甲醇—水填料精餾塔設(shè)計(jì)示例-精選.

1、甲醇一水分離裝置的工藝設(shè)計(jì)摘要甲醇是一種重要的化工原料，其用途廣泛，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(lái)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。甲醇易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物質(zhì)，因此只有用特殊的方法才能制得完全 無(wú)水的甲醇。精儲(chǔ)是應(yīng)用最廣的傳質(zhì)分離操作，板式塔是目前最主要的精儲(chǔ)塔塔型，對(duì)它的 研究一直長(zhǎng)盛不衰。篩板塔和浮閥塔成功地取代泡罩塔是效益巨大的成果。板式塔的設(shè)計(jì)已達(dá)到較高水平，設(shè)計(jì)結(jié)果比較可靠。馬倫戈尼效應(yīng)造成的界面湍動(dòng)現(xiàn)象和汽液兩相間的不同 接觸工況的研究，使認(rèn)識(shí)得到了深化，對(duì)傳質(zhì)效率的研究有

2、所促進(jìn)。具有各種特點(diǎn)的新型塔 板開發(fā)研究不斷取得成果。對(duì)于塔板上汽液兩相流動(dòng)和混合狀況、霧沫夾帶及它們對(duì)效率的 影響研究不斷深入，但離得到一個(gè)通用而可靠的效率估算模型尚有較大距離，特別是多元系統(tǒng)的效率。進(jìn)一步深入進(jìn)行塔中汽液兩相流動(dòng)狀況的研究，對(duì)于預(yù)測(cè)壓降、傳質(zhì)效率和塔板 的可操作區(qū)域，對(duì)于認(rèn)識(shí)至今了解甚少的降液管中狀況都十分有意義。關(guān)鍵詞：甲醇；精儲(chǔ)；板式塔word.摘要 1目錄 2前言 3第一章文獻(xiàn)綜述 51.1 甲醇 51.1.1 甲醇的性質(zhì) 51.1.2 甲醇的用途 51.1.3 甲醇工業(yè) 51.1.4 甲醇的下游產(chǎn)品 61.2 精儲(chǔ)原理 71.3 板式塔 81.3.1 板式塔分類 8

3、1.3.2 板式塔的結(jié)構(gòu) 81.3.3 板式塔的特點(diǎn) 101.3.4 板式塔的作用 10第二章設(shè)計(jì)部分 122.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 122.2 設(shè)計(jì)方案的確定 122.3 設(shè)計(jì)計(jì)算 122.3.1 精儲(chǔ)塔的物料衡算 122.3.2 精微塔塔板數(shù)的確定 132.3.3 精儲(chǔ)塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 142.3.4 精儲(chǔ)塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 172.3.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 182.3.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 202.3.7 塔板負(fù)荷性能圖 23第三章結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 29致 ft 30甲醇是僅次于三烯和三苯的重要基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，尤其近年來(lái)在有些以達(dá)國(guó)家中，甲醇以清潔燃料的身份登上了環(huán)境保

4、護(hù)的殿堂，更使其身份倍增.因此，發(fā)達(dá)國(guó)家中甲醇產(chǎn)量?jī)H 次于乙烯，丙烯，苯，居第四位.。甲醇能與水、乙醇、乙醴、苯、酮類和大多數(shù)有機(jī) 溶劑限混合。甲醇易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物質(zhì)，因此只有用特 殊的方法才能制得完全無(wú)水的甲醇。分離甲醇有很多方法，這次我用的分離方 法是精儲(chǔ)塔的板式塔分離法。板式塔是目前最主要的精儲(chǔ)塔塔型， 對(duì)它的研究一直長(zhǎng)盛不衰。篩板塔和浮閥塔成功地 取代泡罩塔是效益巨大的成果。板式塔的設(shè)計(jì)已達(dá)到較高水平，設(shè)計(jì)結(jié)果比較可靠。馬倫戈 尼效應(yīng)造成的界面湍動(dòng)現(xiàn)象和汽液兩相間的不同接觸工況的研究，使認(rèn)識(shí)得到了深化，對(duì)傳質(zhì)效率的研究有所促進(jìn)。具有各種特點(diǎn)的新型塔板開發(fā)研究不斷取得

5、成果。對(duì)于塔板上汽液 兩相流動(dòng)和混合狀況、霧沫夾帶及它們對(duì)效率的影響研究不斷深入，但離得到一個(gè)通用而可 靠的效率估算模型尚有較大距離，特別是多元系統(tǒng)的效率。進(jìn)一步深入進(jìn)行塔中汽液兩相流 動(dòng)狀況的研究，對(duì)于預(yù)測(cè)壓降、傳質(zhì)效率和塔板的可操作區(qū)域，對(duì)于認(rèn)識(shí)至今了解甚少的降 液管中狀況都十分有意義。第一章文獻(xiàn)綜述1.1 甲醇1.1.1 甲醇的性質(zhì)甲醇是一種無(wú)色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，常溫下對(duì)金屬無(wú)腐蝕性(鉛、鋁除 外)，略有酒精氣味。分子量32.04,相對(duì)密度0.792(20/4 C),熔點(diǎn)-97.8 C,沸點(diǎn)64. 5C, 閃點(diǎn) 12.22 C,自燃點(diǎn) 463.89 C,蒸氣密度 1.11

