甲醇—水填料精馏塔设计示例

《甲醇—水填料精馏塔设计示例》由会员分享，可在线阅读，更多相关《甲醇—水填料精馏塔设计示例（29页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、甲醇一水分离装置工艺设计 摘要 甲醇是一种重要化工原料，其用途广泛，是基础有机化工原料和优质燃料。主要应用于 精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二中脂等多种有机产品, 也是农药、医药重要原料之一。 甲静易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物质，因此只有用特殊方法才能制得完全无 水甲醇。精饰是应用最广传质分离操作，板式塔是目前最主要精馀塔塔型，对它研究一直长 盛不衰。筛板塔和浮阀塔成功地取代泡罩塔是效益巨大成果。板式塔设计已达到较高水平， 设计结果比较可靠。马伦戈尼效应造成界面湍动现象和汽液两相间不同接触工况研究，使认 识得到了深化，对传质效率研究有所促进。具有各种

2、特点新型塔板开发研究不断取得成果。 对于塔板上汽液两相流动和混合状况、雾沫夹带及它们对效率影响研究不断深入，但离得到 一个通用而可靠效率估算模型尚有较大距离，特别是多元系统效率。进一步深入进行塔中汽 液两相流动状况研究，对于预测压降、传质效率和塔板可操作区域，对于认识至今了解其少 降液管中状况都十分有意义。 关键词：甲醇；精镭；板式塔 29 / 29 摘要 1 目录 2 前言 3 第一章文献综述 4 1. 1甲醇 4 1. 1. 1甲醇性质 4 1. 1.2甲醇用途 5 1. 1.3甲醇工业 5 1.1.4甲醇下游产品 5 1.2 精你原理 7 1.3 板式塔 8

3、 1. 3.1板式塔分类 8 1. 3. 2板式塔结构 8 1. 3. 3板式塔特点 10 1. 3.4板式塔作用 10 第二章设计部分 11 2.1设计任务 11 2.2设计方案确定 12 2. 3设计计算 12 2. 3. 1精储塔物料衡算 12 2. 3. 2精谭塔塔板数确定 13 2.3.3精伟塔工艺条件及物性数据计算 14 2. 3.4精饰塔塔体工艺尺寸计算 16 2. 3. 5塔板主要工艺尺寸计算 18 2. 3. 6筛板流体力学验算 20 2. 3.7塔板负荷性能图 22 第三章结论 26 参考文献 28 致谢 29 刖B 甲醇是仅次于三烯

4、和三苯重要基础有机化工原料,尤其近年来在有些以达国家中，甲醇 以清洁燃料身份登上了环境保护殿堂,更使其身份倍增.因此,发达国家中甲醇产量仅次于乙 烯，丙烯，苯，居第四位.。甲醇能及水、乙醇、乙暇、苯、酮类和大多数有机溶剂 限混合。甲醇易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物质，因此只有用特殊方 法才能制得完全无水甲醇。分离甲醇有很多方法，这次我用分离方法是精储塔 板式塔分离法。 板式塔是目前最主要精储塔塔型，对它研究一直长盛不衰。筛板塔和浮阀塔成功地取代 泡罩塔是效益巨大成果。板式塔设计已达到较高水平，设计结果比较可靠。马伦戈尼效应造 成界面湍动现象和汽液两相间不同接触工况研究，使认识得到了深化

5、，对传质效率研究有所 促进。具有各种特点新型塔板开发研究不断取得成果。对于塔板上汽液两相流动和混合状况、 雾沫夹带及它们对效率影响研究不断深入，但离得到一个通用而可靠效率估算模型尚有较大 距离，特别是多元系统效率。进一步深入进行塔中汽液两相流动状况研究，对于预测压降、 传质效率和塔板可操作区域，对于认识至今了解甚少降液管中状况都十分有意义。 第一章文献综述 1.1 甲醇 1.1.1 甲醇性质 甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发有毒液体，常温下对金属无腐蚀性（铅、铝除外）, 略有酒精气味。分子量32. 04,相对密度0.792(20/4℃),熔点-97.8C,沸点64.5C,闪 点 12

