甲醇精馏塔设计说明书.doc

设计条件如下：操作压力：105.325 Kpa （绝对压力）进料热状况：泡点进料回流比：自定单板压降：w 0.7 Kpa塔底加热蒸气压力：0.5M Kpa （表压）全塔效率：Et=47%建厂地址：武汉［设计计算］（一） 设计方案的确定本设计任务为分离甲醇■水混合物对于二元混合物的分离，应采用连续精镭流 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馆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，其余部分经产品冷却后送至储罐该物系属易分离物系， 最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送 至储罐二） 精帽塔的物料衡算1、 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量： Ma=32 Kg/Kmol 水的摩尔质量：Mb=18 Kg/KmolXf=32.4%Xd=99.47%Xw=0.28%2、 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量Mf= 32.4%*32+67.6%*18=22.54 Kg/KmolMd= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/Kmol Mw= 0.28%*32+99.72%*18=2 6.91 Kg/Kmol3、 物料衡算3原料处理量:F= （3.61*10 3） /22.54=160.21 Kmol/h总物料衡算：160.21 =D+W甲醇物料衡算：160.21*32.4%=D*99.47%+WP.28%得 D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h（三） 塔板数的确定1、理论板层数Mt的求取甲醇■水属理想物系，可采用图解法求理论板层数① 由手册查得甲醇■水物搦的气液平衡数据，绘出 x・y图（附表）② 求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比，在图中对角线上，自点e （0.324，0.324）作垂线ef即为进料线 （q线），该线与平衡线的交战坐标为 （X q=0.324,y q=0.675）故最小回流比为 Rmin= （XD-yq） / （ yq-Xq） =0.91 取最小回流比为:R=2Rmin=2*0.91 =1.82③ 求精憎塔的气、液相负荷L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/h V= （R+1） D=2.82*51.88=146.30 Kmol/hL ' =L+F=94.42+160.21 =254.63 Kmol/hI/=V=146.30 Kmol/h④ 精馆段操作线方程为： y =(L/V)x + (D/V)x d =(99.42/146.30)x+(51.88/146.30广99.47%=0.6454x+0.3527 提馆段操作线方 程为：y ' =(L ' N ' )x ' + (W/V * )xw=(254.63/146.30) x * -(108.33/146.30)*0.28% =1.7405 x，・0.0021⑤ 图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数(附图)，求解结果为：总理论板层数：Nt=13(包括再沸器)进料板位置： Nf=102、实际板层数的求取v(1 X)x(i y)温度t(C)Xy4.03575.30.40.7293.52573.10.50.7793.14371.20.60.8252.86869.30.70.8702.69167.60.80.9152.53466.00.90.9582.45465.00.950.9793.036一 0.345 (见后)一*一 =1.047 故 E= 47%精馆段实际板层数： N ”9/47%=20 N提二4/47%=9(四) 精馆塔的工艺条件及有尖物性数据的计算以精馆段为例进行计算1、 塔顶操作压力：Pd二101.3Kpa每层塔板压降：△ P= 0.7 Kpa进料板压力:Pf= 105.3+0.7*20= 119.3 Kpa精馆段平均压力:(105.3+119.3) /2= 112.3 Kpa2、 操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度， 其中甲醇、水的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略，计算结果如下：塔顶温度：t □= 64.6 C 进料板温度：t f= 76.3 C精馆段平均温度：tM= 70.45 C3、 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算：由 Xxyi=0.9947,查y-x曲线(附表)，得Xi= 0.986Mvd=0.9947*32+(1 -0.9947)*18=31.93MLDm=0.9860*32+(1 -0.9860)*18=31.80进料板平均摩尔质量计算 由图解理论板(附图)，得yt=0.607 x f=0.229MvFm=0.607*32+(1 -0.607)*18=26.50MFH=0.229*32+(1 -0.229)*18=21.21 所以精憎段平均摩尔质量：MVn=( 31.93+26.50)/2=29.22 MLm= (31.80+21.21)/2=26.514、平均密度计算(1) 