560.0024

13、53圖2 精餾塔理論塔板數(shù)繪圖及其局部放大圖表3 不同溫度下甲醇-水的氣液相點(diǎn)精餾塔板數(shù)的相關(guān)坐標(biāo)點(diǎn)xyxyxy0.98240.98240.46340.75980.022280.010260.95900.98240.58280.46340.0032970.022280.96390.95900.20860.58280.0071550.0032970.91290.96390.38770.20860.0010990.0071550.92870.91290.089310.38770.0024530.0010990.83240.92870.19010.089310.0000560.0024530.866

14、40.83240.03150.1901第7塊為進(jìn)料板0.69330.86640.67870.0315理論板總數(shù)12塊0.75980.69330.010260.6787 即：總理論板數(shù)為12塊（含蒸餾釜），精餾段理論板數(shù)為6塊，第7塊為進(jìn)料板。2.2.2 實(shí)際塔板數(shù)n的求取 由奧康內(nèi)爾10經(jīng)驗(yàn)公式可知： 塔頂和塔底的平均溫度為： 查表9可知：甲醇的l1=0.6 mpas；水的l2=1.005 mpas 此時(shí)的相對(duì)粘度11可以近似為進(jìn)料口溫度下的進(jìn)料粘度： 實(shí)際塔板數(shù)：nt=12-1=11，精餾段6塊，提餾段5塊。 精餾段：n=6/et=6/0.324=19（層） 提餾段：=5/et=5/0.32

15、4=16（層）2.3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算2.3.1 操作壓強(qiáng)的計(jì)算 塔頂壓力=101.33kpa，每層塔板壓降p=0.7kpa（一般情況下，板式塔的每一個(gè)理論級(jí)壓降約在0.41.1kpa12），則： 進(jìn)料板壓力：pf=101.33+190.7=114.63kpa 塔釜壓力：=114.63+160.7=125.83 kpa 精餾段平均操作壓力： 提餾段平均操作壓力：2.3.2 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂摩爾質(zhì)量的計(jì)算：由查平衡曲線得： 進(jìn)料摩爾質(zhì)量的計(jì)算：由平衡曲線查得： 塔釜摩爾質(zhì)量的計(jì)算：由平衡曲線查得：=0.000056 =0.002453 精餾段平均摩爾質(zhì)量： 提餾段平均摩

16、爾質(zhì)量：2.3.3 平均密度計(jì)算（1）氣相平均密度 由pvnrt推出：精餾段平均氣相密度： 提餾段平均氣相密度：（2）液相密度表4 不同溫度下甲醇-水的密度列表溫度/64.67683.5999.99甲醇液體密度(kg/m)749.48730.07712.02水密度(kg/m)981.22969.99958.78 塔頂處液相組成：， 進(jìn)料板處液相組成：=0.165，=0.835 塔釜處液相組成：=0.000056，=0.999944 精餾段平均液相密度： 提餾段平均液相密度：2.3.4 液體平均表面張力的計(jì)算表5 不同溫度下甲醇-水的表面張力溫度/64.67683.5999.99甲醇18.216

17、.314.6水65.2561.6558.8 液相平均表面張力依下式計(jì)算（1）塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 （2）進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算（3）塔釜液相平均表面張力的計(jì)算（4）精餾段液相平均表面張力（5）提餾段液相平均表面張力2.3.5 液體平均黏度的計(jì)算 液相平均黏度依下式計(jì)算：表6 不同溫度下甲醇-水的黏度溫度/64.67683.5999.99 甲醇液體黏度（mpas）0.340.2770.228水黏度（mpas）0.43870.34160.2838（1） 塔頂液相平均黏度的計(jì)算 由=64.676查手冊13得：；（2）進(jìn)料板液相平均黏度的計(jì)算 由=83.59查手冊得：；（3）塔釜液相平均黏

18、度的計(jì)算 由=99.99查手冊得：； （4）精餾段液相平均黏度（5）提餾段液相平均黏度2.3.6 精餾塔氣液負(fù)荷計(jì)算（1）精餾段 （2）提餾段 2.4 精餾塔工藝尺寸設(shè)計(jì)2.4.1 塔徑的計(jì)算估取板間距為，由于一般常壓塔取12，故取板上清液層高度，則 式中的c8由 計(jì)算 (3) （1）精餾段ht=0.45-0.07=0.38mm 由史密斯關(guān)聯(lián)圖14得=0.083依公式（3） 取安全系數(shù)為0.712，則： 故： 按化工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)15，塔徑圓整為0.8m。（2）提餾段 查史密斯關(guān)聯(lián)圖得 依公式（3） 取安全系數(shù)為0.7，則： 故： 按化工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)，塔徑圓整為0.7m。 故板間距取0.45m合適。為了

