甲醇—水填料精餾塔設計示例

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1、甲醇一水分離裝置工藝設計 摘要 甲醇是一種重要化工原料，其用途廣泛，是基礎有機化工原料和優(yōu)質燃料。主要應用于 精細化工，塑料等領域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二中脂等多種有機產品, 也是農藥、醫(yī)藥重要原料之一。 甲靜易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物質，因此只有用特殊方法才能制得完全無 水甲醇。精飾是應用最廣傳質分離操作，板式塔是目前最主要精馀塔塔型，對它研究一直長 盛不衰。篩板塔和浮閥塔成功地取代泡罩塔是效益巨大成果。板式塔設計已達到較高水平， 設計結果比較可靠。馬倫戈尼效應造成界面湍動現象和汽液兩相間不同接觸工況研究，使認 識得到了深化，對傳質效率研究有所促進。具有各種

2、特點新型塔板開發(fā)研究不斷取得成果。 對于塔板上汽液兩相流動和混合狀況、霧沫夾帶及它們對效率影響研究不斷深入，但離得到 一個通用而可靠效率估算模型尚有較大距離，特別是多元系統(tǒng)效率。進一步深入進行塔中汽 液兩相流動狀況研究，對于預測壓降、傳質效率和塔板可操作區(qū)域，對于認識至今了解其少 降液管中狀況都十分有意義。 關鍵詞：甲醇；精鐳；板式塔 29 / 29 摘要 1 目錄 2 前言 3 第一章文獻綜述 4 1. 1甲醇 4 1. 1. 1甲醇性質 4 1. 1.2甲醇用途 5 1. 1.3甲醇工業(yè) 5 1.1.4甲醇下游產品 5 1.2 精你原理 7 1.3 板式塔 8

3、 1. 3.1板式塔分類 8 1. 3. 2板式塔結構 8 1. 3. 3板式塔特點 10 1. 3.4板式塔作用 10 第二章設計部分 11 2.1設計任務 11 2.2設計方案確定 12 2. 3設計計算 12 2. 3. 1精儲塔物料衡算 12 2. 3. 2精譚塔塔板數確定 13 2.3.3精偉塔工藝條件及物性數據計算 14 2. 3.4精飾塔塔體工藝尺寸計算 16 2. 3. 5塔板主要工藝尺寸計算 18 2. 3. 6篩板流體力學驗算 20 2. 3.7塔板負荷性能圖 22 第三章結論 26 參考文獻 28 致謝 29 刖B 甲醇是僅次于三烯

4、和三苯重要基礎有機化工原料,尤其近年來在有些以達國家中，甲醇 以清潔燃料身份登上了環(huán)境保護殿堂,更使其身份倍增.因此,發(fā)達國家中甲醇產量僅次于乙 烯，丙烯，苯，居第四位.。甲醇能及水、乙醇、乙暇、苯、酮類和大多數有機溶劑 限混合。甲醇易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物質，因此只有用特殊方 法才能制得完全無水甲醇。分離甲醇有很多方法，這次我用分離方法是精儲塔 板式塔分離法。 板式塔是目前最主要精儲塔塔型，對它研究一直長盛不衰。篩板塔和浮閥塔成功地取代 泡罩塔是效益巨大成果。板式塔設計已達到較高水平，設計結果比較可靠。馬倫戈尼效應造 成界面湍動現象和汽液兩相間不同接觸工況研究，使認識得到了深化

5、，對傳質效率研究有所 促進。具有各種特點新型塔板開發(fā)研究不斷取得成果。對于塔板上汽液兩相流動和混合狀況、 霧沫夾帶及它們對效率影響研究不斷深入，但離得到一個通用而可靠效率估算模型尚有較大 距離，特別是多元系統(tǒng)效率。進一步深入進行塔中汽液兩相流動狀況研究，對于預測壓降、 傳質效率和塔板可操作區(qū)域，對于認識至今了解甚少降液管中狀況都十分有意義。 第一章文獻綜述 1.1 甲醇 1.1.1 甲醇性質 甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)有毒液體，常溫下對金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外）, 略有酒精氣味。分子量32. 04,相對密度0.792(20/4℃),熔點-97.8C,沸點64.5C,閃 點 12

6、.22℃,自燃點 463.89C,蒸氣密度 1.11,蒸氣壓 13. 33KPa(100mmHg 21. 2℃),蒸氣 及空氣混合物爆炸極限6?36. 5 % (體積比)，能及水、乙醇、乙酸、苯、酮、鹵代煌和 許多其他有機溶劑相混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。 1.1.2 甲解用途 甲醇用途廣泛，是基礎有機化工原料和優(yōu)質燃料。主要應用于精細化工，塑料等領域， 用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、中氨、硫酸二中脂等多種有機產品，也是農藥、醫(yī)藥重要原 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) 甲醇生產過程比較簡單,原料來源多樣,煤、石腦油和天然氣均可制甲