气相密度计算RTm由理想气体状态方程计算，即112 ・ 3*29.221.15Kg/M38.314*(273 70.45)(2) 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的计算由tD= 64.6 C查手册得，A745Kg/m3b二 980.3Kg/m33746Kg/m0.9947 0.0053A B进料板液相平均密度的计算 由tF二76.3 C查手册得,A735Kg/m3b二 978Kg/m3进料板液相的质量分量34.56%0.229*32877 .7Kg / m30.229*32 0.771*180.3456 0.6544A /(3) 精镭段液相平均密度为：s 1 2)2 812Kg/m35、液体平均表面张力计算⑴液相平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力的计算由tD二64.6 C,查手册得LD18.8mN/m65.2mN/m0.9947 a 0.0053 b 19.05mN/m⑵进料板液相平均表面张力的计算由t F= 76.3 C,查手册得b 62.7 mN / ma 17.5 mN/mLF 0.229 A 0.771 Bm（3）om段液相平均表面张力为：52.35 mN / m35.7 mN/LFm6、平均粘度的计算液相平均粘度依下式计算，即lg — x ig i（1）塔顶液相平均粘度的计算由tD二64.6 C 查手册得‘a二 0.34mpa/ sb二0.437mpa/sIg LDmO.9947lg A0.0053lg b 解得 LDm =0.34mpa/s（2）进料板液相平均粘度的计算由t F= 76.3 C查手册得a 二 0.28mpa/sB=0.374mpa/ sLFm二 0.35mpa/sIg LFm0.229lg a0.771 Ig b 解得（3）0®段液相平均表面张力为1 2/2 0.345mpa/s（五）精懈塔的塔体工艺尺寸计算1、塔径的计算精镭段的气、液相体积流率为：146.30*29.223600* Vm1.033m3/s3600*1.15L LM Lms 3600* Lm94.42*26.513600*812856*10 4m3/s| [ ] Umax C j \ V(L \ / 2 L s , L x .12 (—)7(—)V vs VVh其中C二％洼）28.56X04 (812)121.08 (1.15)0.021取板间距Hr二0.4m，板上液层高度hL=0.06m，贝U查史密斯尖联图得，G = 0.074Hi-h l=0.40-0.06 = 0.34mC= C20 咗）2 °.°7 （第）20严3Umax 0.0838八 2.204m/s■・ 1.15取安全系数为0.7，则空塔气速为u Umax 0.7*2.204 1.543 m/s4VT 4*1.033 ，. 0.948 m/ s\ u ■. * 1.543按标准塔径圆整后‘为D=1.0m 塔截面积为A D2 0.785m24实际空塔气速为 u=1.033/0.785=1.316 m/s2、精镭塔有效高度的计算精馆段有效高度为Z箱二（N精一 1） Hr= （ 20-1 ） *0.4= 7.6m提馆段有效高度为Z提二（N提一 1） Ht= （ 9-1 ） *0.4= 3.2m在进料板上方开2人孔，其高度为0.8m故精馆塔有效高度为 Z二N紺+N提+0.8*2 = 12.4m（六）塔板主要工艺尺寸的计算1、溢流装置计算因塔径D= 1.0m,可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘，各项计算如下:⑴塔长 I w=0.66D=0.66m⑵溢流堰咼度 仏由hw= hL-h ow选用平直堰，堰上液层高度 howbow 284E（5）231000 L近似取E二1，则8 n 4* \ 2 -7 noh°w 284 : 如 ）23 7.93m1000 0.66取板上清液层高度hL= 60mm故 hw 60* 10 3 7.93*10 3 52.07*10 3m⑶弓形降液管宽度W和截面积At由 lw/D=0.66,查图得 A/At=0.0722 Wd/D=0.124At 0.0722* A 0.0567m2WdO.124D 0.124m验算液体在降液管中停留时间3600AH 3600*0 o567*0 40 26.5s 5s8.56*10 4 * 3600Lh故降液管设计合理⑷降液管底隙高度hohoLh 取 Uo二0・U8m/S 3600x lwUoW8.6»°-016m 0006m则h。

故降液管底隙设计合理选用凹形受液盘，深度=50mm故 hc 0.051 （蔦烤）0.0448 液注2、塔板布置⑴塔板的分块因D> 800mm故塔板采用分块式，且分为3块 ⑵边缘区宽度确定取 Ws Ws 0.065mWc0.035m⑶开孔面积月Aa 2(x . r2sin1A0其中，X(WdkV0.5(0.124 0.065)0.311mWc 0.5 0.0350.465m故力 2(0.311、0.465? 0.31121 型)0.532m20.465⑷筛孔计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用3二筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为3mm碳钢板，取筛孔直径do=5mmt = 3do= 15 mm1.155Aa 1.155*0.532 t2 Pl开孔率为二0.907 (卡)2731 个0.01520.907* (A0005)2 10.1%0.015气体通过阀孔的气速为Vu° Ao1.0330。