6、,蒸氣壓 13.33KPa(100mmH21.2 C),蒸 氣與空氣混合物爆炸極限636.5 % (體積比)，能與水、乙醇、乙醴、苯、酮、鹵代姓 和許多其他有機(jī)溶劑相混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。1.1.2 甲醇的用途甲醇用途廣泛，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(lái)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。1.1.3 甲醇工業(yè)甲醇生產(chǎn)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，原料來(lái)源多樣，煤、石腦油和天然氣均可制甲醇。甲醇用途廣泛， 它的下游產(chǎn)品多達(dá)幾百種。近年來(lái)由于世界各國(guó)環(huán)保意識(shí)

7、的加強(qiáng)，特別是美國(guó)國(guó)會(huì)于1990年 11月15日通過(guò)清潔空氣法修正案以后，甲醇的身價(jià)備增，全球甲醇的需求增長(zhǎng)加快。中國(guó)甲醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度絲毫不遜于任何一國(guó)， 僅靠最近5年的快速發(fā)展，中國(guó)甲醇產(chǎn)量 就躍居全球首位。但是，正如正在發(fā)育期的孩子一樣，只是個(gè)頭高并不能證明就是身體健康。相反，過(guò)高的個(gè)頭可能還是一種病態(tài)。甲醇屬低附加值化工產(chǎn)品。低成本是該類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的核心，也是生產(chǎn)企業(yè)采取的重要競(jìng) 爭(zhēng)戰(zhàn)略，是企業(yè)安身立命的關(guān)鍵。低成本需要優(yōu)化各種影響產(chǎn)品成本的生產(chǎn)要素，包括原料 價(jià)格、工藝路線、融資成本、裝置規(guī)模和物流費(fèi)用。1.1.4 甲醇的下游產(chǎn)品近年來(lái)，煤化工國(guó)產(chǎn)化技術(shù)裝備相繼取得突破，醇醴燃料、甲醇制

8、烯姓等新興煤化工產(chǎn) 業(yè)方興未艾，再加上甲醛、醋酸等傳統(tǒng)下游產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，我國(guó)甲醇需求量不斷提高。甲 醇主要下游產(chǎn)品需求分析如下：甲醛：甲醛是甲醇的主要下游產(chǎn)品，2005年甲醛消費(fèi)約占甲醇總消費(fèi)量的 45%根據(jù)全 國(guó)甲醛行業(yè)協(xié)作組提供的數(shù)據(jù)顯示，2005年我國(guó)甲醛產(chǎn)能為1231.6萬(wàn)t,產(chǎn)量為791.0萬(wàn) to 2005年甲醛生產(chǎn)消耗甲醇301萬(wàn)t, 2006年增加到381萬(wàn)t。據(jù)專家預(yù)測(cè)，“ H一五” 期間用于木材加工、室內(nèi)裝飾裝修的三醛膠仍是中國(guó)甲醛最大的消費(fèi)領(lǐng)域，其對(duì)于甲醛的需求量將穩(wěn)步增長(zhǎng)。止匕外，隨著煙臺(tái)萬(wàn)華、上海拜爾等多套MDI裝置的落成，MDI行業(yè)對(duì)甲醛的需求量將會(huì)大大增加。PO

9、M重要的工程塑料，市場(chǎng)需求量將會(huì)逐年增長(zhǎng)。中國(guó)化工、云 天化等廠家都在新建或改擴(kuò)建 POMg置，隨著這些裝置的投產(chǎn)，甲醛消費(fèi)量也會(huì)同步增加。 其它產(chǎn)品，如烏洛托品、多元醇等對(duì)于甲醛的需求量也會(huì)有不同程度的增長(zhǎng)。據(jù)全國(guó)甲醛行 業(yè)協(xié)作組預(yù)測(cè)，截至2010年，我國(guó)將新增甲醛產(chǎn)能約 200萬(wàn)t/年，總產(chǎn)能將達(dá)到約1400 萬(wàn)t/年，產(chǎn)量約1000萬(wàn)t/年。按生產(chǎn)1噸甲醛需要0.47t甲醇計(jì)算，屆時(shí)甲醛生產(chǎn)大約需 要消耗甲醇470萬(wàn)t。醋酸：甲醇另一主要用途是生產(chǎn)醋酸。根據(jù)全國(guó)醋酸行業(yè)協(xié)作組提供的數(shù)據(jù)顯示，2005年我國(guó)甲醇跋基合成法制醋酸產(chǎn)能約為 90萬(wàn)t ,產(chǎn)量76.6萬(wàn)t ,消耗甲醇49萬(wàn)t ;