6、.22℃,自燃点 463.89C,蒸气密度 1.11,蒸气压 13. 33KPa(100mmHg 21. 2℃),蒸气 及空气混合物爆炸极限6〜36. 5 % (体积比)，能及水、乙醇、乙酸、苯、酮、卤代煌和 许多其他有机溶剂相混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。 1.1.2 甲解用途 甲醇用途广泛，是基础有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域， 用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、中氨、硫酸二中脂等多种有机产品，也是农药、医药重要原 料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。 1.1.3 甲醇工业 甲醇生产过程比较简单,原料来源多样,煤、石脑油和天然气均可制甲

7、醇。甲醇用途广泛, 它下游产品多达儿白种。近年来由于世界各国环保意识加强，特别是美国国会于1990年11 月15日通过清洁空气法修正案以后，甲醇身价备增，全球甲醇需求增长加快。 中国甲醇产业发展速度丝毫不逊于任何一国，仅靠最近5年快速发展，中国中醇产量就 跃居全球首位。 但是，正如正在发育期孩子一样，只是个头高并不能证明就是身体健康。相反，过高个 头可能还是一种病态。 甲醇属低附加值化工产品。低成本是该类产品竞争核心，也是生产企业采取重要竞争战 略，是企业安身立命关键。低成本需要优化各种影响产品成本生产要素，包括原料价格、工 艺路线、融资成本、装置规模和物流费用。 1.1.4 甲醇下游

8、产品 近年来，煤化工国产化技术装备相继取得突破，醇酸燃料、甲醇制烯垃等新兴煤化工产 业方兴未艾，再加上中醛、醋酸等传统下游产业稳步发展，我国甲醇需求量不断提高。甲醇 主要下游产品需求分析如下： 甲醛：甲醛是甲醇主要下游产品，2005年甲醛消费约占甲醇总消费量45%。根据全国甲 醛行业协作组提供数据显示，2005年我国甲醛产能为1231. 6万t,产量为791.0万t。2005 年甲醛生产消耗甲醇301万t, 2006年增加到381万3据专家预测，“十一五”期间用于 木材加工、室内装饰装修三醛胶仍是中国甲醛最大消费领域，其对于甲醛需求量将稳步增长。 此外，随着烟台万华、上海拜尔等多套MDI装

9、置落成，MDI行业对甲醛需求量将会大大增加。 POM是重要工程塑料，市场需求量将会逐年增长。中国化工、云天化等厂家都在新建或改扩 建P0M装置，随着这些装置投产，甲醛消费量也会同步增加。其它产品，如乌洛托品、多元 醇等对于甲醛需求量也会有不同程度增长。据全国甲醛行业协作组预测，截至2010年，我 国将新增甲醛产能约200万t/年，总产能将达到约1400万t/年，产量约1000万t/年。按 生产1吨甲醛需要0.47t甲醇计算，届时甲醛生产大约需要消耗甲醇470万to 醋酸：甲醇另一主要用途是生产醋酸。根据全国醋酸行业协作组提供数据显示，2005 年我国甲醇皴基合成法制醋酸产能约为90万t,产量

10、76.6万t,消耗中醇49万t； 2006年 产能约为140万t,产量118. 3万t,消耗中醇76万t。我国醋酸主要消费领域是醋酸乙烯 /聚乙烯醇、醋酸酯类、醋酎、对苯二中酸(PTA)、氯乙酸等。预计“十一五”期间，受聚酯 和涤纶工业快速发展带动，PTA需求将有较大幅度增长，其对醋酸需求也会同步增长。另外, 醋酸酯类替代苯类作溶剂，有利于环境保护，将在涂料等行业中有发展空间。氯乙酸、醋酸 纤维、醋酎行业对于醋酸需求量也会有不同程度增长。醋酸乙烯及乙烯共聚树脂也有巨大市 场。预计2010年,醋酸市场需求约500万t。 醇酸燃料和甲醇制烯烧：发展醇酸燃料有利于缓解我国石油供需矛盾,是近期替代能