7、醇。甲醇用途廣泛, 它下游產品多達兒白種。近年來由于世界各國環(huán)保意識加強，特別是美國國會于1990年11 月15日通過清潔空氣法修正案以后，甲醇身價備增，全球甲醇需求增長加快。 中國甲醇產業(yè)發(fā)展速度絲毫不遜于任何一國，僅靠最近5年快速發(fā)展，中國中醇產量就 躍居全球首位。 但是，正如正在發(fā)育期孩子一樣，只是個頭高并不能證明就是身體健康。相反，過高個 頭可能還是一種病態(tài)。 甲醇屬低附加值化工產品。低成本是該類產品競爭核心，也是生產企業(yè)采取重要競爭戰(zhàn) 略，是企業(yè)安身立命關鍵。低成本需要優(yōu)化各種影響產品成本生產要素，包括原料價格、工 藝路線、融資成本、裝置規(guī)模和物流費用。 1.1.4 甲醇下游

8、產品 近年來，煤化工國產化技術裝備相繼取得突破，醇酸燃料、甲醇制烯垃等新興煤化工產 業(yè)方興未艾，再加上中醛、醋酸等傳統(tǒng)下游產業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，我國甲醇需求量不斷提高。甲醇 主要下游產品需求分析如下： 甲醛：甲醛是甲醇主要下游產品，2005年甲醛消費約占甲醇總消費量45%。根據全國甲 醛行業(yè)協(xié)作組提供數據顯示，2005年我國甲醛產能為1231. 6萬t,產量為791.0萬t。2005 年甲醛生產消耗甲醇301萬t, 2006年增加到381萬3據專家預測，“十一五”期間用于 木材加工、室內裝飾裝修三醛膠仍是中國甲醛最大消費領域，其對于甲醛需求量將穩(wěn)步增長。 此外，隨著煙臺萬華、上海拜爾等多套MDI裝

9、置落成，MDI行業(yè)對甲醛需求量將會大大增加。 POM是重要工程塑料，市場需求量將會逐年增長。中國化工、云天化等廠家都在新建或改擴 建P0M裝置，隨著這些裝置投產，甲醛消費量也會同步增加。其它產品，如烏洛托品、多元 醇等對于甲醛需求量也會有不同程度增長。據全國甲醛行業(yè)協(xié)作組預測，截至2010年，我 國將新增甲醛產能約200萬t/年，總產能將達到約1400萬t/年，產量約1000萬t/年。按 生產1噸甲醛需要0.47t甲醇計算，屆時甲醛生產大約需要消耗甲醇470萬to 醋酸：甲醇另一主要用途是生產醋酸。根據全國醋酸行業(yè)協(xié)作組提供數據顯示，2005 年我國甲醇皴基合成法制醋酸產能約為90萬t,產量

10、76.6萬t,消耗中醇49萬t； 2006年 產能約為140萬t,產量118. 3萬t,消耗中醇76萬t。我國醋酸主要消費領域是醋酸乙烯 /聚乙烯醇、醋酸酯類、醋酎、對苯二中酸(PTA)、氯乙酸等。預計“十一五”期間，受聚酯 和滌綸工業(yè)快速發(fā)展帶動，PTA需求將有較大幅度增長，其對醋酸需求也會同步增長。另外, 醋酸酯類替代苯類作溶劑，有利于環(huán)境保護，將在涂料等行業(yè)中有發(fā)展空間。氯乙酸、醋酸 纖維、醋酎行業(yè)對于醋酸需求量也會有不同程度增長。醋酸乙烯及乙烯共聚樹脂也有巨大市 場。預計2010年,醋酸市場需求約500萬t。 醇酸燃料和甲醇制烯燒：發(fā)展醇酸燃料有利于緩解我國石油供需矛盾,是近期替代能

11、源 工作重點。如果甲醇汽油標準能夠在2008年制定完畢，而且國家允許中醇汽車上市，同時 加油站等配套系統(tǒng)能夠得到完善，則預計2010年我國M85?M100甲醇汽車將達到1萬輛左 右，按每輛汽車每年消耗20噸甲醇計算，則共需要消耗甲醇20萬to另外，預計到2010 年我國將有2000萬t汽油摻燒甲醇，若比例按15%計算，則需要300萬t甲醇。以上兩部 分共需要甲醇320萬t。 其他：2005年我國農藥、醫(yī)藥行業(yè)共消費中醇74萬t,其他行業(yè)如染料、溶劑以及甲 胺、氯甲烷等有機原料行業(yè)共消費甲醇112. 4萬t。根據專家預測，“十一五”期間，我國 農藥、醫(yī)藥、染料等行業(yè)對于甲醇需求將會相對穩(wěn)定；用