10、2006年 產(chǎn)能約為140萬(wàn)t,產(chǎn)量118.3萬(wàn)t,消耗甲醇76萬(wàn)t。我國(guó)醋酸主要消費(fèi)領(lǐng)域是醋酸乙烯 /聚乙烯醇、醋酸酯類、醋酊、對(duì)苯二甲酸（PTA）、氯乙酸等。預(yù)計(jì)“十一五”期間，受聚酯 和滌綸工業(yè)快速發(fā)展的帶動(dòng)，PTA需求將有較大幅度的增長(zhǎng)，其對(duì)醋酸的需求也會(huì)同步增長(zhǎng)。 另外，醋酸酯類替代苯類作溶劑，有利于環(huán)境保護(hù)，將在涂料等行業(yè)中有發(fā)展空間。氯乙酸、 醋酸纖維、醋酊行業(yè)對(duì)于醋酸的需求量也會(huì)有不同程度的增長(zhǎng)。醋酸乙烯與乙烯共聚樹脂也 有巨大的市場(chǎng)。預(yù)計(jì)2010年，醋酸市場(chǎng)需求約500萬(wàn)t。醇醴燃料和甲醇制烯姓：發(fā)展醇醴燃料有利于緩解我國(guó)石油供需矛盾，是近期替代能源工作的重點(diǎn)。如果甲醇汽油標(biāo)

11、準(zhǔn)能夠在 2008年制定完畢，而且國(guó)家允許甲醇汽車上市，同 時(shí)加油站等配套系統(tǒng)能夠得到完善，則預(yù)計(jì) 2010年我國(guó)M85- M100的甲醇汽車將達(dá)到1萬(wàn) 輛左右，按每輛汽車每年消耗20噸甲醇計(jì)算，則共需要消耗甲醇20萬(wàn)t。另外，預(yù)計(jì)到2010 年我國(guó)將有2000萬(wàn)t汽油摻燒甲醇，若比例按15%+算，則需要300萬(wàn)t甲醇。以上兩部 分共需要甲醇320萬(wàn)t。其他：2005年我國(guó)農(nóng)藥、醫(yī)藥行業(yè)共消費(fèi)甲醇 74萬(wàn)t,其他行業(yè)如染料、溶劑以及甲 胺、氯甲烷等有機(jī)原料行業(yè)共消費(fèi)甲醇 112.4萬(wàn)t。根據(jù)專家預(yù)測(cè)，“十一五”期間，我國(guó) 農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料等行業(yè)對(duì)于甲醇的需求將會(huì)相對(duì)穩(wěn)定；用于生產(chǎn)其他有機(jī)化工產(chǎn)

12、品和用作 溶劑的甲醇，其消費(fèi)量的增長(zhǎng)也不會(huì)太大。預(yù)計(jì)“十一五”末期，上述行業(yè)對(duì)于甲醇的需求 量約為260萬(wàn)300萬(wàn)t/年。預(yù)計(jì)2010年我國(guó)甲醇需求量約為1800萬(wàn)2100萬(wàn)t。1.2 精儲(chǔ)原理利用均相液體混合物中兩組分的揮發(fā)性不同， 多次且同時(shí)進(jìn)行部分汽化和部分冷凝， 達(dá) 到分離液體混合物的目的。由上工序來(lái)的需分離的料液經(jīng)預(yù)熱器加熱至一定溫度后由塔中 部加料板加入，在加料板上與上塊塔板的回流液匯合后逐板下流， 最后進(jìn)入塔釜進(jìn)行部分加 熱，產(chǎn)生的蒸汽送回塔底作為回流汽；液體作為塔底產(chǎn)品。由塔頂出來(lái)的蒸汽進(jìn)行冷凝后一 部分作為回流液重新回到塔頂，另一部分進(jìn)一步冷卻后作為塔頂產(chǎn)品。精儲(chǔ)是應(yīng)用最廣的

13、傳質(zhì)分離操作， 其廣泛應(yīng)用促使技術(shù)已相當(dāng)成熟，但是技術(shù)的成熟并 不意味著之后不再需要發(fā)展而停滯不前。 稱說(shuō)技術(shù)的發(fā)展往往要花費(fèi)更大的精力， 但由于其 應(yīng)用的廣泛，每一個(gè)進(jìn)步，哪怕是微小的，也會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效率。正因?yàn)槿绱?，蒸?chǔ)的 研究仍受到廣泛的重視，不斷取得進(jìn)展。板式塔是目前最主要的精儲(chǔ)塔塔型， 對(duì)它的研究一直長(zhǎng)盛不衰。篩板塔和浮閥塔成功地 取代泡罩塔是效益巨大的成果。板式塔的設(shè)計(jì)已達(dá)到較高水平，設(shè)計(jì)結(jié)果比較可靠。馬倫戈 尼效應(yīng)造成的界面湍動(dòng)現(xiàn)象和汽液兩相間的不同接觸工況的研究，使認(rèn)識(shí)得到了深化，對(duì)傳質(zhì)效率的研究有所促進(jìn)。具有各種特點(diǎn)的新型塔板開發(fā)研究不斷取得成果。對(duì)于塔板上汽液 兩相流動(dòng)