11、源 工作重点。如果甲醇汽油标准能够在2008年制定完毕，而且国家允许中醇汽车上市，同时 加油站等配套系统能够得到完善，则预计2010年我国M85〜M100甲醇汽车将达到1万辆左 右，按每辆汽车每年消耗20吨甲醇计算，则共需要消耗甲醇20万to另外，预计到2010 年我国将有2000万t汽油掺烧甲醇，若比例按15%计算，则需要300万t甲醇。以上两部 分共需要甲醇320万t。 其他：2005年我国农药、医药行业共消费中醇74万t,其他行业如染料、溶剂以及甲 胺、氯甲烷等有机原料行业共消费甲醇112. 4万t。根据专家预测，“十一五”期间，我国 农药、医药、染料等行业对于甲醇需求将会相对稳定；用

12、于生产其他有机化工产品和用作溶 剂中醇，其消费量增长也不会太大。预计“十一五”末期，上述行业对于甲醇需求量约为 260万〜300万t/年。预计2010年我国甲醇需求量约为1800万〜2100万to 1.2 精微原理 利用均相液体混合物中两组分挥发性不同，多次且同时进行部分汽化和部分冷凝，达到 分离液体混合物目。由上工序来需分离料液经预热器加热至一定温度后由塔中部加料板加 入，在加料板上及上块塔板回流液汇合后逐板下流，最后进入塔釜进行部分加热，产生蒸汽 送回塔底作为回流汽；液体作为塔底产品。由塔顶出来蒸汽进行冷凝后一部分作为回流液重 新回到塔顶，另一部分进一步冷却后作为塔顶产品。 精你是应

13、用最广传质分离操作，其广泛应用促使技术已相当成熟，但是技术成熟并不意 味着之后不再需要发展而停滞不前。称说技术发展往往要花费更大精力，但由于其应用广泛, 每一个进步，哪怕是微小，也会带来巨大经济效率。正因为如此，蒸锵研究仍受到广泛重视, 不断取得进展。 板式塔是目前最主要精储塔塔型，对它研究一直长盛不衰。筛板塔和浮阀塔成功地取代 泡罩塔是效益巨大成果。板式塔设计已达到较高水平，设计结果比较可靠。马伦戈尼效应造 成界面湍动现象和汽液两相间不同接触工况研究，使认识得到了深化，对传质效率研究有所 促进。具有各种特点新型塔板开发研究不断取得成果。对于塔板上汽液两相流动和混合状况、 雾沫夹带及它们对效

14、率影响研究不断深入，但离得到一个通用而可靠效率估算模型尚有较大 距离，特别是多元系统效率。所幸是，经广泛实验研究发现，利用实验室奥德肖小筛板塔可以比较可靠地测工业塔中点效率，可以弥合一些上述差距。进一步深入进行塔中汽液两相流 动状况研究，对于预测压降、传质效率和塔板可操作区域，对于认识至今了解其少降液管中 状况都十分有意义。 1.3 板式塔 1.3.1 板式塔分类 板式塔型式很多，分类各不相同，如按气液在塔板上流向板式塔可分为：气-液呈错流 塔板；气液呈逆流塔板；气液呈并流塔板。按有无溢流装置乂可分为：有溢流装置板式塔； 无溢流装置板式塔。按塔盘结构乂可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔等等。

15、 1.3.2 板式塔结构 板式塔为逐级接触式气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受 液盘等部件构成。操作时，塔内液体依靠重力作用，由上层塔板降液管流到下层塔板受液 盘，然后横向流过塔板，从另一侧降液管流至下一层塔板。溢流堰作用是使塔板上保持一定 厚度液层。气体则在压力差推动下，自下而上穿过各层塔板气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等）, 分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板液层。在塔板上，气液两相 密切接触，进行热量和质量交换。在板式塔中，气液两相逐级接 触，两相组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相, 气相为分散相。 工业上最早出现板式塔是筛板塔和泡罩塔。筛板塔出现

