30kt N甲基甲酰胺分離工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 序號(hào)：序號(hào)： 09449101常常 州州 大大 學(xué)學(xué)畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（ 2013 屆屆 ）工藝計(jì)算說(shuō)明書(shū)工藝計(jì)算說(shuō)明書(shū) 學(xué)學(xué) 生生 廖廖 亞亞 運(yùn)運(yùn) 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 09449101 學(xué)學(xué) 院院 石油化工學(xué)院石油化工學(xué)院 專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí) 輕化輕化 091 題題 目目 30kt/a n-甲基甲酰胺分離工藝設(shè)計(jì)甲基甲酰胺分離工藝設(shè)計(jì) 校內(nèi)指導(dǎo)教師校內(nèi)指導(dǎo)教師 黎黎 珊珊 專業(yè)技術(shù)職務(wù)專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講師講師 二零一三年六月二零一三年六月常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 44 頁(yè)目錄目錄第一章 物料衡算.31.1 原料的物料衡算.31.2 脫甲醇塔的物料衡算.41.3 精餾塔的物料衡算.5第二章

2、脫甲醇塔的工藝計(jì)算.52.1 脫甲醇塔溫度的計(jì)算.52.1.1 塔頂溫度計(jì)算.52.1.2 塔底溫度計(jì)算.82.2 回流比的計(jì)算.92.3 理論板的計(jì)算.112.4 加料板位置的確定.112.5 塔徑的計(jì)算.122.5.1 進(jìn)料溫度的計(jì)算.122.5.2 計(jì)算塔頂?shù)奈镔|(zhì)物性.122.5.3 計(jì)算塔釜的物質(zhì)物性.132.5.4 全塔的物質(zhì)物性.142.5.5 空塔氣速計(jì)算.142.5.6 氣體體積流量的計(jì)算.152.5.7 塔徑的計(jì)算與圓整.152.6 液體噴淋密度的驗(yàn)算.152.7 填料層高度的計(jì)算.152.8 塔高的計(jì)算.16第三章 能量衡算.163.1 進(jìn)料加熱器的熱負(fù)荷.163.2 塔頂

3、全凝器的熱負(fù)荷.173.3 塔釜再沸器的熱負(fù)荷.17第四章 換熱器的選型.184.1 預(yù)熱器 e-1201.184.2 冷凝器的選型 e-1202 與校核.184.2.1 冷凝器的選型.184.2.2 冷凝器的校核.19常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 44 頁(yè)4.3 再沸器的選型 e-1203.204.4 脫甲醇塔塔頂出料冷凝器 e-1204.21第五章 精餾塔工藝計(jì)算.225.1.精餾塔溫度的計(jì)算.225.1.1 塔頂溫度計(jì)算.225.1.2 塔底溫度計(jì)算.235.2 回流比的計(jì)算.245.3 理論板的計(jì)算.255.4 加料板位置的確定.265.5 塔徑的計(jì)算.265.5.1 進(jìn)料溫度

4、的計(jì)算.265.5.2 計(jì)算塔頂?shù)奈镔|(zhì)物性.265.5.3 計(jì)算塔釜的物質(zhì)物性.275.5.4 全塔的物質(zhì)物性.285.5.5 空塔氣速計(jì)算.295.5.6 氣體體積流量的計(jì)算.295.5.7 塔徑的計(jì)算與圓整.295.6 液體噴淋密度的驗(yàn)算.295.7 填料層高度的計(jì)算.295.8 塔高的計(jì)算.30第六章 能量衡算及設(shè)備選型.306.1 精餾塔進(jìn)料預(yù)熱器 e-1301.306.2 塔頂全凝器的熱負(fù)荷 e-1302.316.3 塔釜再沸器的熱負(fù)荷 e-1303.326.4 精餾塔塔頂出料冷凝器 e-1304.336.5 精餾塔塔釜出料冷凝器 e-1305.33第七章 原料儲(chǔ)罐與產(chǎn)品儲(chǔ)罐的計(jì)算與

5、選型.347.1 原料儲(chǔ)罐 v-1101.347.2 脫甲醇塔塔頂產(chǎn)物儲(chǔ)罐 v-1102.357.3 精餾塔塔頂出料產(chǎn)品儲(chǔ)罐 v-1103.357.4 精餾塔塔釜出料產(chǎn)品儲(chǔ)罐 v-1104.357.5 脫甲醇塔塔頂回流罐 v-1201.367.6 精餾塔塔塔頂回流罐 v-1301.367.7 脫甲醇塔進(jìn)入精餾塔之間的緩存罐 v-1202.36常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 44 頁(yè)第八章 管道的計(jì)算.378.1 主物料管道的計(jì)算.378.2 輔物料線的管徑計(jì)算.39第九章 泵的選型.41附錄 1 aspen 模擬.43 常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 44 頁(yè)第一章第一章 物料衡算

6、物料衡算1.1 原料的物料衡算原料的物料衡算30kt/a n-甲基甲酰胺分離工藝設(shè)計(jì)以每年 300 天，7200 小時(shí)計(jì)算，考慮到損耗量（20%的裕量） 。kg/hhkg.5000243002110103033每小時(shí)處理量已知提供的原料中含甲胺 0.10%wt，水 0.10%wt，甲醇 40.00%wt，n-甲基甲酰胺 57.00%wt，甲酸甲酯 2.80%wt。hkghkghkghkgnhkghkghkghkghkghkg/5/5000%0.10/2850/5000%00.57-/2000/5000%00.40/140/5000%0.82/5/5000%0.10水的流量甲基甲酰胺的流量甲醇的