14、和混合狀況、霧沫夾帶及它們對(duì)效率的影響研究不斷深入，但離得到一個(gè)通用而可 靠的效率估算模型尚有較大距離，特別是多元系統(tǒng)的效率。所幸的是，經(jīng)廣泛實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)， 利用實(shí)驗(yàn)室的奧德肖小篩板塔可以比較可靠地測(cè)的工業(yè)塔中的點(diǎn)效率，可以彌合一些上述的差距。進(jìn)一步深入進(jìn)行塔中汽液兩相流動(dòng)狀況的研究，對(duì)于預(yù)測(cè)壓降、傳質(zhì)效率和塔板的可 操作區(qū)域，對(duì)于認(rèn)識(shí)至今了解甚少的降液管中狀況都十分有意義。1.3 板式塔1.3.1 板式塔分類板式塔的型式很多，分類各不相同，如按氣液在塔板上的流向板式塔可分為：氣 -液呈 錯(cuò)流的塔板；氣液呈逆流的塔板；氣液呈并流的塔板。按有無(wú)溢流裝置又可分為：有溢流裝 置板式塔；無(wú)溢流裝置板式

15、塔。按塔盤結(jié)構(gòu)又可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔等等。1.3.2 板式塔的結(jié)構(gòu)板式塔為逐級(jí)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受 液盤等部件構(gòu)成。 操作時(shí)，塔內(nèi)液體依靠重力作用，由上層塔板的降液管流到下層塔板的 受液盤，然后橫向流過(guò)塔板，從另一側(cè)的降液管流至下一層塔板。溢流堰的作用是使塔板上 保持一定厚度的液層。氣體則在壓力差的推動(dòng)下，自下而上穿過(guò)各層塔板的氣體通道（泡罩、篩孔或浮閥等），分散成小股氣流，鼓泡通過(guò)各層塔板的液層。在塔板上，氣液兩相密切接觸，進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在板式 塔中，氣液兩相逐級(jí)接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化，在 正常操作下，液相為連續(xù)相，氣相

16、為分散相。工業(yè)上最早出現(xiàn)的板式塔是篩板塔和泡罩塔。 篩板塔出現(xiàn)于1830年，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為難以操作而未得到重視。泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但容易操作，自1854年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以后，很快 得到推廣，直到20世紀(jì)50年代初，它始終處于主導(dǎo)地位。第二次世界大戰(zhàn)后，煉油和化學(xué)工業(yè)發(fā)展迅速，泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高的缺點(diǎn)日益突出，而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的篩板塔重新受到重視。 通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)實(shí)踐，逐步掌握了篩板塔的操作 規(guī)律和正確設(shè)計(jì)方法，還開發(fā)了大孔徑篩板，解決了篩孔容易堵塞的問(wèn)題。因此， 50年代起，篩板塔迅速發(fā)展成為工業(yè)上廣泛應(yīng)用的塔型。 與此同時(shí)，還出現(xiàn)了浮閥塔，它操作容易, 結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，同樣得到了

17、廣泛應(yīng)用。而泡罩塔的應(yīng)用則日益減少，除特殊場(chǎng)合外，已不 再新建。60年代以后，石油化工的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，大型塔的直徑已超過(guò)10m。為滿足設(shè)備大型化及有關(guān)分離操作所提出的各種要求，新型塔板不斷出現(xiàn)，已有數(shù)十種。塔板1又稱塔盤，是板式塔中氣液兩相接觸傳質(zhì)的部位，決定塔的操作性能，通常主 要由以下三部分組成：A.氣體通道 為保證氣液兩相充分接觸，塔板上均勻地開有一定數(shù)量的通道供氣體自 下而上穿過(guò)板上的液層。氣體通道的形式很多，它對(duì)塔板性能有決定性影響，也是區(qū)別塔板 類型的主要標(biāo)志。篩板塔塔板的氣體通道最簡(jiǎn)單，只是在塔板上均勻地開設(shè)許多小孔（通稱 篩孔），氣體穿過(guò)篩孔上升并分散到液層中泡罩塔塔板的氣

18、體通道最復(fù)雜，它是在塔板上開 有若干較大的圓孔，孔上接有升氣管，升氣管上覆蓋分散氣體的泡罩。浮閥塔塔板則直接在 圓孔上蓋以可浮動(dòng)的閥片，根據(jù)氣體的流量，閥片自行調(diào)節(jié)開度。B.溢流堰為保證氣液兩相在塔板上形成足夠的相際傳質(zhì)表面，塔板上須保持一定深度 的液層，為此，在塔板的出口端設(shè)置溢流堰。塔板上液層高度在很大程度上由堰高決定。對(duì) 于大型塔板，為保證液流均布，還在塔板的進(jìn)口端設(shè)置進(jìn)口堰。C.降液管 液體自上層塔板流至下層塔板的通道，也是氣（汽）體與液體分離的部位。為此，降液管中必須有足夠的空間，讓液體有所需的停留時(shí)間。止匕外，還有一類無(wú)溢流塔板， 塔板上不設(shè)降液管，僅是塊均勻開設(shè)篩孔或縫隙的圓形篩