16、于 1830年，很长一段时间内被认为难以操作而未得到重视。泡罩塔 结构复杂，但容易操作，自1854年应用于工业生产以后，很快 得到推广，直到20世纪50年代初，它始终处于主导地位。第二次世界大战后，炼油和化学 工业发展迅速，泡罩塔结构复杂、造价高缺点日益突出，而结构简单筛板塔重新受到重视。 通过大量实验研究和工业实践，逐步掌握了筛板塔操作规律和正确设计方法，还开发了大孔 径筛板，解决了筛孔容易堵塞问题。因此，50年代起，筛板塔迅速发展成为工业上广泛应 用塔型。及此同时，还出现了浮阀塔，它操作容易，结构也比较简单，同样得到了广泛应用。 而泡罩塔应用则日益减少，除特殊场合外，已不再新建。60年代以

17、后,石油化工生产规模不 断扩大，大型塔直径已超过10m。 为满足设备大型化及有关分离操作所提出各种要求，新型塔板不断出现，已有数十种。 塔板田乂称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质部位，决定塔操作性能，通常主要由 以下三部分组成： A.气体通道 为保证气液两相充分接触，塔板上均匀地开有一定数量通道供气体自下 而上穿过板上液层。气体通道形式很多，它对塔板性能有决定性影响，也是区别塔板类型主 要标志。筛板塔塔板气体通道最简单，只是在塔板上均匀地开设许多小孔（通称筛孔），气 体穿过筛孔上升并分散到液层中泡罩塔塔板气体通道最复杂，它是在塔板上开有若干较大圆 孔，孔上接有升气管，升气管上覆盖分散气体

18、泡罩。浮阀塔塔板则直接在圆孔上盖以可浮动 阀片，根据气体流量,阀片自行调节开度。 B.溢流堰为保证气液两相在塔板上形成足够相际传质表面，塔板上须保持一定深度液 层，为此,在塔板出口端设置溢流堰。塔板上液层高度在很大程度上山堰高决定。对于大型 塔板，为保证液流均布，还在塔板进口端设置进口堰。 C降液管 液体自上层塔板流至下层塔板通道，也是气（汽）体及液体分离部位。为此, 降液管中必须有足够空间，让液体有所需停留时间。此外，还有一类无溢流塔板，塔板上不 设降液管，仅是块均匀开设筛孔或缝隙圆形筛板。操作时，板上液体随机地经某些筛孔流下, 而气体则穿过另一些筛孔上升。无溢流塔板虽然结构简单，造价低

19、廉，板面利用率高，但操 作弹性太小，板效率较低，故应用不广。 1.3.3板式塔特点 它主要优点有： A结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为袍罩塔60%,为浮阀塔80%左右。 B处理能力大，比同塔径袍罩塔可增加10Q15%。 C塔板效率高，比袍罩塔高15%左右。 D压降较低，每板压力降比袍罩塔约低30%左右。 它缺点是： A塔板安装水平度要求较高，否则气液接触不均。 B操作弹性较小。 C小孔筛板简单堵塞。 因板式塔空塔速度较大，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造价低， 检修、清洗方便，故工业上广泛应用。 1.3,4板式塔作用 A.塔釜作用： 为了使精储

20、塔连续稳定进行，必须保证塔板上有上升蒸汽，故塔釜作用就是提供上升蒸 汽。 B.回流液作用： a、提供一定数量液流：提供了汽液直接接触进行双向传质必要条件； b、向塔内补充一定量易挥发组分，维持塔内稳定操作。上升蒸汽越往上走，易挥发组分 浓度越高，一是上升汽流中难挥发组分冷凝下来进入液相；二是下降液流中易挥发组分汽化 进入了汽相，如果没有回流液，每块塔板上易挥发组分浓度就会下降，操作就不稳定。。 C.精微段和提偏段作用： 精tg段：原料液进料板以上称精偏段，它作用：上升蒸汽及回流液之间传质、传热，逐 步增浓气相中易挥发组分。可以说，塔上部完成了上升汽流精制。 提储段：加料板以下称提偏