7、流量甲酸甲酯的流量甲胺的流量查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) 第 492 頁(yè)可知，甲醇的相對(duì)分子質(zhì)量m=32.041g/molhkmolmolghkg/42.64/41.032/2000甲醇的摩爾流量 g/mol1.018水mhkmolmolghkg/2776. 0/01.18/5水的摩爾流量查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) 第 760 頁(yè)可知，甲胺的相對(duì)分子質(zhì)量m=31.058g/molhkmolmolghkg/161. 0/58.031/5甲胺的摩爾流量查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)第 686 頁(yè)可知甲酸甲酯的相對(duì)分子質(zhì)量m=60.052g/molhkmolmolghkg/3313. 2/052.60/140甲酸甲酯

8、的摩爾流量查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) 續(xù)篇第 1176 頁(yè)可知 n-甲基甲酰胺的相對(duì)分子質(zhì)量 m=59.086g/molhkmolmolghkgn/2348.48/086.59/2850-甲基甲酰胺的摩爾流量常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 44 頁(yè)hkmol/4247.1152348.483313. 2161. 02776. 042.64總摩爾流量%24. 0%1004247.1152776. 0%79.41%1004247.1152348.48-%81.55%1004247.11542.64%02. 2%1004247.1153313. 2%14. 0%1004247.115161. 0水

9、的摩爾分?jǐn)?shù)甲基甲酰胺的摩爾分?jǐn)?shù)甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)甲酸甲酯的的摩爾分?jǐn)?shù)甲胺的摩爾分?jǐn)?shù)n可列出下表 1-1表表 1-11-1 進(jìn)料物料組成表進(jìn)料物料組成表原材料wt%kg/hkmol/hmol%甲胺0.1050.16100.14甲酸甲酯2.801402.33132.02甲醇40.00200064.420055.81水0.1050.27760.24n-甲基甲酰胺57.00285048.234841.79合計(jì)100.005000115.4247100.001.2 脫輕塔物料衡算脫輕塔物料衡算已知脫輕塔塔頂水的含量為 0.01%，塔頂甲醇收率 99%，分離過(guò)程為清晰分割。已知各組分的沸點(diǎn)（從低到高）：甲胺甲

10、酸甲酯甲醇水nmf。則塔頂組分有甲胺、甲酸甲酯、甲醇和水，塔釜為甲醇、水和 nmf。設(shè)定水為重關(guān)鍵組分，甲醇為輕關(guān)鍵組分。則：d=0.01%d+99%*2000+5+140，得 d=2125.21 kg/h脫輕塔塔頂塔釜物料組成見(jiàn)表 1-2 和表 1-3。表表 1-21-2 脫輕塔塔頂物料組成表脫輕塔塔頂物料組成表wt%kg/hkmol/hmol%甲胺0.235.000.16100.25甲酸甲酯6.59140.002.33133.62甲醇93.171980.0061.795896.11水0.010.210.01170.02合計(jì)100.002125.2164.2998100.00表表 1-31-

11、3 脫輕塔塔釜物料組成表脫輕塔塔釜物料組成表wt%kg/hkmol/hmol%甲醇0.7020.000.62421.27水0.174.790.26600.54n-甲基甲酰胺99.132850.0048.234898.19合計(jì)100.0002874.7949.2150100.001.3 精餾塔物料衡算精餾塔物料衡算 脫輕塔塔釜出料即為精餾塔進(jìn)料，已知 nmf 的收率為 99%，塔釜含量 nmf 常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 44 頁(yè)99.99%wt，水的含量為 0.01%wt，假設(shè)分離過(guò)程為清晰分割，水為輕關(guān)鍵組分，nmf 為重關(guān)鍵組分，則 2850.00*99%+0.01%w=ww=2

12、821.78 kg/h精餾塔塔頂塔釜物料組成見(jiàn)表 1-4，表 1-5。表表 1-4 精餾塔塔頂物料組成表精餾塔塔頂物料組成表wt%kg/hkmol/hmol%甲醇37.7320.000.624246.00水8.514.510.250418.45n-甲基甲酰胺53.7628.500.482335.55合計(jì)100.00053.011.3569100.00表表 1-5 精餾塔塔釜物料組成表精餾塔塔釜物料組成表wt%kg/hkmol/hmol%水0.010.280.01550.03n-甲基甲酰胺99.992821.5047.752499.97合計(jì)100.0002821.7847.7679100.002

13、 工藝計(jì)算工藝計(jì)算工藝流程圖如下：80666711983806257286132003798410385276667feedprimaryfrac tionheatertemperature (c)mas s flow rate (kg/hr)圖 1 nmf 的分離工藝流程圖原料經(jīng)預(yù)熱器（heater）加熱后先進(jìn)入初餾塔（即脫輕塔） ，塔頂回收甲醇，要求甲醇回收率為 99%，塔釜物料含 nmf，進(jìn)入精餾塔，塔頂主要成分為水，塔釜為 nmf，要求 nmf 的回收率為 99%，純度達(dá) 99.99%。常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 44 頁(yè)第二章第二章 脫甲醇塔的工藝計(jì)算脫甲醇塔的工藝計(jì)算2.

14、1 脫甲醇塔溫度的計(jì)算脫甲醇塔溫度的計(jì)算2.1.1 塔頂溫度計(jì)算塔頂溫度計(jì)算塔頂操作壓力為常壓，93.17%wt 為甲醇，則塔頂溫度接近于常壓下甲醇的沸點(diǎn)，查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) ，常壓下甲醇的沸點(diǎn)為 64.6，已知塔頂壓力為 101.325kpa，氣相組成見(jiàn)表 2-1表表 2-1 脫甲醇塔塔頂氣相組成脫甲醇塔塔頂氣相組成序號(hào)分子式mol%1ch3nh20.252hcooch33.623ch3oh96.114h2o0.025hconhch30.00查化工原理下，p93 泡點(diǎn)溫度計(jì)算公式：其中理想狀態(tài)下：取溫度為 60計(jì)算，塔頂各組分的氣相分壓見(jiàn)表 2-2表表 2-2 60時(shí)塔頂氣相分壓時(shí)塔頂氣