19、板。操作時(shí)，板上液體隨機(jī)地經(jīng)某 些篩孔流下，而氣體則穿過(guò)另一些篩孔上升。無(wú)溢流塔板雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，板面利 用率高，但操作彈性太小，板效率較低，故應(yīng)用不廣。1.3.3 板式塔的特點(diǎn)它的主要優(yōu)點(diǎn)有：A結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為袍罩塔的60%為浮|彳塔的80流右。B處理能力大，比同塔徑的袍罩塔可增加 10%15%C塔板效率圖，比袍罩塔圖15%£右。D壓降較低，每板壓力降比袍罩塔約低 30%£右。它的缺點(diǎn)是：A塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不均。B操作彈性較小。C小孔篩板簡(jiǎn)單堵塞。因板式塔空塔速度較大，因而生產(chǎn)能力較大，塔板效率穩(wěn)定，操作彈性大，且造價(jià)低

20、， 檢修、清洗方便，故工業(yè)上廣泛應(yīng)用。1.3.4 板式塔的作用A.塔釜的作用：為了使精儲(chǔ)塔連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，必須保證塔板上有上升的蒸汽，故塔釜的作用就是提供上升蒸汽。B.回流液的作用：a、提供一定數(shù)量的液流：提供了汽液直接接觸進(jìn)行雙向傳質(zhì)的必要條件；b、向塔內(nèi)補(bǔ)充一定量的易揮發(fā)組分，維持塔內(nèi)穩(wěn)定操作。上升蒸汽越往上走，易揮發(fā)組分濃度越高，一是上升的汽流中難揮發(fā)組分冷凝下來(lái)進(jìn)入液相；二是下降的液流中易揮發(fā)組分汽化進(jìn)入了汽相，如果沒(méi)有回流液，每塊塔板上的易揮發(fā)組分濃度就會(huì)下降，操作就不穩(wěn)定。C.精儲(chǔ)段和提儲(chǔ)段的作用：精儲(chǔ)段：原料液進(jìn)料板以上的稱精儲(chǔ)段，它的作用：上升蒸汽與回流液之間的傳質(zhì)、傳熱，逐步增

21、濃氣相中的易揮發(fā)組分?？梢哉f(shuō)，塔的上部完成了上升汽流的精制。提儲(chǔ)段：加料板以下的稱提儲(chǔ)段，它的作用：在每塊塔板下降液體與上升蒸汽的傳質(zhì)，傳熱。下降的液流中難軍發(fā)組分不斷增加，可以說(shuō)，塔下部完成了下降液流中難軍發(fā)組分的 提濃。D.塔板的作用：a結(jié)構(gòu)：每一塊塔板上有降液管、出口堰、板上小孔，有的還有進(jìn)口堰。b作用：上一塊板的液體由降液管下來(lái)，下一塊板的蒸汽由板上的小孔進(jìn)入，因出口堰的存在使每一塊板上有一定厚度的液層，這樣氣液在塔板上直接接觸，進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱。第二章設(shè)計(jì)部分2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)在抗生素類藥物生產(chǎn)過(guò)程中，需要用甲醇溶媒洗滌晶體，洗滌過(guò)濾后生產(chǎn)廢甲醇溶媒， 其組成為含甲醇46%水54%(質(zhì)量

22、分?jǐn)?shù)，下同)，另含少量的藥物固體顆粒。為使廢甲醇溶 媒重復(fù)利用，設(shè)計(jì)一套板式精儲(chǔ)塔，以對(duì)廢甲醇溶媒進(jìn)行精儲(chǔ)，得到含水量0.3%的甲醇溶媒。設(shè)計(jì)要求廢甲醇溶媒的處理量為 3.5萬(wàn)噸/年，塔底廢水中甲醇含量0.5%。操作條件：(1)操作壓力 常壓(2)進(jìn)料熱狀態(tài)泡點(diǎn)進(jìn)料(3)回流比 2 (4)單板壓降 0.7Kpa (5)全塔效率70%2.2 設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離甲醇和水的混合物，對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)常壓精儲(chǔ) 流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精儲(chǔ)塔內(nèi)。塔頂上升蒸 氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷凝器冷卻后送至 貯罐

23、。該物系屬于易分離物系，最小回流比比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔底采用間接蒸氣加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至貯罐。2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.1 精儲(chǔ)塔的物料衡算A.原料液及其塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率甲醇的摩爾質(zhì)量為：32.04kg/kmol水的摩爾質(zhì)量為：18.02kg/kmolXf0.46/32.040.46/32.04 0.56/18.02=0.324XdXw0.9950.0030.997/32.040.997/32.04 0.003/18.020.005/32.040.005/32.04 0.995/18.02B.原料液及其塔頂與塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量Mf =0.324 >3