12、于生產其他有機化工產品和用作溶 劑中醇，其消費量增長也不會太大。預計“十一五”末期，上述行業(yè)對于甲醇需求量約為 260萬?300萬t/年。預計2010年我國甲醇需求量約為1800萬?2100萬to 1.2 精微原理 利用均相液體混合物中兩組分揮發(fā)性不同，多次且同時進行部分汽化和部分冷凝，達到 分離液體混合物目。由上工序來需分離料液經預熱器加熱至一定溫度后由塔中部加料板加 入，在加料板上及上塊塔板回流液匯合后逐板下流，最后進入塔釜進行部分加熱，產生蒸汽 送回塔底作為回流汽；液體作為塔底產品。由塔頂出來蒸汽進行冷凝后一部分作為回流液重 新回到塔頂，另一部分進一步冷卻后作為塔頂產品。 精你是應

13、用最廣傳質分離操作，其廣泛應用促使技術已相當成熟，但是技術成熟并不意 味著之后不再需要發(fā)展而停滯不前。稱說技術發(fā)展往往要花費更大精力，但由于其應用廣泛, 每一個進步，哪怕是微小，也會帶來巨大經濟效率。正因為如此，蒸鏘研究仍受到廣泛重視, 不斷取得進展。 板式塔是目前最主要精儲塔塔型，對它研究一直長盛不衰。篩板塔和浮閥塔成功地取代 泡罩塔是效益巨大成果。板式塔設計已達到較高水平，設計結果比較可靠。馬倫戈尼效應造 成界面湍動現象和汽液兩相間不同接觸工況研究，使認識得到了深化，對傳質效率研究有所 促進。具有各種特點新型塔板開發(fā)研究不斷取得成果。對于塔板上汽液兩相流動和混合狀況、 霧沫夾帶及它們對效

14、率影響研究不斷深入，但離得到一個通用而可靠效率估算模型尚有較大 距離，特別是多元系統(tǒng)效率。所幸是，經廣泛實驗研究發(fā)現，利用實驗室奧德肖小篩板塔可以比較可靠地測工業(yè)塔中點效率，可以彌合一些上述差距。進一步深入進行塔中汽液兩相流 動狀況研究，對于預測壓降、傳質效率和塔板可操作區(qū)域，對于認識至今了解其少降液管中 狀況都十分有意義。 1.3 板式塔 1.3.1 板式塔分類 板式塔型式很多，分類各不相同，如按氣液在塔板上流向板式塔可分為：氣-液呈錯流 塔板；氣液呈逆流塔板；氣液呈并流塔板。按有無溢流裝置乂可分為：有溢流裝置板式塔； 無溢流裝置板式塔。按塔盤結構乂可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔等等。

15、 1.3.2 板式塔結構 板式塔為逐級接觸式氣液傳質設備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受 液盤等部件構成。操作時，塔內液體依靠重力作用，由上層塔板降液管流到下層塔板受液 盤，然后橫向流過塔板，從另一側降液管流至下一層塔板。溢流堰作用是使塔板上保持一定 厚度液層。氣體則在壓力差推動下，自下而上穿過各層塔板氣體通道（泡罩、篩孔或浮閥等）, 分散成小股氣流，鼓泡通過各層塔板液層。在塔板上，氣液兩相 密切接觸，進行熱量和質量交換。在板式塔中，氣液兩相逐級接 觸，兩相組成沿塔高呈階梯式變化，在正常操作下，液相為連續(xù)相, 氣相為分散相。 工業(yè)上最早出現板式塔是篩板塔和泡罩塔。篩板塔出現

16、于 1830年，很長一段時間內被認為難以操作而未得到重視。泡罩塔 結構復雜，但容易操作，自1854年應用于工業(yè)生產以后，很快 得到推廣，直到20世紀50年代初，它始終處于主導地位。第二次世界大戰(zhàn)后，煉油和化學 工業(yè)發(fā)展迅速，泡罩塔結構復雜、造價高缺點日益突出，而結構簡單篩板塔重新受到重視。 通過大量實驗研究和工業(yè)實踐，逐步掌握了篩板塔操作規(guī)律和正確設計方法，還開發(fā)了大孔 徑篩板，解決了篩孔容易堵塞問題。因此，50年代起，篩板塔迅速發(fā)展成為工業(yè)上廣泛應 用塔型。及此同時，還出現了浮閥塔，它操作容易，結構也比較簡單，同樣得到了廣泛應用。 而泡罩塔應用則日益減少，除特殊場合外，已不再新建。60年代以

17、后,石油化工生產規(guī)模不 斷擴大，大型塔直徑已超過10m。 為滿足設備大型化及有關分離操作所提出各種要求，新型塔板不斷出現，已有數十種。 塔板田乂稱塔盤，是板式塔中氣液兩相接觸傳質部位，決定塔操作性能，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量通道供氣體自下 而上穿過板上液層。氣體通道形式很多，它對塔板性能有決定性影響，也是區(qū)別塔板類型主 要標志。篩板塔塔板氣體通道最簡單，只是在塔板上均勻地開設許多小孔（通稱篩孔），氣 體穿過篩孔上升并分散到液層中泡罩塔塔板氣體通道最復雜，它是在塔板上開有若干較大圓 孔，孔上接有升氣管，升氣管上覆蓋分散氣體