19、使得整體美觀及加工工藝簡單，在提餾段和精餾段的塔徑相差不大的情況下，選擇相同的尺寸，故塔徑取d=0.8m。（3）空塔氣速精餾段的橫截面積： 則精餾段空塔氣速為：提餾段的橫截面積： 則提餾段空塔氣速為：2.4.2 精餾塔高度的計(jì)算（1）精餾塔的有效高度精餾段有效高度為 提餾段有效高度為 根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械要求，塔的d1000mm時(shí)，人孔設(shè)1個(gè)。在進(jìn)料板下方開一人孔，其高度為0.45m，設(shè)人孔處的板間距ht人等于800mm。 故精餾塔的有效高度為 z0=8.1+6.75+0.8=15.65m （2）精餾塔總高度筒體壁厚： 所選材質(zhì)為16mnr，采用單面焊對(duì)接接頭，局部無損檢測=0.8。 查表15得1

20、6mnr在200下的許用應(yīng)力為170mpa，pc=1.0mpa。又對(duì)于碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的=4mm，故取=4mm。 =+=4+1=5mm 由=5mm查得=0.25mm，+=5.25mm，經(jīng)圓整取=6mm。 復(fù)驗(yàn)，故最后取=0.25mm，該塔體可用6mm厚的16mnr鋼板制作。封頭： 選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，即k=1.0。所選材質(zhì)為16mnr，采用單面焊對(duì)接接頭，局部無損檢測=0.8。 又對(duì)于碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的=4mm，故取=4mm。 =+=4+1=5mm 由=5mm查得=0.25mm，+=5.25mm，經(jīng)圓整取=6mm。 復(fù)驗(yàn)，故最后取c1=0.25mm，該塔體可用6mm厚的16

21、mnr鋼板制作。由公稱直徑800mm，查得曲面高度hl=150mm，直邊高度ho=25mm，故選用封頭。校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度： 式中：pt=1.25pc=1.251=1.25mpa，=-c=6-1.25=4.75mm，=345mpa 則=0.90.8345=248.4mpa 可見，故水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠。裙座： 塔底常用裙座支撐，裙座的結(jié)垢性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。裙座內(nèi)徑為800mm，取裙座壁厚16mm，則基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑： 基礎(chǔ)環(huán)外徑： 圓整：?？紤]到腐蝕余量，基礎(chǔ)環(huán)厚度取18mm。考慮到再沸器，裙座高取2m，地角螺栓直徑取。除沫器： 空塔

22、氣速較大，塔頂帶液嚴(yán)重以及在工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，需設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。 這里選用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大，質(zhì)量輕，空隙大及實(shí)用方便等優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)氣速選?。浩渲校合禂?shù) 除沫器直徑：塔的總體高度：塔頂部空間高度：塔頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚拥剿敺忸^的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離為600mm，塔頂部空間高度為1200mm。塔底部空間高度：塔底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離，即hb=1.6m。塔的總體高度：2.4.3 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算（1）溢流裝置計(jì)算浮閥式精餾塔的溢流裝置包括溢流堰，降液管和

23、受液盤等幾部分。其尺寸和結(jié)構(gòu)對(duì)塔的性能有著重要影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合其他影響因素，選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，采用凹形受液盤12。各項(xiàng)計(jì)算如下：溢流堰長取堰長為0.66d，即 溢流堰高度計(jì)算如下： 依式 近似取e=1，則 取板上清液高度 弓形降液管寬度和截面積 由，查弓形降液管的寬度與面積圖12知： 故 液體在降液管中的停留時(shí)間，即 降液管底隙高度h0 取則 選用凹形受液盤，深度。（2）塔板布置因?yàn)閐800mm，故塔板采用分塊板。查塔板分塊表12得，塔板分為3塊。邊緣區(qū)寬度確定 在塔板的受液盤與鼓泡區(qū)之間設(shè)一安定區(qū)，以保證進(jìn)塔板的液體平穩(wěn)均勻分布，同時(shí)也可防止氣體串入降液管，安定區(qū)的寬度取