15、相分壓摩爾分?jǐn)?shù)xi飽和蒸汽壓/kpakikixi甲胺0.00251013.250010.00000.025甲酸甲酯0.0362261.72252.58300.0935甲醇0.961184.60640.83500.8025水0.000219.85970.19600.0000求和0.9210取溫度為 70計(jì)算，塔頂各組分的氣相分壓表 2-3表表 2-3 70時(shí)塔頂各組分分壓時(shí)塔頂各組分分壓摩爾分?jǐn)?shù)xi飽和蒸汽壓/kpakikixippkii0111niiiniixky常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 44 頁(yè)甲胺0.00251312.158812.95000.0324甲酸甲酯0.0362351

16、.19253.46600.1255甲醇0.9611125.33901.23701.1951水0.000231.10680.30700.0000求和1.3530數(shù)據(jù)來(lái)源于石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)因?yàn)?yi/ki=1 介于 60和 70之間假設(shè)各物質(zhì)在 60-70的飽和蒸汽壓隨溫度變化為線性變化（內(nèi)插法）則 1對(duì)應(yīng)于 kixi 的變化為：0432. 010/ )9210. 03530. 1 (所以相對(duì)于 60而言溫度變化為：9 . 10432. 0/ )9210. 01 (塔頂溫度2.1.2 塔底溫度計(jì)算塔底溫度計(jì)算 本次設(shè)計(jì)中，為了便于計(jì)算，采用多設(shè)計(jì)一塊理論板，而不再將再沸器看做一塊理論板計(jì)算，即

17、假定再沸器只提供熱量使液體氣化，而不再改變相平衡。全塔壓降為 15mmhg,所以塔釜壓力為 103.325kpa，n-甲基甲酰胺的含量為99.17%wt，所以查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) ，常壓下 n-甲基甲酰胺的沸點(diǎn)為182.6已知塔釜壓力為 103.325kpa，氣相組成見(jiàn)表 2-4表表 2-4 脫甲醇塔塔釜?dú)庀嘟M成脫甲醇塔塔釜?dú)庀嘟M成序號(hào)分子式mol%1ch3nh20.002hcooch30.003ch3oh1.274h2o0.545hconhch398.19查化工原理下，p93 露點(diǎn)溫度的計(jì)算公式：取溫度為 180計(jì)算,各組分 xi見(jiàn)表 2-5。表表 2-5 180時(shí)塔釜各組分時(shí)塔釜各組分

18、xi9 .619 . 160dt111niiiniikyx常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 44 頁(yè)摩爾分?jǐn)?shù)yi飽和蒸汽壓/kpakiyi/ki甲醇0.01272724.6326.36950.0005摩爾分?jǐn)?shù)yi飽和蒸汽壓/kpakiyi/ki水0.005410039.70720.0006n-甲基甲酰胺0.981994.540.91501.0731求和1.0742取溫度為 190計(jì)算，各組分 xi見(jiàn)表 2-6。表表 2-6 190時(shí)塔釜各組分時(shí)塔釜各組分 xi摩爾分?jǐn)?shù)yi飽和蒸汽壓/kpakiyi/ki甲醇0.01273335.6232.28280.0004水0.0054125512.14

19、610.0004n-甲基甲酰胺0.9819123.411.19440.8221求和0.8229因?yàn)?yi/ki=1 介于 180和 190之間假設(shè)各物質(zhì)在 180-190的飽和蒸汽壓隨溫度變化為線性變化（內(nèi)插法）則 1對(duì)應(yīng)于 yi/ki 的變化為：02513. 010/ )8229. 00742. 1 (所以相對(duì)于 180而言溫度變化為：0 . 302513. 0/ ) 10742. 1 (塔釜溫度2.2 回流比的計(jì)算回流比的計(jì)算塔頂 td=61.9，通過(guò)內(nèi)插法計(jì)算塔頂各組分的飽和蒸汽壓，查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)例：t=60時(shí)，甲胺的飽和蒸汽壓 p=1013.25kpat=70時(shí)，甲胺的飽和蒸汽

20、壓 p=1312.16kpa所以 t=61.9時(shí)，甲醇塔頂 t=61.9時(shí)各組分的相對(duì)揮發(fā)度見(jiàn)表 2-7表表 2-7 塔頂各組分的相對(duì)揮發(fā)度塔頂各組分的相對(duì)揮發(fā)度摩爾分?jǐn)?shù)xi飽和蒸汽壓/kpa相對(duì)揮發(fā)度a甲胺0.00251070.0448.95甲酸甲酯0.0363278.7212.75甲醇0.961188.664.06水0.000221.861.00其中，相對(duì)揮發(fā)度均為相對(duì)于重關(guān)鍵組分水而言的0 .1830 . 3180wtkpap04.10701025.101316.1312)609 .61(25.101395.4886.2104.1070甲胺a常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 44

21、頁(yè)例如：同理甲醇塔釜 t=183.0時(shí)各組分的相對(duì)揮發(fā)度，見(jiàn)表 2-8表表 2-8 塔釜各組分的相對(duì)揮發(fā)度塔釜各組分的相對(duì)揮發(fā)度飽和蒸汽壓/kpa相對(duì)揮發(fā)度a甲醇2907.932.70水1078.61.00n-甲基甲酰胺103.20.10全塔甲醇的相對(duì)揮發(fā)度31. 37 . 206. 4a所以對(duì)于全塔而言相對(duì)揮發(fā)度見(jiàn)表 2-9表表 2-9 全塔相對(duì)揮發(fā)度全塔相對(duì)揮發(fā)度序號(hào)分子式進(jìn)料摩爾分?jǐn)?shù)xf塔頂摩爾分?jǐn)?shù)xd塔底摩爾分?jǐn)?shù)xw相對(duì)揮發(fā)度a1ch3nh20.00140.00250.000048.952hcooch30.02020.03620.000012.753ch3oh0.55810.96110