18、泡罩。浮閥塔塔板則直接在圓孔上蓋以可浮動 閥片，根據氣體流量,閥片自行調節(jié)開度。 B.溢流堰為保證氣液兩相在塔板上形成足夠相際傳質表面，塔板上須保持一定深度液 層，為此,在塔板出口端設置溢流堰。塔板上液層高度在很大程度上山堰高決定。對于大型 塔板，為保證液流均布，還在塔板進口端設置進口堰。 C降液管 液體自上層塔板流至下層塔板通道，也是氣（汽）體及液體分離部位。為此, 降液管中必須有足夠空間，讓液體有所需停留時間。此外，還有一類無溢流塔板，塔板上不 設降液管，僅是塊均勻開設篩孔或縫隙圓形篩板。操作時，板上液體隨機地經某些篩孔流下, 而氣體則穿過另一些篩孔上升。無溢流塔板雖然結構簡單，造價低

19、廉，板面利用率高，但操 作彈性太小，板效率較低，故應用不廣。 1.3.3板式塔特點 它主要優(yōu)點有： A結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為袍罩塔60%,為浮閥塔80%左右。 B處理能力大，比同塔徑袍罩塔可增加10Q15%。 C塔板效率高，比袍罩塔高15%左右。 D壓降較低，每板壓力降比袍罩塔約低30%左右。 它缺點是： A塔板安裝水平度要求較高，否則氣液接觸不均。 B操作彈性較小。 C小孔篩板簡單堵塞。 因板式塔空塔速度較大，因而生產能力較大，塔板效率穩(wěn)定，操作彈性大，且造價低， 檢修、清洗方便，故工業(yè)上廣泛應用。 1.3,4板式塔作用 A.塔釜作用： 為了使精儲

20、塔連續(xù)穩(wěn)定進行，必須保證塔板上有上升蒸汽，故塔釜作用就是提供上升蒸 汽。 B.回流液作用： a、提供一定數量液流：提供了汽液直接接觸進行雙向傳質必要條件； b、向塔內補充一定量易揮發(fā)組分，維持塔內穩(wěn)定操作。上升蒸汽越往上走，易揮發(fā)組分 濃度越高，一是上升汽流中難揮發(fā)組分冷凝下來進入液相；二是下降液流中易揮發(fā)組分汽化 進入了汽相，如果沒有回流液，每塊塔板上易揮發(fā)組分濃度就會下降，操作就不穩(wěn)定。。 C.精微段和提偏段作用： 精tg段：原料液進料板以上稱精偏段，它作用：上升蒸汽及回流液之間傳質、傳熱，逐 步增濃氣相中易揮發(fā)組分?？梢哉f，塔上部完成了上升汽流精制。 提儲段：加料板以下稱提偏

21、段，它作用：在每塊塔板下降液體及上升蒸汽傳質，傳熱。 下降液流中難軍發(fā)組分不斷增加，可以說，塔下部完成了下降液流中難軍發(fā)組分提濃。 D.塔板作用： 0結構：每一塊塔板上有降液管、出口堰、板上小孔，有還有進口堰。 b作用：上一塊板液體由降液管下來，下一塊板蒸汽由板上小孔進入，因出口堰存在使每 一塊板上有一定厚度液層，這樣氣液在塔板上直接接觸，進行傳質、傳熱。 第二章設計部分 2.1 設計任務 在抗生素類藥物生產過程中，需要用甲醇溶媒洗滌晶體，洗滌過濾后生產廢甲醇溶媒, 其組成為含甲醇46%、水54% （質量分數，下同），另含少量藥物固體顆粒。為使廢甲醇溶媒 重復利用，設計一套板式精儲

22、塔，以對廢甲醇溶媒進行精儲，得到含水量40.3%甲醇溶媒。 設計要求廢甲醇溶媒處理量為3. 5萬噸/年，塔底廢水中甲醇含量＜0. 5%。 操作條件：（1）操作壓力常壓 （2）進料熱狀態(tài) 泡點進料 （3）回流比 2 (4)單板壓降＜0. 7Kpa （5）全塔效率70% 2. 2設計方案確定 本設計任務為分離甲醇和水混合物，對于二元混合物分離，應采用連續(xù)常壓精馀流程。 設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精儲塔內。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，其余部分經產品冷凝器冷卻后送至貯罐。 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