24、值通常為50100mm，估取。 在鼓泡區(qū)與溢流堰之間設(shè)一安定區(qū)，其目的是為液體提供一個(gè)脫氣的區(qū)域，以避免夾帶大量氣泡的液體進(jìn)入降液管，通常其寬度為70100mm，估取。邊緣區(qū)是塔板靠近塔壁的邊緣留出的邊寬，以供支持塔板和塔板緊固件夾緊。對(duì)直徑在2.5m以下的塔，一般邊寬取50mm，對(duì)直徑在2.5m以上的塔，一般邊寬可取60mm或更大些2。估取。開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積 其中： 因?yàn)?所以浮閥的數(shù)目及其排列選定重型浮閥，其閥孔直徑。閥孔氣速可根據(jù)閥孔動(dòng)能因子確定，其定義式為根據(jù)工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)，對(duì)重型浮閥，當(dāng)板上浮閥剛?cè)_時(shí)，在812之間，在此范圍內(nèi)選擇8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、

25、11.5、12各值時(shí)，其相應(yīng)的數(shù)據(jù)如表7。做出圖象，如圖3所示。因此選則浮閥數(shù)，圓整為n=81個(gè)單溢流塔板 表7 fo-n關(guān)系表81.0557.7890.0390.84290.5388.51.0558.2750.0390.84285.22191.0558.7620.0390.84280.4849.51.0559.2490.0390.84276.246101.0559.7360.0390.84272.43210.51.05510.2230.0390.84268.982111.05510.7090.0390.84265.85111.51.05511.1960.0390.84262.987121.0

26、5511.6830.0390.84260.361圖3 fo-n關(guān)系圖等腰三角形排列時(shí)，一個(gè)閥孔的鼓泡面積約為，故。故實(shí)際取值。根據(jù)上述已確定的孔距，按等腰三角形叉排方式作圖，得到在鼓泡區(qū)內(nèi)可以布置的浮閥總數(shù)為65。校核fo在812范圍內(nèi)，此浮閥數(shù)能滿足要求。校核塔板開孔率一般對(duì)常壓塔，故能滿足要求。2.5 浮閥的流體力學(xué)驗(yàn)算2.5.1 塔板壓降的校核塔板壓降等于干板壓降和液層壓降之和，即閥全開前 閥全開后 其中，閥孔臨界氣速求得所以，閥全開前 式中：為充氣系數(shù)，反映板上液層充氣程度，無量綱，此處。氣體進(jìn)、出一塊塔板的壓強(qiáng)降故氣體進(jìn)、出一塊塔板的壓強(qiáng)降。2.5.2 液沫夾帶的校核泛點(diǎn)率在塔板結(jié)構(gòu)

27、一定的情況下，兩相流量最大，液沫夾帶量最大，因此液沫夾帶校核應(yīng)取氣、液流量最大的塔釜上側(cè)塔板。故取提餾段數(shù)據(jù)進(jìn)行校核： 查表10得物性系數(shù) 由泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖16，查得 對(duì)大塔，泛點(diǎn)率，因此滿足泛點(diǎn)率要求，不會(huì)發(fā)生過量液沫夾帶。2.5.3 溢流液泛的校核泡沫液層的高度 式中：為泡沫液層相對(duì)密度，甲醇-水物系屬于一般物系，取。 與降液管中泡沫液層高度相當(dāng)?shù)那逡簩痈叨?式中：對(duì)于浮閥塔，液面落差相對(duì)較小，且此塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響10。液體經(jīng)過降液管的阻力損失： 可見，不會(huì)發(fā)生液泛。2.6 塔板負(fù)荷性能圖2.6.1 精餾段(1)漏液線 漏液線，又稱氣相負(fù)荷下限線。氣相負(fù)荷低于此線

28、將發(fā)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，氣、液不能充分接觸，使塔板效率下降。對(duì)f1型重閥取閥孔動(dòng)能因子時(shí)的氣體負(fù)荷為操作的下限值。(2)過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線） 由表查得物性系數(shù) 由泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖，查得 式中：對(duì)于大塔，現(xiàn)取。代入數(shù)據(jù)得 (3)液相負(fù)荷下限線 對(duì)于平頂直堰，取平堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限的標(biāo)準(zhǔn)。代入數(shù)據(jù)得 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。(4)液相負(fù)荷上限線 液體在降液管中最短停留時(shí)間以3s計(jì)算，則 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。(5)液泛線 已知堰高 式中：為泡沫液層相對(duì)密度，甲醇-水物系屬于一般物系，取。 將上述各項(xiàng)代入式中，得整理得查圖4，可知： 故