21、段，它作用：在每块塔板下降液体及上升蒸汽传质，传热。 下降液流中难军发组分不断增加，可以说，塔下部完成了下降液流中难军发组分提浓。 D.塔板作用： 0结构：每一块塔板上有降液管、出口堰、板上小孔，有还有进口堰。 b作用：上一块板液体由降液管下来，下一块板蒸汽由板上小孔进入，因出口堰存在使每 一块板上有一定厚度液层，这样气液在塔板上直接接触，进行传质、传热。 第二章设计部分 2.1 设计任务 在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后生产废甲醇溶媒, 其组成为含甲醇46%、水54% （质量分数，下同），另含少量药物固体颗粒。为使废甲醇溶媒 重复利用，设计一套板式精储

22、塔，以对废甲醇溶媒进行精储，得到含水量40.3%甲醇溶媒。 设计要求废甲醇溶媒处理量为3. 5万吨/年，塔底废水中甲醇含量＜0. 5%。 操作条件：（1）操作压力常压 （2）进料热状态 泡点进料 （3）回流比 2 (4)单板压降＜0. 7Kpa （5）全塔效率70% 2. 2设计方案确定 本设计任务为分离甲醇和水混合物，对于二元混合物分离，应采用连续常压精馀流程。 设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精储塔内。塔顶上升蒸气采用 全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至贮罐。 该物系属于易分离物系，最小回流比比较小，故操作回流比取最

23、小回流比2倍。塔底采用间 接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至贮罐。 2. 3设计计算 2.3.1精僧塔物料衡算 A.原料液及其塔顶、塔底产品摩尔分率 甲醇摩尔质量为：32.04kg/kmol 水摩尔质量为：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.原料液及其塔顶及塔底产品平均摩尔质量 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 原料处理量：F=3.5x107/(300x24x22.56)=215.47 kmol/h 由总物料衡算：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精微塔塔板数确定 A.理论

25、板层数NT求取 a.因为甲醇--水属于理想物系⑵，可采用图解法求理论板层数(见相平衡图1--1) b.求最小回流比和操作回流比 采用作图法求最小回流比，在图中对角线上e (0.324, 0.324)做垂线ef,该线及平衡 线交点坐标为： 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 取操作回流比为：R=2Rmin=2x0.794=1.59 c.精储塔气、液相负荷 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、提储段操作线方程 精储段操作线：y=L/VxX+D/VxXD=0.614X+0.386 提微段操作线：y'=L7V'xX'—W/V'xXW=1.81X'-0.0024 e.图解法求理论塔板层数 根据图一所示，可求得结果为： 总理论塔板数Nt为8块(包括再沸器) 进料板位置Nf为自塔顶数起第6块 B.实际板层数求取 精储段实际塔板数N m=5/0.7=7.1g8块 提tg段实际塔板数N提=3/0.7=4.3%5块 2. 3. 3

27、精僧塔工艺条件及物性数据计算 A.操作压力计算 设每层塔压降： △P=0.7 kPa (一般情演况下，板式塔每一个理论级压降约在 0.4~1.1 kPa) 塔顶操作压力 PD=101.3KPa 进料板压力 Pf=1 01.3+8x07=106.9 KPa 精伟段平均压力 Pm=(101.3+106.9)/2=104.1 KPa B.操作温度计算 依操作压力由泡点方程通过试差计算，结果如下： 塔顶温度： tD=61.2℃ 进料板处温度：tF=82.8℃ 精储段平均温度 tM= (64.2+82.8) /2=73.5℃ C.平均摩尔质量计算 a.塔顶平均摩尔质量计算 由X