23、小回流比2倍。塔底采用間 接蒸氣加熱，塔底產品經冷卻后送至貯罐。 2. 3設計計算 2.3.1精僧塔物料衡算 A.原料液及其塔頂、塔底產品摩爾分率 甲醇摩爾質量為：32.04kg/kmol 水摩爾質量為：18.02kg/kmol 0.46/32.04 ?-0.46/32.04+0.56/18.02 0.997/32.04 =0.324 xn = 0.997/32.04 + 0.003/18.02 0.005/32.04 =0.995 0.005/32.04 + 0.995/18.02 =0.003 B.原料液及其塔頂及塔底產品平均摩爾質量 Mf

24、=0.324x32.04+(1-0.324)x18.02=22.56 kg/mol Md =0.995x32.04+(1-0.995)x18.02=31.97 kg/mol Mw =0.003x32.04+(1 -0.003)x 18.02=18.02 kg/mol C.物料衡算 原料處理量：F=3.5x107/(300x24x22.56)=215.47 kmol/h 由總物料衡算：F=D+W 甲醇物料衡算：215.47x0.324=0.995D+0.003W 得出： D=69.72 kmol/h W=145.75 kmol/h 2. 3. 2精微塔塔板數確定 A.理論

25、板層數NT求取 a.因為甲醇--水屬于理想物系⑵，可采用圖解法求理論板層數(見相平衡圖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，在圖中對角線上e (0.324, 0.324)做垂線ef,該線及平衡 線交點坐標為： Xq=0.324 yq=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=2Rmin=2x0.794=1.59 c.精儲塔氣、液相負荷 L=RxD=1..59x69.72=110.85kmol/h V=(R+1)xD=2.59x69.72

26、=180.57kmol/h L'=L+F=110.85+215.47=326.32kmol/h V*=V=180.57kmol/h d.精信段、提儲段操作線方程 精儲段操作線：y=L/VxX+D/VxXD=0.614X+0.386 提微段操作線：y'=L7V'xX'—W/V'xXW=1.81X'-0.0024 e.圖解法求理論塔板層數 根據圖一所示，可求得結果為： 總理論塔板數Nt為8塊(包括再沸器) 進料板位置Nf為自塔頂數起第6塊 B.實際板層數求取 精儲段實際塔板數N m=5/0.7=7.1g8塊 提t(yī)g段實際塔板數N提=3/0.7=4.3%5塊 2. 3. 3

27、精僧塔工藝條件及物性數據計算 A.操作壓力計算 設每層塔壓降： △P=0.7 kPa (一般情演況下，板式塔每一個理論級壓降約在 0.4~1.1 kPa) 塔頂操作壓力 PD=101.3KPa 進料板壓力 Pf=1 01.3+8x07=106.9 KPa 精偉段平均壓力 Pm=(101.3+106.9)/2=104.1 KPa B.操作溫度計算 依操作壓力由泡點方程通過試差計算，結果如下： 塔頂溫度： tD=61.2℃ 進料板處溫度：tF=82.8℃ 精儲段平均溫度 tM= (64.2+82.8) /2=73.5℃ C.平均摩爾質量計算 a.塔頂平均摩爾質量計算 由X

28、d=Yl=0.995查平衡曲線(圖一)得 Xl=0.95 MvDm=0.995x32.04+(1-0.995)x18.02=31.97 kg/mol MLDm=0.95x34.04+(1 -0.95)x18.02=31.34 kg/mol b.精儲段平均摩爾質量 Mvrn=(31.97+26.34)/2=29.29kg/mol MLm=(31.34+21.30)/2=26.32kg/mol D.平均密度計算 a.氣相平均密度計算 由理想氣體狀態(tài)方程計算，即 pvm=PmMvW/RTm=(104.1x29.29)/[8.314x(273.15+73.5)]=1.058kg/rn

29、3 b.液相平均密度計算 液相平均密度依下式計算，即 塔頂液相平均密度計算 由tD=64.2C時查手冊得 pA=756.186kg/m3 pB=980.932kg/m3 pLDm=1/(0.997/756.18+0.003/980.932)=756.7kg/m3 進料板液相平均密度計算 由tF=82.8℃,查手冊得 pA=733.9kg/m3 pB=969.98kg/m3 進料板液相質量分率 aA=(0.234x32.04)/(0.234x32.04+0.766x 18.02)=0.352 pLFm=1/(0.352/733.9+0.648/969.98)=871.3k

30、g/m3 精儲段液相平均密度為 pLm=(756.7+871.3)72=814kg/m3 E.平均表面張力計算 液相平均表面張力依下式計算，即 OLm立XiOi a.塔頂液相平均表面張力計算 由tD=64.2℃,查得 oa=1 6.85mN/m qb=65.41 mN/m OLDm=0.995x16..85+0.005x65.41 =17.09 mN/m b.進料板液相平均表面張力計算 由tF=82.8℃,查得 oa=1 4.72mN/m ob=62.05 mN/m olfm=0.234x 14.72+0.766x62.05=50.97mN/m 精偏段液相平均表面張