22、.01273.314h2o0.00240.00020.00541.005hconhch30.41790.00000.98190.10參考化工原理下 p96 的最小回流比的計(jì)算公式：)2() 1 (其中進(jìn)料狀態(tài)取為泡點(diǎn)進(jìn)料，所以 q=1取不同的 值代入公式（1）用 excel 表格進(jìn)行試差計(jì)算，見(jiàn)表 2-10表表 2-10 值的試差計(jì)算值的試差計(jì)算a1xf1/(a1-)a2xf2/(a2-)a3xf3/(a3-)a4xf4/(a4-)a5xf5/(a5-)求和1.0010.00140.02180.8002-2.5000-0.0472-1.73471.0020.00140.02180.8004-1

23、.2500-0.0472-0.48431.0030.00140.02190. 8006-0.8000-0.0463-0.0223111min1niijdiijniijfiijaxarqaxa) 1 ()2(常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 44 頁(yè)1.0040.00140.02190.8010-0.6250-0.04700.14151.00310.00140.02190.8007-0.7742-0.04630.00351.00320.00140.02190.8008-0.7500-0.04710.02781.00330.00140.02190.8008-0.7273-0.04640.03

24、071.00340.00140.02190.8009-0.7353-0.04710.03101.00350.00140.02190.8009-0.7143-0.04710.05201.00360.00140.02190.8009-0.6944-0.04710.07191.00370.00140.02190.8009-0.6757-0.04710.09071.00380.00140.02190.8010-0.6579-0.04710.1086所以 =1.0031，代入公式（2）中取回流比為最小回流比的 1.4 倍作為回流比50. 04 . 1minrr2.3 理論板的計(jì)算理論板的計(jì)算參考化工原理

25、下，p97 理論板數(shù)的捷算公式：其中，l 代表輕關(guān)鍵組分，h 代表重關(guān)鍵組分代入數(shù)據(jù)查化工原理下，p74所以理論板的計(jì)算公式為：代入數(shù)據(jù) n=15.6所以理論板取為 16 塊板2.4 加料板位置的確定加料板位置的確定查化工原理下，p98lhwlwhdhdlaxxxxnlglgmin37. 631. 3lg0127. 00054. 00002. 09611. 0lgminn36. 010031. 110002. 010031. 131. 39611. 031. 30031. 175.120362. 075.120031. 195.480025. 095.48minr17. 0093. 015 .

26、 036. 05 . 01minrrr17. 0)1(9 . 01lgminminrrrnnn17. 0)15 . 036. 05 . 0(9 . 0137. 6lgnnlhflfhdhdllaxxxxnlglgmin常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 44 頁(yè)300/2029. 115.2739 .6115.2734 .2205.334 .22mkgppttmpdv代入數(shù)據(jù)得 nminl=2.53又因?yàn)樗?nl=6.97加料板取為第 7 塊2.5 塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算2.5.1 進(jìn)料溫度的計(jì)算進(jìn)料溫度的計(jì)算根據(jù)工藝要求，進(jìn)料選取進(jìn)料為 0.12mpa 下的泡點(diǎn)進(jìn)料，參考化工原理下，p9

27、2 的泡點(diǎn)溫度計(jì)算公式：通過(guò)試差計(jì)算，進(jìn)料溫度為 77.5。2.5.2 計(jì)算塔頂?shù)奈镔|(zhì)物性計(jì)算塔頂?shù)奈镔|(zhì)物性查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)得，塔頂在 t=61.9下的物性見(jiàn)表 2-11表表 2-11 塔頂各組分的物性塔頂各組分的物性序號(hào)分子式相對(duì)分子質(zhì)量mol%液體密度g/cm3液體粘度mpa*s1ch3nh231.0580.25604.50000.1442hcooch360.0523.62910.70000.2443ch3oh32.04196.11958.90000.3374h2o18.010.02982.20000.4585hconhch359.0860.00甲醇塔塔頂?shù)钠骄鄬?duì)分子質(zhì)量 mdmd

28、=31.0580.0025+60.0520.0362+32.0410.9611+18.010.0002=33.050g/mol塔頂?shù)臍庀嗝芏?pv塔頂?shù)囊合嗝芏?pl、pl=604.50.0025+910.70.0363+958.90.9611+982.20.0002=954.9kg/m3塔頂?shù)囊后w粘度 ulul=0.1440.0025+0.2440.0363+0.3370.9611+0.4580.0002=0.333mpa*m塔頂?shù)臍怏w流量 wv557. 01minlllnnn111niniiiixky常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 44 頁(yè)300/5953. 176077515.2

29、7318315.2734 .2252.584 .22mkgppttmpwvv=(r+1)d=(0.5+1)64.2998=396.45kmol/hwv=vmd=96.4533.05=3187.67kg/h塔頂?shù)囊后w流量 wll=rd=0.564.2998=32.1499kmol/hwl=lmd=114.4633.05=1062.55kg/h塔頂?shù)奈镔|(zhì)性質(zhì)匯總，見(jiàn)表 2-12表表 2-12 塔頂物質(zhì)性質(zhì)匯總塔頂物質(zhì)性質(zhì)匯總符號(hào)相對(duì)分子質(zhì)量g/mol氣體密度pv/（kg/m3)液體密度pl/（kg/m3)液體粘度ul/(mpa*m)氣體流量wv/(kg/h)液體流量wl/(kg/h)數(shù)值33.05