29、精餾段操作彈性為圖4 精餾段負(fù)荷性能圖2.6.2 提餾段(1)漏液線 漏液線，又稱氣相負(fù)荷下限線。氣相負(fù)荷低于此線將發(fā)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，氣、液不能充分接觸，使塔板效率下降。對(duì)f1型重閥取閥孔動(dòng)能因子時(shí)的氣體負(fù)荷為操作的下限值。(2)過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線）由表查得物性系數(shù)。 由泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖，查得式中：對(duì)于大塔，現(xiàn)取。代入數(shù)據(jù)得(3)液相負(fù)荷下限線 對(duì)于平頂直堰，取平堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限的標(biāo)準(zhǔn)。代入數(shù)據(jù)得 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。(4)液相負(fù)荷上限線 液體在降液管中最短停留時(shí)間以3s計(jì)算，則 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。(5)液泛線 已知

30、堰高 式中：為泡沫液層相對(duì)密度，甲醇-水物系屬于一般物系，取。 將上述各項(xiàng)代入式中，得整理得圖5 提餾段負(fù)荷性能圖查圖5，可知： 故提餾段操作彈性為 3 輔助設(shè)備選型與計(jì)算3.1 接頭管設(shè)計(jì)（）由上述公式知，接管尺寸由管內(nèi)蒸氣速度及體積、流量決定。各接管允許的蒸氣速度查表15得：（1）塔頂蒸氣出口管徑，取u=13m/s（低壓氣體在管道中常用流速范圍為815m/s17） 根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整到d=0.30m。選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管。（2）回流管管徑，取u=1.0m/s 根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整到d=0.04m。選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管。（3）塔底進(jìn)氣管管徑，取u=13m/s 根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整

31、到d=0.30m。選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管。（4）加料管管徑 取u=1.0m/s 根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整到d=0.04m。選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管。（5）料液排出管管徑取u=0.6m/s 根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整到d=0.04m。選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管。表8 管型選取表管型進(jìn)料管回流管塔底出料管塔頂蒸汽出料管塔底蒸汽進(jìn)氣管規(guī)格3.2 法蘭所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管平焊法蘭。由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭。進(jìn)料管接管法蘭采用：hg 20592 法蘭 pl 25(b)-2.0 rf q235-a；回流管接管法蘭采用：hg 20592 法蘭 pl 25(b)-2.0 rf q235-a；塔底出料管法蘭采用：hg

32、 20592 法蘭 pl 25(b)-2.0 rf q235-a；塔頂蒸氣出料管法蘭采用：hg 20592 法蘭 pl 133(b)-2.0 rf q235-a；塔底蒸氣進(jìn)氣管法蘭采用：hg 20592 法蘭 pl 133(b)-2.0 rf q235-a。3.3 熱量衡算3.3.1 加熱介質(zhì)的選擇選用0.6mpa飽和水蒸氣，溫度158。原因：水蒸氣清潔易得，不易結(jié)垢，不腐蝕管道，飽和水蒸汽冷凝放熱值大，而水蒸汽壓力越高，冷凝溫差越大，管程數(shù)相應(yīng)減小，但蒸汽壓力不宜太高。3.3.2 冷凝劑的選擇選冷卻水，溫度25，溫升10（一般取冷卻水進(jìn)出口溫差為510，如用較大溫差會(huì)使結(jié)垢嚴(yán)重3）。原因：冷

33、卻水方便易得，清潔不易結(jié)垢，升溫線越高，用水量越小，但平均溫差小，傳熱面積大，綜合考慮選擇10。3.3.3 熱量衡算 由汽液平衡數(shù)據(jù) 則=64.676時(shí)：由物性表11查得 =99.99時(shí)：由物性表查得 =83.59時(shí)：由物性表查得 當(dāng)=64.676時(shí)，由物性表查的 塔頂以0為基準(zhǔn)，則0上升熱量 塔頂餾出液熱量：回流液熱量： 進(jìn)料熱量： 塔底殘液熱量qw： 冷凝器消耗的熱量qc： 再沸器提供的熱量qb（全塔范圍內(nèi)列熱量衡算式）塔釜熱損失為10%，則塔釜熱損失。再沸器實(shí)際熱負(fù)荷： 計(jì)算得： 3.4 冷凝器的選擇有機(jī)物蒸汽冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)范圍5001200，取k=700。出料液溫度：83