24、2.04+(1-0.324) 俅.02=22.56 kg/molMd =0.995 32.04+(1-0.995)怩.02=31.97 kg/molMw =0.003 32.04+(1-0.003) 怩.02=18.02 kg/molC.物料衡算原料的處理量：F=3.5X107/(300 ：24X22.56)=215.47 kmol/h由總物料衡算：F= D+W甲醇物料衡算：215.47 X0.324=0.995D+0.003W得出：D=69.72 kmol/hW=145.75 kmol/h2.3.2 精儲(chǔ)塔塔板數(shù)的確定A.理論板層數(shù)NT的求取a.因?yàn)榧状家凰畬儆诶硐胛锵?,可采用圖解法求理論

25、板層數(shù)(見(jiàn)相平衡圖 1-1 )b.求最小回流比和操作回流比采用作圖法求最小回流比，在圖中對(duì)角線上e (0.324, 0.324)做垂線ef,該線與平衡線交點(diǎn)坐標(biāo)為：xq=0.324yq=0.698最小回流比：Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.995-0.698)/(0.698-0.324)=0.794取操作回流比為：R=2R min=2X0.794=1.59c.精儲(chǔ)塔的氣、液相負(fù)荷L=rx D=1.59 >69.72=110.85kmol/hV=（r+1）XD=2.59 X69.72=180.57kmol/hL' =L+F=10.85+215.47=326.32km

26、ol/hV =V180.57kmol/hd.精儲(chǔ)段、提儲(chǔ)段操作線方程精微段操作線：y=L/V XX+D/VX XD=0.614X+0.386提儲(chǔ)段操作線：y' =L' /X'WV XW=1.81X -0.0024e.圖解法求理論塔板層數(shù)根據(jù)圖一所示，可求得結(jié)果為：總理論塔板數(shù)Nt為8塊（包括再沸器）進(jìn)料板位置Nf為自塔頂數(shù)起第6塊B.實(shí)際板層數(shù)的求取精儲(chǔ)段實(shí)際塔板數(shù)N精=5/0.7=7.1 =8塊提儲(chǔ)段實(shí)際塔板數(shù)N提=3/0.7=4.3 =5塊2.3.3 精儲(chǔ)塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)的計(jì)算A.操作壓力的計(jì)算設(shè)每層塔壓降：zT=0.7 kPa （一般情演況下，板式塔的每一個(gè)

27、理論級(jí)壓降約在0.41.1kPa ）塔頂操作壓力PD=101.3KPa進(jìn)料板壓力Pf=101.3+8X0.7=106.9 KPa精微段平均壓力Pm=（101.3+106.9）/2=104.1 KPaB.操作溫度的計(jì)算依操作壓力由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差計(jì)算，結(jié)果如下：塔頂溫度：tD=61.2C進(jìn)料板處溫度：tF=82.8C精儲(chǔ)段平均溫度tM= (64.2+82.8 ) /2=73.5 CC.平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算a.塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由Xd=Yl=0.995 查平衡曲線(圖一)得Xl=0.95MvDm =0.995 >32.04+(1-0.995) 愴02=31.97 kg/molMLDm=0.9

28、5 >34.04+(1-0.95) 懶02=31.34 kg/molb.精儲(chǔ)段平均摩爾質(zhì)量MVm =(31.97+26.34)/2=29.29kg/molM Lm =(31.34+21.30)/2=26.32kg/molD.平均密度的計(jì)算a.氣相平均密度的計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即pVm=PmMvw/RTm=(104.1 )29.29)/8.314 (273.15+73.5)=1.058kg/mb.液相平均密度的計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算，即1/ Lmi/ i塔頂液相平均密度的計(jì)算由tD=64.2C時(shí)查手冊(cè)得pA = 756.186kg/m 3pB=980.932kg/m 3pLDm

29、=1/(0.997/756.18+0.003/980.932)=756.7kg/m3進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算由tF=82.8C,查手冊(cè)得pA = 733.9kg/m 3pB=969.98kg/m 3進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率oA=(0.234 82.04)/(0.234 32.04+0.766 >18.02)=0.352pLFm=1/(0.352/733.9+0.648/969.98)=871.3kg/m3精儲(chǔ)段液相平均密度為pLm=(756.7+871.3)/2=814kg/m 3E.平均表面張力的計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算，即(rLm=Z2 Xi 5a.塔頂液相平均表面張力的計(jì)算由tD

30、=64.2 C ,查得oa=16.85 mN/moB=65.41mN/moLDm=0.995 M6.85+0.005 65.41=17.09 mN/mb.進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算由tF=82.8 C ,查得oA=14.72 mN/m同=62.05 mN/mqlfm=0.234 >14.72+0.766 )62.05=50.97mN/m精儲(chǔ)段液相平均表面張力回=(17.09+50.97)/2=34.03 mN/mF.平均粘度的計(jì)算液相平均粘度依下式計(jì)算，即lg Lm=Elg 也a.塔頂液相平均粘度的計(jì)算由tD=64.2 C ,查得眇=0.328 mPa.sa=0.441mPa.s1g