30、1.2029954.90.3333187.671062.552.5.3 計(jì)算塔釜的物質(zhì)物性計(jì)算塔釜的物質(zhì)物性查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)得，塔釜在 t=183下的物性見(jiàn)表 2-13表表 2-13 塔釜各物質(zhì)的物性塔釜各物質(zhì)的物性序號(hào)分子式相對(duì)分子質(zhì)量mol%液體密度g/cm3液體粘度mpa*s1ch3nh231.0580.002hcooch360.0520.003ch3oh32.0411.27576.90.1034h2o18.010.54883.60.1505hconhch359.08698.19857.30.460甲醇塔塔釜的平均相對(duì)分子質(zhì)量 mwmw=32.0410.0127+18.010.00

31、54+59.0860.9819=58.52g/mol塔釜的氣相密度 pv塔釜的液相密度 pl、pl=576.90.0127+883.60.0054+857.30.9819=853.9kg/m3塔釜的液體粘度 ulul=0.1030.0127+0.1500.0054+0.4600.9819=0.454mpa*m塔釜的氣體流量 wvv=(r+1)d=(0.5+1)64.2998=96.45kmol/hwv=vmw=96.4558.52=5644.25kg/h塔釜的液體流量 wll=rd+f=0.564.2998+115.4247=147.5746mol/hml=l58.52=518.3158.52

32、=8636.07kg/h常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 44 頁(yè)3/3991. 125953. 12029. 1mkgpv3/4 .90429 .8539 .954mkgplmmpaul*393. 02454. 0333. 0hkgwv/96.4415225.564467.3187hkgwl/31.4849207.863655.1062塔釜的物質(zhì)性質(zhì)匯總，見(jiàn)表 2-14表表 2-14 塔釜的物質(zhì)性質(zhì)匯總塔釜的物質(zhì)性質(zhì)匯總符號(hào)相對(duì)分子質(zhì)量g/mol氣體密度pv/（kg/m3)液體密度pl/（kg/m3)液體粘度ul/(mpa*m)氣體流量wv/(kg/h)液體流量wl/(kg/h)數(shù)值5

33、8.521.5953853.90.4545644.258636.072.5.4 全塔的物質(zhì)物性全塔的物質(zhì)物性全塔的氣相密度全塔的液相密度全塔的液體粘度全塔的氣體流量全塔的液體流量全塔的物質(zhì)性質(zhì)匯總，見(jiàn)表 2-15表表 2-15 全塔的物質(zhì)性質(zhì)匯總?cè)奈镔|(zhì)性質(zhì)匯總符號(hào)氣體密度pv/（kg/m3)液體密度pl/（kg/m3)液體粘度ul/(mpa*m)氣體流量wv/(kg/h)液體流量wl/(kg/h)數(shù)值1.3991904.40.3934415.964849.31選用 sw-2 網(wǎng)孔波紋填料，查閱塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊(cè)得：填料總比表面積 a=450m2/m3 填料層空隙率 =0.955m3/m3

34、填料 f 因子 2.0-2.4每米填料相當(dāng)?shù)乃鍞?shù) nt=2.5查閱化工原理課程設(shè)計(jì)第二版 p175 得：金屬網(wǎng)孔波紋填料的 a=0.155 k=1.472.5.5 空塔氣速計(jì)算空塔氣速計(jì)算常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 44 頁(yè)125. 025. 02 . 032)()()(lglvvlllvtfppwwkappagu125. 025. 02 . 032)4 .9043991. 1()96.441531.4849(47. 1155. 0393. 0)4 .9043991. 1)(955. 0450(81. 9lgfuspwvsvv/8767. 036003991. 196.44153

35、muvsd7981. 071. 114. 38767. 044tnhetpz2785. 0dluh)/(3)/(67.108 . 0785. 0362. 523232hmmhmmu參考化工原理課程設(shè)計(jì)第二版 p175 的貝恩（bain）-霍根（hougen）關(guān)聯(lián)式，求填料的泛點(diǎn)氣速代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到：uf=2.13m/s對(duì)于規(guī)整填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為 u/uf=0.6-0.95所以取 u=0.8uf=0.82.13=1.71m/s2.5.6 氣體體積流量的計(jì)算氣體體積流量的計(jì)算2.5.7 塔徑的計(jì)算與圓整塔徑的計(jì)算與圓整所以將塔徑圓整為 0.8m2.6 液體噴淋密度的驗(yàn)算液體噴淋密度的驗(yàn)算查化

36、工原理課程設(shè)計(jì)第二版 p177，噴淋密度的計(jì)算式為：對(duì)全塔進(jìn)行噴淋密度的校核塔頂液體的噴淋量 lh=wl/pl=4849.31/904.4=5.362m3/h所以液體噴淋密度滿足所需要求2.7 填料層高度的計(jì)算填料層高度的計(jì)算查化工原理課程設(shè)計(jì)第二版 p179，采用等板高度法計(jì)算填料層高度的基本公式為：常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 44 頁(yè)sjcpfq/05.2663600/10005 .508 .1171610. 0)275 .77(111sjq/57.42413600/10005 .507 .1293313. 22sjq/94.778053600/10005 .501 .8642

37、00.643sjq/45.2923600/10005 .501 .752776, 04sq/96.975013600/10005 .501 .1442348.485已知 sw-2 填料的效果為每米填料相當(dāng)于 2.5 塊理論板所以等板高度 hetp=1/2.5=0.4m精餾段填料層的高度為 z1=0.4（7-1）=2.4m提餾段填料層的高度為 z2=0.410=4m2.8 塔高的計(jì)算塔高的計(jì)算塔頂?shù)姆忸^采用標(biāo)準(zhǔn)封頭，高度 h1h1=0.25d=0.251.6=0.2m液體分布器的高度 h2取為 1.5m考慮到塔釜重沸器的管長(zhǎng)為 3m，所以塔釜的高度余量 h3選為 4m所以塔高 h(不包括封頭）h