34、.59（飽和氣）83.59（飽和液），冷卻水溫度取2535，逆流操作： 傳熱面積：根據(jù)全塔熱量衡算得取安全系數(shù)為1.04，則所需傳熱面積a=1.04a=6.309m2。表9 換熱器列表公稱直徑/管程數(shù)排管數(shù)管程流通面積/換熱面積a/換熱管長度l/3254520.00239.130003.5 再沸器的選擇選用158飽和水蒸氣加熱，傳熱系數(shù)取k=600。料液溫度83.5999.99，水蒸汽溫度158158，逆流操作： 傳熱面積：根據(jù)全塔熱量衡算得： 取安全系數(shù)為1.04，則所需傳熱面積=1.04a=8.249m2。表10 換熱器列表公稱直徑/管程數(shù)排管數(shù)管程流通面積/換熱面積/換熱管長度l/325

35、4520.00239.130003.6 泵的選型以進(jìn)料泵為例，由上面設(shè)計(jì)可知其流速為： 設(shè)泵在地面上，忽略其它因素，料液面至加料孔的高度h=0.45(16-2)+1.6+2=9.9m，主加料管長20m。90標(biāo)準(zhǔn)彎頭兩個(gè)，截止閥兩個(gè)，則有關(guān)管件的局部阻力系數(shù)17分別是：90標(biāo)準(zhǔn)彎頭： =0.75 截止閥： =6.0則總的局部阻力系數(shù)為： =0.75+62=13.5 由上面設(shè)計(jì)可知：進(jìn)料液密度為，黏度為則： 取管壁絕對(duì)粗糙度則： 在兩截面之間列柏努利方程求泵的揚(yáng)程為：流量 所選泵的額定流量和揚(yáng)程應(yīng)略大于系統(tǒng)所需的。查泵性能表15，油泵型號(hào)為：50y-60b，如表10。 因所選壓頭大于管路壓頭，故應(yīng)

36、采用閥門調(diào)節(jié)，閥門調(diào)節(jié)多消耗的壓頭為：故多消耗的軸功率為： 表11 泵性能表型號(hào)50y-60b流量/h9.9揚(yáng)程m38功率kw機(jī)5.5軸2.39轉(zhuǎn)速2950效率35%泵殼許用壓力kgf/cm16/26結(jié)構(gòu)單級(jí)3.7 貯罐的計(jì)算 以回流罐為例，回流罐通過的物流量：設(shè)凝液在回流罐中停留的時(shí)間為10min(精餾設(shè)備的回流罐的儲(chǔ)存量不需要太大，一般有1020min的使用量，就能滿足使用要求18)，罐的裝載系數(shù)為0.7(一般的計(jì)量罐的裝載系數(shù)取6070%18)，則該罐的容積計(jì)算如下：故回流罐容積可取v=0.74 設(shè)計(jì)結(jié)果概要將設(shè)計(jì)浮閥塔的主要結(jié)果匯總于下表： 項(xiàng)目符號(hào)單位設(shè)計(jì)（計(jì)算）數(shù)據(jù)精餾段提餾段各段

37、平均壓強(qiáng)107.98120.23各段平均溫度74.13391.79平均流量氣相 0.8420.794液相 0.000750.00138實(shí)際塔板數(shù)塊1916板間距0.450.45塔的有效高度8.16.75塔徑0.80.8空塔氣速1.6761.580塔板溢流形式單流型單流型溢流裝置溢流管型式弓形弓形堰長0.5280.528堰高0.06160.0573溢流堰寬度0.1080.108管底與受液盤距離0.01420.0261板上清液層高度0.070.07孔徑3939孔間距8080孔數(shù)個(gè)8181開孔面積0.4770.477閥孔氣速8.7068.706塔板壓降0.70.7液體在降液管中停留時(shí)間22.9212

38、.46降液管內(nèi)清液層高度hd0.1310.131負(fù)荷上限霧沫夾帶控制霧沫夾帶控制負(fù)荷下限漏液控制漏液控制氣相最大負(fù)荷vs,maxm3/s0.97711.118氣相最小負(fù)荷vs,minm3/s0.49580.526操作彈性1.9712.1255 效益分析 5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析本污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理水量為5000kg/h，其經(jīng)濟(jì)效益分析如下： 1）電費(fèi)裝機(jī)容量為12kw，實(shí)用功率為8kw，按照電價(jià)0.60元/度來計(jì)算，運(yùn)行效率按75%計(jì)算：2）人工費(fèi)本污水處理系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，系統(tǒng)運(yùn)行一人兼職管理，年薪及福利待遇為每人24000元/年，則人力工資=24000元/年。3）藥劑費(fèi)設(shè)計(jì)需處理的廢水量約