28、d=Yl=0.995查平衡曲线(图一)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.精储段平均摩尔质量 Mvrn=(31.97+26.34)/2=29.29kg/mol MLm=(31.34+21.30)/2=26.32kg/mol D.平均密度计算 a.气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算，即 pvm=PmMvW/RTm=(104.1x29.29)/[8.314x(273.15+73.5)]=1.058kg/rn

29、3 b.液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度计算 由tD=64.2C时查手册得 pA=756.186kg/m3 pB=980.932kg/m3 pLDm=1/(0.997/756.18+0.003/980.932)=756.7kg/m3 进料板液相平均密度计算 由tF=82.8℃,查手册得 pA=733.9kg/m3 pB=969.98kg/m3 进料板液相质量分率 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 精储段液相平均密度为 pLm=(756.7+871.3)72=814kg/m3 E.平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算，即 OLm立XiOi a.塔顶液相平均表面张力计算 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.进料板液相平均表面张力计算 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张

31、力 OLm=(17.09+50.97)/2=34.03 mN/m F.平均粘度计算 液相平均粘度依下式计算，即 lgpun=Zxilgpi a.塔顶液相平均粘度计算 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.进料板平均粘度计算 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精僧塔塔体工艺尺寸计算 A.塔径计算 a .精锦段气、液相体积流率为 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由式计算，其中Go由图查取㈤，图横坐标为 .%)/.°-刈,3600( 814 % =002 Vh pv 1.389 x 814 1.058 取板间距H: =0. 40m ,板上液层高

33、度hL = 0. 06 m ,则 H： - hL =0. 40-0. 06=0. 34 m 查图得 C =o =0. 07 C = C，o(% 产=0.07 x ('生产=0.078 20 20 ，814—1.058 Umax = 0.078 ——=2.162 m/s 取空安全系数为0.8,则空塔气速为 u —0. 8 X Uaaz-O. 8X2. 162—1. (3 m/s = 1.011 瓯—I 4x1.389 \'^nT-V3.14x1.73 按标准塔径圆整后为D =1.2m 塔截面积为 AT=n/4XD:=0. 785X 1. 22=1. 13 m2 实际空

34、塔气速为 u =1. 389/1. 13=1. 23 m/s B.精馀塔有效高度计算 精储段有效高度为 Z 精=(N 巾-1)Ht= (8-1) x0.4=2.8 m 提偏段有效高度为 Zw= (1\1提-1) Ht= (5-1) x0.4=1.6m 在进料板上方开一个人孔，其高度为0.8 m 故精储塔有效高度为 Z=Z w5+Z ^+0.8=2.8+1.6+0.8=5.2m 2. 3. 5塔板主要工艺尺寸计算 A.溢流装置计算 因塔径D=L4 ,可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下: a.堰长L 取 1, = 0.7D=0.7X1. 2=0.84

35、 b.溢流堰高度h. 由 hw二 h「h” 选用平直堰，堰上液层高度how由下式计算，即 L =(2. 84/1000)EX (U/U)2 3 近似取E = 1,则 hg =(2. 84/1000) X (0. 001X3600/0. 84)-3= °,0075,,r 取板上清液层高度hL=80mm 故 h,二0. 08-0. 0075=0. 0725 m c.弓形降液管高度Wd和截面积Af 由 查图”：得 故 Af =0. 0942At=0. 0942X1. 13=0. 106 m: Wd =0.151D=0.151X1. 2=0. 181 m 依式验算液体在降液

36、管中停留时间，即 c 3600A.H, 3600 x 0.106 x 0.4 c 0.001x3600 0 = 1~二= =42.4s > 5s 故降液管设计合理 d.降液管底隙高度ho 取 =0. 1 m/s 则 ho =0. 001X3600/(3600X0. 84X0. 1)=0. 012 m h, 一 卜=0. 0725-0. 012=0. 0605m>0, 006m 故降液管底隙高度设计合理 选用凹形受液盘，深度hj=50mm B.塔板布置 a.塔板分块 因D〉二800 mm,故塔板采用分块式。查表得，塔板分为3块。 b.边缘区宽度确定 取 W:= W