38、=2h2+z1+z2+h3=3+2.4+4+4=13.4m第三章第三章 能量衡算能量衡算3.1 進(jìn)料預(yù)熱器的熱負(fù)荷進(jìn)料預(yù)熱器的熱負(fù)荷設(shè)計(jì)地點(diǎn)選在常州，進(jìn)料溫度選為 27，泡點(diǎn)的進(jìn)料溫度為 77.5，所以平均溫度為 t=（27+77.5）/2=52.3查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) ，進(jìn)料各物質(zhì)在 t=52.3時(shí)的比熱容，見(jiàn)表 3-1表表 3-1 進(jìn)料各物質(zhì)在進(jìn)料各物質(zhì)在 t=52.3時(shí)的比熱容時(shí)的比熱容序號(hào)分子式kmol/hmol%比熱榕cp/(j/mol*k)1ch3nh20.16100.14117.82hcooch32.33132.02129.73ch3oh64.420055.8186.14h2o

39、0.27760.2475.15hconhch348.234842.79144.1常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 44 頁(yè)所以加熱器的熱負(fù)荷為：qf=q1+q2+q3+q4+q5=180.11kj/s3.2 塔頂全凝器的熱負(fù)荷塔頂全凝器的熱負(fù)荷查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) ，塔頂各物質(zhì)在 t=61.9時(shí)的汽化潛熱，見(jiàn)表 3-2表表 3-2 塔頂各物質(zhì)在塔頂各物質(zhì)在 t=61.9時(shí)的汽化潛熱時(shí)的汽化潛熱序號(hào)分子式kmol/hmol%汽化潛熱r/(j/mol)1ch3nh20.16100.2521181.12hcooch32.33133.6226325.63ch3oh61.795896.11354

40、42.04h2o61.79580.0242101.25hconhch30.00000.00q1=d1r11000/3600 =0.161021181.11000/3600=947.27j/sq2=2.331326325.61000/3600=17048.02j/sq3=61.795835442.01000/3600=436724.65j/sq4=61.795842101.21000/3600=136.83j/sq=q1+q2+q3+q4=454.86kj/s全凝器熱負(fù)荷 qd=（r+1)q=1.5454.86=682.29kj/s3.3 塔釜再沸器的熱負(fù)荷塔釜再沸器的熱負(fù)荷查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手

41、冊(cè) ，塔釜各物質(zhì)在 t=183.0時(shí)的汽化潛熱，見(jiàn)表 3-3表表 3-3 塔釜各物質(zhì)在塔釜各物質(zhì)在 t=183.0時(shí)的汽化潛熱時(shí)的汽化潛熱序號(hào)分子式kmol/hmol%汽化潛熱r/(j/mol)1ch3nh20.00000.002hcooch30.00000.003ch3oh0.62421.2721999.34h2o0.26600.5436148.75hconhch348.234898.1945217q3=w3r31000/3600 =0.624221999.31000/3600=3814.43j/s常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 44 頁(yè)q4=0.266036148.71000/36

42、00=2670.99j/sq5=48.234845217.01000/3600=605842.49j/sq=q3+q4+q5=612.33kj/s塔釜蒸汽的摩爾流量 wv=96.45kmol/h塔釜出料的摩爾流量 ww=49.215kmol/h塔釜再沸器熱負(fù)荷 qw=wv/wwq=96.45/49.215612.33=1200.02kj/s第四章第四章 換熱器的選型換熱器的選型4.1 預(yù)熱器預(yù)熱器 e-1201選擇公用工程為 0.2mpa 的水蒸氣溫度為 120，將原料從 27加熱到 77.5，采用逆流換熱方式q預(yù)=180.11kj/st1=120-27=93t2=120-77.5=42.55

43、 .64ln2121tttttm查化工原理課程設(shè)計(jì)第二版 p64，選取總傳熱系數(shù) k=800w/(m2*k) q=kstm180110=800s64.5 s=3.49m2安全系數(shù)為 1.15-1.25所以 s=(1.15-1.25)s=4.01-4.36m2查化工原理上冊(cè) p298選擇的換熱器見(jiàn)表 4-1換熱管為 =192mm表表 4-1 換熱器的型號(hào)換熱器的型號(hào)公稱直徑dn/mm公稱壓力pn/mpa管程數(shù)n管子根數(shù)n中心排管數(shù)管程流通面積/m2換熱管長(zhǎng)度l/mm計(jì)算換熱面積/m23251.6025680.004915004.74.2 冷凝器的選型冷凝器的選型 e-1202 與校核與校核4.2

44、.1 冷凝器的選型冷凝器的選型常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 44 頁(yè)循環(huán)冷卻水為 27進(jìn)換熱器，32出換熱器，將塔頂物質(zhì)從 61.9的氣體冷卻至 61.9的液體。 qd=682.29kj/st1=61.9-27=34.9t2=61.9-32=29.93 .32ln2121tttttm查化工原理課程設(shè)計(jì)第二版 p64，選取總傳熱系數(shù) k=1100w/(m2*k) q=kstm682290=1100s32.3 s=19.2m2安全系數(shù)為 1.15-1.25所以 s=(1.15-1.25)s=22.124m2化工原理上冊(cè) p298選擇的換熱器見(jiàn)表 4-2換熱管為 =192mm表表 4-2

45、換熱器的型號(hào)換熱器的型號(hào)公稱直徑dn/mm公稱壓力pn/mpa管程數(shù)n管子根數(shù)n中心排管數(shù)管程流通面積/m2換熱管長(zhǎng)度l/mm計(jì)算換熱面積/m27001.60422227180.0098200025.2冷卻水的定性溫度 t=（27+32）/2=29.5，為方便計(jì)算，取溫度 t=30。塔頂?shù)亩ㄐ詼囟热?t=61.9 下的甲醇液體，見(jiàn)表 4-3表表 4-3 t=61.9 下的甲醇和水的物性下的甲醇和水的物性溫度/密度/(kg/m3)粘度/mpa*s比熱容/kj/(kg*)導(dǎo)熱系數(shù)/w/(m*)水30995.70.8014.1740.6171甲醇61.9792.20.4912.5420.21304