31、i=0.995g(0.328)+0.005lg(0.441)解出HDm=0.328mPa.sb.進(jìn)料板平均粘度的計(jì)算由tF=82 C ,查得(jA=0.269 mPa.sa=0.344mPa.s1g mFm=0.2341g(0.269)+0.7661g(0.344)解出 (j.Fm=0.324mPa.s精儲(chǔ)段平均粘度Lm=(0.328+0.324)/2=0.326mPa.s2.3.4精儲(chǔ)塔的塔體工藝尺寸計(jì)算A.塔徑的計(jì)算a.精儲(chǔ)段的氣、液相體積流率為V MVm3600 Vm180.57 29.291 1 .3893600 1.058m3/sL MVm3600 Lm110.85 26.32 0.

32、0013600 814m3/s由 Umax 、 L V式中C由式計(jì)算，其中的C20由圖查取8,圖的橫坐標(biāo)為Vh(k)120.0013600 8141.389 814 (1.058)120.02取板間距Ht =0.40m ,板上液層高度h l = 0.06 m ,則H T - h L =0.40-0.06=0.34 m查圖得 C 20 =0.07C C20()0.2 0.07 (34.03)0.20.07820202.162 m/s814 1.058Umax 0.078 .1.058取空安全系數(shù)為0.8 ,則空塔氣速為u =0.84 1.389,3.14 1.73Xuma尸0.8 X 2.162

33、=1.73 m/s1.011 m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D =1.2m塔截面積為At=tt/4 X D2=0.785 X 1.2 2=1.13 m2實(shí)際空塔氣速為u =1.389/1.13=1.23 m/sB.精儲(chǔ)塔有效高度的計(jì)算精儲(chǔ)段有效高度為Z 精=(N 精-1) Ht= (8-1) >0.4=2.8 m提儲(chǔ)段有效高度為Z 提=(N j1-1) Ht= (5-1) >0.4=1.6 m在進(jìn)料板上方開一個(gè)人孔，其高度為0.8 m故精儲(chǔ)塔有效高度為Z=Z 精 +Z ii+0.8=2.8+1.6+0.8=5.2m2.3.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算A.溢流裝置計(jì)算因塔徑D = 1.4,可選用

34、單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下:a.堰長(zhǎng)l w取 l w = 0.7D=0.7 X 1.2=0.84b.溢流堰高度hw由 hw=h l-how選用平直堰，堰上液層高度 how由下式計(jì)算，即2/3h ow =(2.84/1000)E X(LJLw)近似取E = 1，則ow =(2.84/1000)X (0.001 X 3600/0.84) 2/30.0075m2取板上清液層高度h l =80mm故 h w =0.08-0.0075=0.0725 mc.弓形降液管高度 Wd和截面積Af由lw 0.7D杳圖3得 AL 0.0942 Wd 0 151AtD故 A f =0.0942At

35、=0.0942 X 1.13=0.106 m 2Wd =0.151D=0.151 X 1.2=0.181 m依式驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即AMLh3600 0.106 0.40.001 360042.4s 5s故降液管設(shè)計(jì)合理d.降液管底隙高度hh。Lh3600 lw U0取u0' =0.1 m/s則 h o =0.001 X 3600/(3600 X 0.84 X 0.1)=0.012 mh w - h o =0.0725-0.012=0.0605m >0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理 選用凹形受液盤，深度 hw' =50mmB.塔板布置a.塔板的分塊因D &g

36、t;= 800 mm,故塔板采用分塊式。查表得，塔板分為3塊b.邊緣區(qū)寬度確定取 W s= WS' = 0.070 m , W =0.030 mc.開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積Aa按式計(jì)算，即 2Aa = 2 x( r2 x2) sin 1 - r r其中 x = D (W+ W =1.2/2-(0.181+0.07)=0.349m2r = D - Wc =1.2/2-0.03=0.597m2故 A a =0.783d.篩孔計(jì)算及其排列本設(shè)計(jì)所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用 (7 = 3 mm 碳鋼板，取篩孔直徑do =5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距 t為t = 3 d o =3 x 5

37、=15 mm篩孔數(shù)目n為1.155Aa4020 個(gè)1.155 0.78320.015do 2=0.907( 1)= 0.907開孔率為(d0/t ) = 0.907 (0.005/0.015 ) 2 =10.1%氣體通過(guò)閥孔的氣速為uo =旦=1.389/(0.101 X 0.783) = 17.56m/sAo2.3.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算A.塔板壓降a.干板阻力hc計(jì)算干板阻力hc由式計(jì)算，即U 2 vhc = 0.051 ( o)() col由 d o/ 6= 1.6 ，查圖得，co =0.772故hC 0.051 (1756)2 (1058) 0.343m液柱0.772814b.氣體通過(guò)