37、' = 0. 070 m , Wc =0.030 m A c.开孔区面积计算 开孔区面积工按式计算，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.筛孔计算及其排列 =5mm 本设计所处理物系无腐蚀性，可选用。=3 mm 碳钢板，取筛孔直径 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为 t - 3 do =3 X o=lo nun 筛孔数目n为 1.155A, 1.155x0.783 村” 人

38、 n = s-- = ——= 4020 个 厂 0.06 开孔率为 =0. 907 (do/t) = 0.907 (0. 005/0.015) 2 =10. 1% 气体通过阀孔气速为 =1. 389/ (0. 101X0. 783) = 17. 56m/s 2. 3. 6筛板流体力学验算 A.塔板压降 a.干板阻力he计算 干板阻力he由式计算，即 由 do/o= 1.6 ,查图得，c。=0.772 故 hc = 0.051 x(!Z2^)2 x0.343/h 液柱 0.772 814 b.气体通过液层阻力儿计算 气体通过液层阻力也由式计算，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・〃*) 查图，得B=0.59 故 hi=Phi = B ( h. + 鼠)=0.59 (0. 0075+0. 0725) c.液体表面张力阻力鼠计算 液体表面张力所产生阻力h0由下式计算，即 , 4伪 4x34.03xl07 八八八… 江" h3 = —— = = 0.0034"?液柱 自身痣 814x9.81x0.005 气体通过每层塔板液柱高度h0可按下式计算，即 hp 二卜 + hi + 卜 hp =0. 034

40、3+0. 0472+0. 0034=0. 0849 m 液柱 .0472m液柱  气体通过每层塔板压降为 △ Pp = h, P 1 g = 0. 0849X814X9. 81=678Pa<0. 7KPa (设计允许值) B.液面落差 对于筛板塔，液面落差很小，且塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差影响巴 C.液沫夹带 液沫夹带量由下式计算，即 ev =5- x %-^产 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气V0.1心液/版

41、气 故在本设计中液沫夹带量,在允许范围内。 D.漏液 对筛板塔，漏液点气速可由下式计算，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 实际孔速 “0二 17. 56 m/s >1%^ 稳定系数为 ——= 1.864 >1, 5 故在本设计中无明显漏夜。 E.液泛 为防止塔内发生液泛，降液管内液层高度也应服从关系式 Hd < (Hd + hJ 甲醇一水物系属一般物系,取°=0. 5,则 O(Hd+ hj= (0. 40

42、+0. 0725 ) =0. 236m 而 Ha = hp + hi + hd 板上不设进口堰，hd可由下式计算，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 故在本设计中不会发生液泛现象. 2. 3.7塔板负荷性能图 A.漏夜线 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（，：；：'）为 1 - 0.0034） X814/1.058 整理得 yv =7.45xJ0.0116 +0.0974 •v «1IB 111 ， 2 在操作范围内，任取几个Ls,依上式计算出Vs值，计算结果列表如下 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.液沫夹带线. 求匕一 L关系如下:

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 在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算解果列表如下

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 .液相负荷下限线 对于平直堰⑹，取堰上液层高度h”=0.006m作为最小液体负荷标准。由式得 1000 h =0. 00072 0.006x1000 V 0.84 =( )"X 2.84 3600 据此可作出及气体流量无关垂直液相负荷下限线3o D .液相负荷上限线 以0=4s作为液体在降液管⑴中停留时间下限，由式得 4. max Hr _ 0.106x0.40 ~

46、4 4 =0.0106  据此可作出及气体流量无关垂线液相负荷上限线4o E.液泛线 令 Hd — (Ht +h”) 由 Hd = hp + hi + hd ； hp = hi + he +h0 ； hi = P hi； hi = h> + 鼠 联立得 夕h：+ (夕一/一1) h* =(/?+ 1) h”+hc +hd +ho 忽略h。，将L” hd及L,鼠及V：关系式代入上式，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)% 将有关