46、.2.2 冷凝器的校核冷凝器的校核計(jì)算管程對(duì)流傳熱系數(shù)體積流量 q q=qcpt68.291000=q4.17410005 q=0.033m3/s常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 44 頁(yè)湍流）(1000025.62837000801. 07 .99537. 3015. 0redup)*2/(20.1282842. 525.62637015. 06171. 0023. 0prre023. 04 . 08 . 04 . 08 . 0mwdai25. 032)(725. 0tdrgpa151920.12828115190002. 0171945002. 000008598. 019.4168

47、11b11000iiimddaddrddrak內(nèi)外流通面積 a 2220098. 0)015. 0414. 3)(4222()4)(mdnpnai流速 uiui=q/a=0.033/0.0098=3.37m/s計(jì)算管程對(duì)流傳熱系數(shù)查化工原理上，p194水平圓管外的冷凝給熱系數(shù)不考慮冷凝時(shí)各排管子受到其上各排管子流下的冷凝液的影響，即不考慮液膜厚度的增加，熱阻的增加?，F(xiàn)假設(shè)外壁溫 tw=52，液膜性質(zhì)則沿用 t=61.9時(shí)的性質(zhì)所以 t=61.9-52=9.9 r=1696000j/kg確定污垢熱阻查化工原理課程設(shè)計(jì)第二版，p66r外=0.859810-4m2*/wr內(nèi)=2.010-4m2*/w

48、金屬導(dǎo)熱系數(shù)42. 5617. 0000801. 04174prpc)2(19.4168)000491. 09 . 9019. 01696000213. 081. 92 .792(725. 025. 032cmwa常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 44 頁(yè)=45w/m*總傳熱系數(shù) k=1374.31w/(m2*）換熱面積的校核所需要的面積 s=q/k/t=682290/1374.31/32.3=15.37m2實(shí)際選用換熱器的面積 s=25.2m2所以設(shè)計(jì)裕度（25.2-15.37）/15.37=63.96%符合要求4.3 再沸器的選型再沸器的選型 e-1203選用 2.5mpa 水蒸氣

49、t=220加熱塔釜的液體，將液體從 183加熱為 183的蒸氣 qw=1200.02kj/s tm=220-183=37查化工原理課程設(shè)計(jì)第二版 p64，選取總傳熱系數(shù) k=800w/(m2*k) q=kstm1200020=800s37 s=40.54m2安全系數(shù)為 1.15-1.25所以 s=(1.15-1.25)s=46.4250.68m2選擇的立式熱虹吸式重沸器見(jiàn)表 4-4換熱管為 =383mm表表 4-4 換熱器的型號(hào)換熱器的型號(hào)公稱直徑dn/mm公稱壓力pn/mpa管程數(shù)n管子根數(shù)n中心排管數(shù)管程流通面積/m2換熱管長(zhǎng)度l/mm計(jì)算換熱面積/m26001.604222180.009

50、8450058.34.4 脫甲醇塔塔頂出料冷凝器脫甲醇塔塔頂出料冷凝器 e-1204冷卻水 27進(jìn)換熱器，32出換熱器，將塔頂出料從 61.9進(jìn)一步冷卻至45。流體流向，采用逆流操作。將塔頂出料的定性溫度取為 t=（61.9+45）/2=53.5塔頂各物質(zhì)在 t=53.5時(shí)的比熱容分別見(jiàn)表 4-5表表 4-5 塔頂各物質(zhì)在塔頂各物質(zhì)在 t=53.5時(shí)的比熱容時(shí)的比熱容序號(hào)分子式kmol/hj/（mol*k）1ch3nh20.1610118.32hcooch32.3313120.83ch3oh61.795886.64h2o0.011775.2常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 共 44 頁(yè)q1=

51、0.5723118.3(61.9-45)10003600=0.089kj/sq2=2.3313120.8(61.9-45)10003600=1.322kj/sq3=61.795886.6(61.9-45)10003600=25.122kj/sq4=0.011775.2(61.9-45)10003600=0.004kj/sq=q1+q2+q3+q4=26.537kj/st1=61.9-32=29.9t2=45-27=184 .23ln2121tttttm 查化工原理課程設(shè)計(jì)第二版 p64，選取總傳熱系數(shù) k=800w/(m2*k) q=kstm26537=800s23.4 s=1.42m2安全系

52、數(shù)為 1.15-1.25所以 s=(1.15-1.25)s=1.631.78m2查化工原理上冊(cè) p298選擇的換熱器見(jiàn)表 4-6換熱管為 =192mm表表 4-6 換熱器的型號(hào)換熱器的型號(hào)公稱直徑dn/mm公稱壓力pn/mpa管程數(shù)n管子根數(shù)n中心排管數(shù)管程流通面積/m2換熱管長(zhǎng)度l/mm計(jì)算換熱面積/m21591.6011550.002730002.6第五章第五章 精餾塔工藝計(jì)算精餾塔工藝計(jì)算5.1.精餾塔溫度的計(jì)算精餾塔溫度的計(jì)算5.1.1 塔頂溫度計(jì)算塔頂溫度計(jì)算常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 共 44 頁(yè)塔頂操作壓力為常壓，37.74wt%為甲醇，53.77wt%為 n-甲基甲酰胺

53、，查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) ，常壓下甲醇的沸點(diǎn)為 64.6，n-甲基甲酰胺的沸點(diǎn)為182.6已知塔頂壓力為 101.325kpa，氣相組成見(jiàn)表 5-1表表 5-1 精餾塔塔頂氣相組成精餾塔塔頂氣相組成序號(hào)分子式mol%1ch3nh20.002hcooch30.003ch3oh46.004h2o18.455hconhch335.55查化工原理下，p93 泡點(diǎn)溫度計(jì)算公式：其中理想狀態(tài)下：取溫度為 80計(jì)算，各物質(zhì)的分壓見(jiàn)表 5-2表表 5-2 80時(shí)各物質(zhì)的分壓時(shí)各物質(zhì)的分壓摩爾分?jǐn)?shù)xi飽和蒸汽壓/kpakikixi甲醇0.46181.0921.7870.8220水0.184547.3790.46