38、液層的阻力hl計(jì)算氣體通過(guò)液層的阻力hl由式計(jì)算，即h i = B hlVS1.389ua S- 1.356 m/sAT Af 1.13 0.106F o = 1.356 X J1.058 =1.395 kg12/(s m12)查圖，得B =0.59故 h i=0hi = 0( h w + h ow ) =0.59 (0.0075+0.0725 ) =0.0472m 液柱c.液體表面張力的阻力ho計(jì)算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力ho由下式計(jì)算，即4 l 4 34.03 1070.0034m 孤柱Lgd0 814 9.81 0.005氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度ho可按下式計(jì)算，即h p = h c

39、+ h + h oh p =0.0343+0.0472+0.0034=0.0849 m 液柱氣體通過(guò)每層塔板的壓降為 Pp = h ppi g = 0.0849 X814X9.81=678Pa<0.7KPa （設(shè)計(jì)允許值）B.液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響C.液沫夾帶液沫夾帶量由下式計(jì)算，即_ _-6ev_5.7106 /Ua.3.2=(吟)h f =2.5h l=2.5 X0.06=0.15m6故ev5.7 10 3 ( 1.356 )3 20.037kg液/kg氣 <0.1 kg液/kg氣34.03 10 30.4 0.15故在本

40、設(shè)計(jì)中液沫夾帶量ev在允許范圍內(nèi)。D.漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速U0,min可由下式計(jì)算，即U0,min =4.4C。0.0056 0.13hL h)=4.4 0.772(0.0056 0.13 0.06 0.0034) 814/1.058 =9.422m/s實(shí)際孔速u0= 17.56 m/s > u0,minUou0,min穩(wěn)定系數(shù)為17.56 1.864 >1.59.422故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏夜。E.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)服從關(guān)系式H d(Hd + h w)甲醇一水物系屬一般物系，取=0.5,則(Hd + hw)= (0.40+0.0725 ) =0.23

41、6m而 H d = hp + hl + h d板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd可由下式計(jì)算，即h d = 0.153 (u0')2 =0.153 (0.1 ) 2=0.0015m液柱H d=0.1+0.06+0.0015=0.162m 液柱H d(HT+hw)故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象.2.3.7塔板負(fù)荷性能圖A.漏夜線U0,min = J4.4C0(0.0056 + 0.013Hl - ho)i/ vU0,minVs,minA0w + h owHow2.84E(Lh)2/31000 lw得VS,min4.4CoAoJ0.00560.13鼠284 E(")23h l/ v1000 lw

42、4.4 0.772 0.101 0.07830.0056 0.130.0725 284 1 (3600LS)23 0.0034 814/1.05810000.84整理得Vs,min7.45(0.0116 0.0974 Ls為在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls,依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列表如下Ls,m3 /s0.00020.00040.00060.00080.001Vs,m3 /s0.8140.8210.8260.8310.946B.液沫夾帶線5求VsLs關(guān)系如下:ev5.7 10-6 (ua )3.2Ht - hjUaVsAT - A f=0.977V sf =2.5h l= 2.5 x (hw+

43、 how)w =0.07252/32/3ow =(2.84/1000) X 1 X (3600LJ0.84)=0.75Lsf =0.181 + 1.88L s2/3Ht - h f =0.219-1.88L 產(chǎn)E 旦£0.977 A'34.03 100.219-1.88LS 3整理得V s =1.65-14.1L S2/3Ls,m3 /s0.00020.00040.00060.00080.001VS,m3 /s1.6021.5731.5491.5281.508在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算解果列表如下C.液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰6,取堰上液層高度how

44、 = 0.006m 作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式得hOW2.843600Ls、E(S) =0.00610001w取 E =1Ls,min,則(0.006 1000)32 "4=0.000722.843600據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。D.液相負(fù)荷上限線以8=4s作為液體在降液管7中停留時(shí)間的下限，由式得A4Ls,AH0.106 0.403,Lg 0.0106m /s44據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂線液相負(fù)荷上限線4E.液泛線令 Hd =(HT +hw)0hi； hi = hw + howd = hp + h i + h d； h p = hi + hc +ho； h

45、 i聯(lián)立得ht + () hw=(+ 1) h ow +hc +hd+h。忽略h。，將L, hd與Ls, hc與Vs的關(guān)系式代入上式，并整理得a'VS2 b' c'LS2 d'LS23式中a'0.051(AoCo)2b'(hwc' O.153/(lwho)2d' 2.84 10 3E(1)23lw將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得a'0.051(0.101 0.783 0.772)2(L058) 0.02814b'0.5 0.40 (0.5 0.59 1) 0.0725 0.121c'0153 1505.81 (0.84 1.012)2d'0.02 V33600、%2.84 10 3 1 (1 0.59)() 3 1.1910.84s2=0.121-1505.811L S2-1.191L S2/3V s2 =6.05-7.53104 L s2 - 59.55 L s2/3Ls,m3 /s0.00020.00040.00060.00080.001VS,m3 /s2.4172.3912.3662.3432.319在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算