31、力 OLm=(17.09+50.97)/2=34.03 mN/m F.平均粘度計算 液相平均粘度依下式計算，即 lgpun=Zxilgpi a.塔頂液相平均粘度計算 由tD=64.2C,查得 pA=0.328mPa.s jjb=0.441 mPa.s lg|JLDm=0.995g(0.328)+0.005lg(0.441) 解出 pLDm=0.328mPa.s b.進料板平均粘度計算 由tF=82℃,查得 pA=0.269mPa.s pB=0.344mPa.s lgpLFm=0.234lg(0.269)+0.766lg(0.344) 解出 pLFm=0.324mPa

32、.s 精微段平均粘度 jJLm=(0.328+0.324)/2=0.326mPa.s 2. 3. 4精僧塔塔體工藝尺寸計算 A.塔徑計算 a .精錦段氣、液相體積流率為 y= VxMVm= 180,57x29.29 =n89 S 3600 Qvm 3600 x 1.058 3/ m s LxMVm _ 110.85x26.32 3600 pl ni " 3600 x814 由 式中C由式計算，其中Go由圖查取㈤，圖橫坐標為 .%)/.°-刈,3600( 814 % =002 Vh pv 1.389 x 814 1.058 取板間距H: =0. 40m ,板上液層高

33、度hL = 0. 06 m ,則 H： - hL =0. 40-0. 06=0. 34 m 查圖得 C =o =0. 07 C = C，o(% 產=0.07 x ('生產=0.078 20 20 ，814—1.058 Umax = 0.078 ——=2.162 m/s 取空安全系數為0.8,則空塔氣速為 u —0. 8 X Uaaz-O. 8X2. 162—1. (3 m/s = 1.011 甌—I 4x1.389 \'^nT-V3.14x1.73 按標準塔徑圓整后為D =1.2m 塔截面積為 AT=n/4XD:=0. 785X 1. 22=1. 13 m2 實際空

34、塔氣速為 u =1. 389/1. 13=1. 23 m/s B.精馀塔有效高度計算 精儲段有效高度為 Z 精=(N 巾-1)Ht= (8-1) x0.4=2.8 m 提偏段有效高度為 Zw= (1\1提-1) Ht= (5-1) x0.4=1.6m 在進料板上方開一個人孔，其高度為0.8 m 故精儲塔有效高度為 Z=Z w5+Z ^+0.8=2.8+1.6+0.8=5.2m 2. 3. 5塔板主要工藝尺寸計算 A.溢流裝置計算 因塔徑D=L4 ,可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下: a.堰長L 取 1, = 0.7D=0.7X1. 2=0.84

35、 b.溢流堰高度h. 由 hw二 h「h” 選用平直堰，堰上液層高度how由下式計算，即 L =(2. 84/1000)EX (U/U)2 3 近似取E = 1,則 hg =(2. 84/1000) X (0. 001X3600/0. 84)-3= °,0075,,r 取板上清液層高度hL=80mm 故 h,二0. 08-0. 0075=0. 0725 m c.弓形降液管高度Wd和截面積Af 由 查圖”：得 故 Af =0. 0942At=0. 0942X1. 13=0. 106 m: Wd =0.151D=0.151X1. 2=0. 181 m 依式驗算液體在降液

36、管中停留時間，即 c 3600A.H, 3600 x 0.106 x 0.4 c 0.001x3600 0 = 1~二= =42.4s > 5s 故降液管設計合理 d.降液管底隙高度ho 取 =0. 1 m/s 則 ho =0. 001X3600/(3600X0. 84X0. 1)=0. 012 m h, 一 卜=0. 0725-0. 012=0. 0605m>0, 006m 故降液管底隙高度設計合理 選用凹形受液盤，深度hj=50mm B.塔板布置 a.塔板分塊 因D〉二800 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:= W

37、' = 0. 070 m , Wc =0.030 m A c.開孔區(qū)面積計算 開孔區(qū)面積工按式計算，即 2 Aa = 2Jx(r2 -x2) + sin-1 — r r 其中 (Wd+ WJ =1. 2/2-(0.181+0. 07)=0. 349m -Wc =1. 2/2-0. 03=0. 597m 故 Aa =0. 783 d.篩孔計算及其排列 =5mm 本設計所處理物系無腐蝕性，可選用。=3 mm 碳鋼板，取篩孔直徑 篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為 t - 3 do =3 X o=lo nun 篩孔數目n為 1.155A, 1.155x0.783 村” 人

38、 n = s-- = ——= 4020 個 廠 0.06 開孔率為 =0. 907 (do/t) = 0.907 (0. 005/0.015) 2 =10. 1% 氣體通過閥孔氣速為 =1. 389/ (0. 101X0. 783) = 17. 56m/s 2. 3. 6篩板流體力學驗算 A.塔板壓降 a.干板阻力he計算 干板阻力he由式計算，即 由 do/o= 1.6 ,查圖得，c。=0.772 故 hc = 0.051 x(!Z2^)2 x0.343/h 液柱 0.772 814 b.氣體通過液層阻力兒計算 氣體通過液層阻力也由式計算，即 hx = P hi