54、80.0863n-甲基甲酰胺0.35552.3020.0230.0082表表5-2（續(xù)）（續(xù)）物質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)xi飽和蒸汽壓/kpakikixi求和0.9165取溫度為 90計(jì)算，各物質(zhì)的分壓見(jiàn)表 5-3表表 5-3 90事各物質(zhì)的分壓事各物質(zhì)的分壓物質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)xi飽和蒸汽壓/kpakikixi甲醇46.01255.9262.5261.1636水18.4370.1360.6920.1277n-甲基甲酰胺35.563.7350.0370.0131ppkii0111niiiniixky常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 44 頁(yè)求和1.3029數(shù)據(jù)來(lái)源于石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)因?yàn)?yi/ki=1 介

55、于 80和 90之間假設(shè)各物質(zhì)在 80-90的飽和蒸汽壓隨溫度變化為線性變化（內(nèi)插法）則 1對(duì)應(yīng)于 kixi 的變化為：0386. 010/ )9165. 03029. 1 (所以相對(duì)于 60而言溫度變化為：1 . 20386. 0/ )9165. 01 (塔頂溫度5.1.2 塔底溫度計(jì)算塔底溫度計(jì)算 本次設(shè)計(jì)中，為了便于計(jì)算，采用多設(shè)計(jì)一塊理論板，而不再將再沸器看做一塊理論板計(jì)算，即假定再沸器只提供熱量使液體氣化，而不再改變相平衡。全塔壓降為 20mmhg,所以塔釜壓力為 103.99kpa，n-甲基甲酰胺的含量為99.99%wt，所以查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) ，壓力 p=103.99kpa

56、時(shí)，n-甲基甲酰胺的沸點(diǎn)為 183.3。 因?yàn)樗?n-甲基甲酰胺的含量接近于 100%，所以將 103.99kpa 下 n-甲基甲酰胺的沸點(diǎn)作為塔釜的溫度計(jì)算,tw=183.3。5.2 回流比的計(jì)算回流比的計(jì)算塔頂 td=82.1，通過(guò)內(nèi)插法計(jì)算塔頂各組分的飽和蒸汽壓，查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)例：t=80時(shí)，甲醇的飽和蒸汽壓 p=181.092kpat=90時(shí)，甲醇的飽和蒸汽壓 p=255.923kpa所以 t=82.1時(shí)，精餾塔頂 t=82.1時(shí)各組分的相對(duì)揮發(fā)度，見(jiàn)表 5-4表表 5-4 精餾塔頂精餾塔頂 t=82.1時(shí)各組分的相對(duì)揮發(fā)度時(shí)各組分的相對(duì)揮發(fā)度摩爾分?jǐn)?shù)xi飽和蒸汽壓/kpa

57、相對(duì)揮發(fā)度a甲醇0.46196.80775.61水0.184552.15820.04n-甲基甲酰胺0.35552.6031其中，相對(duì)揮發(fā)度均為相對(duì)于重關(guān)鍵組分 n-甲基甲酰胺而言的例如：同理精餾塔塔釜 t=183.3時(shí)各組分的相對(duì)揮發(fā)度，見(jiàn)表 5-5表表 5-5 精餾塔塔釜精餾塔塔釜 t=183.3時(shí)各組分的相對(duì)揮發(fā)度時(shí)各組分的相對(duì)揮發(fā)度物質(zhì)飽和蒸汽壓/kpa相對(duì)揮發(fā)度akpap807.19610092.181923.255)801 .82(092.18161.75603. 2807.196甲醇a1 .821 . 280dt常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 44 頁(yè)水1086.6910.

58、44n-甲基甲酰胺104.071全塔水的相對(duì)揮發(fā)度46.1444.1004.20a所以對(duì)于全塔而言相對(duì)揮發(fā)度見(jiàn)表 5-6表表 5-6 全塔相對(duì)揮發(fā)度全塔相對(duì)揮發(fā)度序號(hào)分子式進(jìn)料摩爾分?jǐn)?shù)xf塔頂摩爾分?jǐn)?shù)xd塔底摩爾分?jǐn)?shù)xw相對(duì)揮發(fā)度a3ch3oh0.01270.460.0075.614h2o0.00540.18450.000314.465hconhch30.98190.35550.99971參考化工原理下 p96 的最小回流比的計(jì)算公式：)2() 1 (其中進(jìn)料狀態(tài)取為泡點(diǎn)進(jìn)料，所以 q=1取不同的 值代入公式（1）用 excel 表格進(jìn)行試差計(jì)算，見(jiàn)表 5-7表表 5-7 值試差計(jì)算值試差計(jì)算

59、a3xf3/(a3-)a4xf4/(a4-)a5xf5/(a5-)求和130.0153369590.053482-0.08182-0.0130表表5-7（續(xù)）（續(xù)）a3xf3/(a3-)a4xf4/(a4-)a5xf5/(a5-)求和140.0155858950.169748-0.075520.109813.20.0153861080.061971-0.08048-0.003113.30.0154108010.067314-0.079820.002913.210.0153885740.062467-0.08041-0.002613.220.015391040.062971-0.08034-0.

60、002013.230.0153935080.063483-0.08028-0.001413.240.0153959760.064003-0.08021-0.000813.250.0153984450.064532-0.08015-0.000213.260.0154009140.06507-0.080080.000413.270.0154033850.065617-0.080020.0010111min1niijdiijniijfiijaxarqaxa) 1 ()2(常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 44 頁(yè)13.280.0154058560.066173-0.079950.001613.