47、数据代入，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'=砺器1旷］505⑻ d'= 2.84 x 1 O' x 1 x (1 + 0.59)(蓝^)% =1.191 0. 02Vs：=0. 121-1505. 811Ls：-l. 191U 3 V；=6. 05-7.53x10' L； - 59. 55 L；' 在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于表 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 根据以上各线方程，可作出操作线。该筛板操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。可查得 V” max = 2. 75 V“ min =0. 74 故操作弹性为 3. 716 第三章结论 表3・1精储塔设计计算结果 序号 ・・ i!目 数值 1 平均温度3, ℃ 73.5 2 平均压力Pm，kPa 104.1 3 气相流量vs, (m3/s) 1.389 4 液相流量Ls, ( m3/s) 0.001 5

49、 实际塔板数 8 6 有效段高度Z, m 5.2 7 塔径m 1.2 8 板间距m 0.40 9 溢流形式 单溢流 10 降液管形式 弓形 11 堰长m 0.84 12 堰高m 0.0725 13 板上液层高度m 0.08 14 堰上液层高度m 0.0075 15 降液管底隙高度m 0.012 16 安定区高度m 0.070 17 边缘区宽度m 0.030 18 开孔区而积m? 0.783 19 筛孔直径m 0.005 20 筛孔数H 4020 21 孔中心距m 0.015 22 开孔率％

50、 10.1 23 空塔气速nVs 1.23  24 筛孔气速m/s 17.56 25 稳定系数 1.864 26 每层塔板压降Pa 678 27 负荷上限 液泛控制 28 负荷下限 漏液控制 29 液沫夹带ev 0.037 30 气相负荷上限m7s 2.75 31 气相负荷下限m3/s 0.74 32 操作弹性 3.716 通过这次比较完整甲醇一水精镭塔设计，我摆脱了单纯理论知识学习状态，和实际设计 结合锻炼了我综合运用所学专业基础知识，解决实际工程问题能力，同时也提高我查阅文献 资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专

51、业能力水平，而且通过对整体掌控，对局 部取舍，以及对细节斟酌处理，都使我能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力, 抗压能力及耐力也都得到了不同程度提升。这是我们都希望看到也正是我们进行毕业设计目 所在。 参考文献 [1]柴诚敬等.化工原理课程设计.天津:天津科学技术出版社,1994 [2]贾绍义，柴诚敬等.化工传质及分离过程.北京:化学工业出版社,2001 [3]姚玉英等,化工原理，下册.天津:天津大学出版社,1999 [4]匡国柱，史启才等.化工单元过程及设备课程设出.北京:化学行业出版社,2002 [5]«化学工程手册>> 编辑委员会.化学工程手册一一气液传质设备.北京

52、:化学工业出版社,1989 [6]刘乃鸿等.工业塔新型规整填料应用手册.天津:天津大学出版社』993 [7]王树盈等.现代填料塔技术指南.北京:中国石化出版社,1998 [8]徐崇嗣等.塔填料产品及技术手册」匕京:化学工业出版社,1995 [9]兰州石油机械研究所.现代塔器技术.北京:烧加工出版社」990 [10]Strigle R F.Random Packongs and Packed Tower Design and Applications. Houston: Gulf Publishing Company,! 987 经过两个多月忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生毕业设计，由 于经验匮乏，难免有许多考虑不周全地方，如果没有导师督促指导，以及一起工作同学们支 持，想要完成这个设计是难以想象。 在这里首先要感谢我指导老师。她平日里工作繁多，但在我做毕业设计每个阶段，从外 出实习到查阅资料，设计草案确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了 我悉心指导。我设计较为复杂烦琐，但是王老师仍然细心地纠正论文中错误。然后还要感谢 大学三年来我所有老师，为我们打下机械专业知识基础；同时还要感谢所有同学们，正是因 为有了你们支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢辽宁石油化工大学三年来对我大力栽培。