39、 - ° at-a, 1.389 1.13-0.106 = 1.356 m/s Fo = 1. 356XV1.058 =L 395依%/(S?〃*) 查圖，得B=0.59 故 hi=Phi = B ( h. + 鼠)=0.59 (0. 0075+0. 0725) c.液體表面張力阻力鼠計算 液體表面張力所產生阻力h0由下式計算，即 , 4偽 4x34.03xl07 八八八… 江" h3 = —— = = 0.0034"?液柱 自身痣 814x9.81x0.005 氣體通過每層塔板液柱高度h0可按下式計算，即 hp 二卜 + hi + 卜 hp =0. 034

40、3+0. 0472+0. 0034=0. 0849 m 液柱 .0472m液柱  氣體通過每層塔板壓降為 △ Pp = h, P 1 g = 0. 0849X814X9. 81=678Pa<0. 7KPa (設計允許值) B.液面落差 對于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差影響巴 C.液沫夾帶 液沫夾帶量由下式計算，即 ev =5- x %-^產 5 乩-% hf =2. 5hi=2. 5X0. 06=0. 15m 5.7x10y rX( 34.03x10-3 0.4-0.15 32 = 0.037Zg*夜/kg氣V0.1心液/版

41、氣 故在本設計中液沫夾帶量,在允許范圍內。 D.漏液 對篩板塔，漏液點氣速可由下式計算，即 w0,nun =4.4C。J(O.OO56+0.13%/凡, =4.4x 0.772x ^/(0.0056+0.13x0.06-0.0034) x 814/1.058 =9. 422m/s 實際孔速 “0二 17. 56 m/s >1%^ 穩(wěn)定系數為 ——= 1.864 >1, 5 故在本設計中無明顯漏夜。 E.液泛 為防止塔內發(fā)生液泛，降液管內液層高度也應服從關系式 Hd < (Hd + hJ 甲醇一水物系屬一般物系,取°=0. 5,則 O(Hd+ hj= (0. 40

42、+0. 0725 ) =0. 236m 而 Ha = hp + hi + hd 板上不設進口堰，hd可由下式計算，即 hd = 0. 153(mo')2=0. 153 (0. 1) M). 0015m 液柱 乩=0.1+0. 06+0. 0015=0.162m 液柱 乩 < (p (Hi+hJ 故在本設計中不會發(fā)生液泛現象. 2. 3.7塔板負荷性能圖 A.漏夜線 由 U（）,?un = J44co （0.0056 + O?O13Hl ? h。）月"夕 v Vs.mm=4?4xC°xAoX |{0.0056+。13[%+荒乂石'（六）%] — ％}4/介, = 4.4x

43、0.772x0.101x0.0783 x[{0?0056+0.13[0.0725+ 2.84 1000 x 1 x（，：；：'）為 1 - 0.0034） X814/1.058 整理得 yv =7.45xJ0.0116 +0.0974 ?v ?1IB 111 ， 2 在操作范圍內，任取幾個Ls,依上式計算出Vs值，計算結果列表如下 Lsjtf/s 0. 0002 0. 0004 0. 0006 0. 0008 0. 001 V § 3 0.814 0. 821 0. 826 0. 831 0. 946 B.液沫夾帶線. 求匕一 L關系如下:

44、 Ill 5.7 x IO6 ev = % )3.2 乩-， =0. 977VS hf =2. 5hL= 2. 5X (k hj h, =0. 0725 L =(2. 84/1000) X 1X (3600U/0. 84)： 3=0. 75LS: 故 hf =0. 181 + 1.88Ls23 Hi - hf =0. 219-1. 88U23 _ 5.7x10-10.977 x Vs 的力1 ' 34.03x10-' 0.219-1.88%% 整理得 vs =1. 65-14. ILs2 3 在操作范圍內，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值，計算解果列表如下

45、Lsjtf / s 0. 0002 0. 0004 0. 0006 0. 0008 0. 001 Vs，曲 /s 1.602 1.573 1.549 1.528 1.508 C .液相負荷下限線 對于平直堰⑹，取堰上液層高度h”=0.006m作為最小液體負荷標準。由式得 1000 h =0. 00072 0.006x1000 V 0.84 =( )"X 2.84 3600 據此可作出及氣體流量無關垂直液相負荷下限線3o D .液相負荷上限線 以0=4s作為液體在降液管⑴中停留時間下限，由式得 4. max Hr _ 0.106x0.40 ~

46、4 4 =0.0106  據此可作出及氣體流量無關垂線液相負荷上限線4o E.液泛線 令 Hd — (Ht +h”) 由 Hd = hp + hi + hd ； hp = hi + he +h0 ； hi = P hi； hi = h> + 鼠 聯(lián)立得 夕h：+ (夕一/一1) h* =(/?+ 1) h”+hc +hd +ho 忽略h。，將L” hd及L,鼠及V：關系式代入上式，并整理得 a'Vs2 =b'-c,Ls1-(rLs% 式中 b'=坦丁 + " - 夕 -1)% ^=0.153 /Gw" "'=2.84x10-3 E(l + 0(等)% 將有關