39、5000kg/h，hcl從8.5%降到0，則去除hcl的量m1=50008.5%=425kg/h，需投加naoh的量：蒸汽耗量約1.285=6.4噸/h，naoh以2200元/噸，蒸汽以100元/噸計(jì)，則藥劑費(fèi)：465.752200/1000+6.4100=1664.65元/h4）運(yùn)行費(fèi)用 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間一年以300天計(jì)，則：0.00072500024300+24000+1664.6524300=1203.54萬元/年5）設(shè)備折舊費(fèi)設(shè)備建造安裝費(fèi)用以100萬元估算，成套設(shè)備的保固壽命按8年計(jì)，則100/8=12.5萬元/年6）減少排污費(fèi)以每噸廢水收取排污費(fèi)1元計(jì)，1524300=3.6萬元/年7

40、）甲醇收益 甲醇以2400元/噸計(jì)，則甲醇收益為：31.7926.2030.99243002400/1000=1425.02萬元/年因此直接經(jīng)濟(jì)效益為1425.02-1203.54-3.6-12.5=205.38萬元/年5.2 環(huán)境效益分析該廠廢水處理后，對(duì)保護(hù)區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量具有積極的作用，對(duì)改善人們的生活環(huán)境有明顯的促進(jìn)作用。工程的環(huán)境效益十分明顯。 5.3 社會(huì)效益分析該廢水處理工程是一項(xiàng)保護(hù)環(huán)境、建設(shè)文明衛(wèi)生城市，為子孫后代造福的工程，其社會(huì)效益十分明顯。 (1)本工程實(shí)施后，可保護(hù)區(qū)域水環(huán)境水質(zhì)，為社會(huì)服務(wù)。 (2)提高衛(wèi)生水平，保護(hù)人民身體健康，防止疾病傳染等。 (3)樹立環(huán)保企業(yè)的

41、形象。結(jié)束語本次設(shè)計(jì)任務(wù)為甲醇回收成套裝置之板式精餾塔的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)精餾塔的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行基本參數(shù)的確定，然后進(jìn)行物料衡算、熱量衡算，確定進(jìn)料、塔頂、塔底的產(chǎn)品流量，從而確定理論板數(shù)。其次根據(jù)精餾段、提餾段的出料狀況進(jìn)行塔徑、塔板布置及附屬設(shè)備的計(jì)算，最后對(duì)全塔進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算。通過此設(shè)計(jì)，使酸性廢水能夠達(dá)到規(guī)定的分離要求，回收率較高，從而使廢水的排放不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。通過本次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們多方位、綜合地分析考察工程問題并獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力，要科學(xué)、合理、有創(chuàng)新地完成一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，往往需要各種數(shù)據(jù)和相關(guān)資料。因此，資料、文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)的查找、收集是工程設(shè)計(jì)必不可少的基礎(chǔ)工作。要具備較好的工

42、程設(shè)計(jì)計(jì)算和綜合評(píng)價(jià)的能力。為了使設(shè)計(jì)合理要進(jìn)行大量的工藝計(jì)算和設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算。本設(shè)計(jì)包括塔板結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)表達(dá)。工程設(shè)計(jì)完成后，往往要交付他人實(shí)施或與他人交流。因此，在工程設(shè)計(jì)和完成過程中，都必須將設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)過程和結(jié)果以文字、圖紙和表格的形式表達(dá)出來。在設(shè)計(jì)說明書的撰寫過程中，我遇到了很多困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下克服了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師，在我對(duì)設(shè)計(jì)一籌莫展的時(shí)候，是他不厭其煩的督促和教導(dǎo)，我才能順利的結(jié)束畢業(yè)設(shè)計(jì)的撰寫。另外，在校內(nèi)圖書館查找資料的時(shí)候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助，在此向幫助和指導(dǎo)過我的每一位老師表示最衷心的感謝！此外，感謝這篇設(shè)計(jì)所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有這些學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我很難完成本篇設(shè)計(jì)說明書的撰寫。參考文獻(xiàn)1 王登海,王遇冬.長慶氣田含醇污水甲醇回收工藝技術(shù)探討j.石油與天然氣化工,2001,30(3):152-160.2 鄭純智,李鋒,文穎頻,等.萃取精餾法回收制藥廢液中四氫呋喃和甲醇j.化學(xué)世界,2010,(12):747.3 王永全.甲醇精餾技術(shù)簡述j.化肥設(shè)計(jì),2004