47、數據代入，得 0.051 1.058 … -( )=0.02 (0.101 x 0.783 x 0.772 )2 814 加=0.5 x 0.40+(0.5- 0.59-l)x 0.0725 = 0.121 c'=礪器1曠］505⑻ d'= 2.84 x 1 O' x 1 x (1 + 0.59)(藍^)% =1.191 0. 02Vs：=0. 121-1505. 811Ls：-l. 191U 3 V；=6. 05-7.53x10' L； - 59. 55 L；' 在操作范圍內，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結果列于表 Lsjif/s 0. 0002 0.0

48、004 0. 0006 0. 0008 0. 001 V /s 1 2.417 2. 391 2. 366 2. 343 2.319 根據以上各線方程，可作出操作線。該篩板操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。可查得 V” max = 2. 75 V“ min =0. 74 故操作彈性為 3. 716 第三章結論 表3?1精儲塔設計計算結果 序號 ?? i!目 數值 1 平均溫度3, ℃ 73.5 2 平均壓力Pm，kPa 104.1 3 氣相流量vs, (m3/s) 1.389 4 液相流量Ls, ( m3/s) 0.001 5

49、 實際塔板數 8 6 有效段高度Z, m 5.2 7 塔徑m 1.2 8 板間距m 0.40 9 溢流形式 單溢流 10 降液管形式 弓形 11 堰長m 0.84 12 堰高m 0.0725 13 板上液層高度m 0.08 14 堰上液層高度m 0.0075 15 降液管底隙高度m 0.012 16 安定區(qū)高度m 0.070 17 邊緣區(qū)寬度m 0.030 18 開孔區(qū)而積m? 0.783 19 篩孔直徑m 0.005 20 篩孔數H 4020 21 孔中心距m 0.015 22 開孔率％

50、 10.1 23 空塔氣速nVs 1.23  24 篩孔氣速m/s 17.56 25 穩(wěn)定系數 1.864 26 每層塔板壓降Pa 678 27 負荷上限 液泛控制 28 負荷下限 漏液控制 29 液沫夾帶ev 0.037 30 氣相負荷上限m7s 2.75 31 氣相負荷下限m3/s 0.74 32 操作彈性 3.716 通過這次比較完整甲醇一水精鐳塔設計，我擺脫了單純理論知識學習狀態(tài)，和實際設計 結合鍛煉了我綜合運用所學專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題能力，同時也提高我查閱文獻 資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專

51、業(yè)能力水平，而且通過對整體掌控，對局 部取舍，以及對細節(jié)斟酌處理，都使我能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，并且意志品質力, 抗壓能力及耐力也都得到了不同程度提升。這是我們都希望看到也正是我們進行畢業(yè)設計目 所在。 參考文獻 [1]柴誠敬等.化工原理課程設計.天津:天津科學技術出版社,1994 [2]賈紹義，柴誠敬等.化工傳質及分離過程.北京:化學工業(yè)出版社,2001 [3]姚玉英等,化工原理，下冊.天津:天津大學出版社,1999 [4]匡國柱，史啟才等.化工單元過程及設備課程設出.北京:化學行業(yè)出版社,2002 [5]?化學工程手冊>> 編輯委員會.化學工程手冊一一氣液傳質設備.北京

52、:化學工業(yè)出版社,1989 [6]劉乃鴻等.工業(yè)塔新型規(guī)整填料應用手冊.天津:天津大學出版社』993 [7]王樹盈等.現代填料塔技術指南.北京:中國石化出版社,1998 [8]徐崇嗣等.塔填料產品及技術手冊」匕京:化學工業(yè)出版社,1995 [9]蘭州石油機械研究所.現代塔器技術.北京:燒加工出版社」990 [10]Strigle R F.Random Packongs and Packed Tower Design and Applications. Houston: Gulf Publishing Company,! 987 經過兩個多月忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個專科生畢業(yè)設計，由 于經驗匱乏，難免有許多考慮不周全地方，如果沒有導師督促指導，以及一起工作同學們支 持，想要完成這個設計是難以想象。 在這里首先要感謝我指導老師。她平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計每個階段，從外 出實習到查閱資料，設計草案確定和修改，中期檢查，后期詳細設計等整個過程中都給予了 我悉心指導。我設計較為復雜煩瑣，但是王老師仍然細心地糾正論文中錯誤。然后還要感謝 大學三年來我所有老師，為我們打下機械專業(yè)知識基礎；同時還要感謝所有同學們，正是因 為有了你們支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會順利完成。 最后感謝遼寧石油化工大學三年來對我大力栽培。