1、ABSTRACT1 緒論1.1 甲醇的概況1.2 甲醇的用途1.3 甲醇的危險性概述1.4 甲醇的制備過程1.5 雙塔和三塔精餾的區(qū)別2 精餾塔工藝設(shè)計計算2.1預(yù)精餾塔的物料衡算2.2 主精餾塔的物料衡算錯. 誤 !未定義書簽。.錯. 誤 !未定義書簽。.555.6.6.6.8.8.9.21.9.2.2.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率2.2.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量.9.2.2.3 物料衡算.9.2.3 最小回流比的確定.9.2.4精餾塔有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算1.0.2.4.1 平均溫度計算1.0.2.4.2 混合液體粘度計算1.1.2.4.3 平均密度計算1.1.2.4.

2、4混合液體表面張力計算.1.32.4.5 混合液的相對揮發(fā)度計算.1.42.5.6 氣液相體積流量計算1.5.2.5 塔板數(shù)的確定.1.6.2.5.1 理論板數(shù).1.6.2.5.2 實(shí)際塔板數(shù)1.7.2.6 塔徑計算1.8.2.7 塔板工藝尺寸計算.2.0.2.7.1溢流裝置的設(shè)計計算2.0.2.7.2塔板布置及篩板數(shù)目與排列.2.22.8 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算.2.3.2.8.1 塔板壓降.2.3.2.8.2 液面落差.2.4.2.8.3 液沫夾帶.2.4.2.9塔板性能負(fù)荷圖.2.4.2.9.1 液沫夾帶線.2.4.2.9.2 液泛線.2.5.2.9.3 液相負(fù)荷上限線2.6.2.9.4 漏

3、液線.2.6.2.9.5 液相負(fù)荷下限線2.6.3 塔盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計.3.0.3.1塔板結(jié)構(gòu)3.0.3.1.1 矩形板.3.1.3.1.2 通道板.3.1.3.2 受液盤3.2.3.2.1 凹形受液盤.3.2.3.2.2 液封盤.3.2.3.3 降液板3.3.3.4 支持板和支持圈.3.3.3.5 塔盤機(jī)械計算.3.3.3.5.1 塔盤的載荷.3.3.3.5.2 塔盤板的允許撓度3.4.3.5.3 矩形板穩(wěn)定性校核3.4.3.5.4 通道板穩(wěn)定性校核3.8.4 輔助裝置及附件設(shè)計.4.0.4.1 接管設(shè)計4.0.4.1.1 進(jìn)料管.4.0.4.1.2 回流管.4.0.4.1.3 塔頂蒸氣出料管4

4、.1.4.1.4 法蘭4.1.4.2除沫器設(shè)計4.1.4.2.1 設(shè)計氣速的選取4.2.4.2.2除沫器直徑計算4.2.4.3 人孔.4.2.4.4 吊柱.4.3.4.5 裙座.4.3.4.5.1 裙座選材.4.3.4.5.2 裙座的結(jié)構(gòu).4.3.4.6 操作平臺和扶梯.4.5.5 塔的強(qiáng)度設(shè)計和穩(wěn)定性校核.錯. 誤 !未定義書簽。5.1 已知設(shè)計條件錯. 誤 !未定義書簽。.錯. 誤 !未定義書簽。.錯. 誤 !未定義書簽。5.2 按計算壓力計算塔體和封頭的厚度錯. 誤 !未定義書簽。5.3筒體的校核.錯. 誤!未定義書簽。5.4 上封頭的校核錯. 誤 !未定義書簽。5.5 下封頭的校核錯.

5、 誤 !未定義書簽。5.6 開孔補(bǔ)強(qiáng).錯. 誤!未定義書簽。5.1.1 塔總體高度計算5.1.2 其他主要已知條件錯. 誤 !未定義書簽。5.8 圓筒軸向應(yīng)力校核和圓筒穩(wěn)定校核錯. 誤 !未定義書簽。5.7塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算.錯. 誤 !未定義書簽。.錯. 誤 !未定義書簽。5.9地震載荷與地震彎矩計算 5.10 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計算5.11裙座的校核錯. 誤 !未定義書簽。5.12 塔設(shè)備壓力實(shí)驗(yàn)時的應(yīng)力校核錯. 誤 !未定義書簽。5.13 自振周期計算錯. 誤 !未定義書簽。5.14 地腳螺栓計算錯. 誤 !未定義書簽。5.15 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計錯. 誤 !未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯. 誤 !未定義書

6、簽。錯. 誤 !未定義書簽。錯. 誤 !未定義書簽。年產(chǎn) 3 萬噸甲醇精餾工段設(shè)計1 緒論1.1 甲醇的概況甲醇，又名木精、木醇，英文名為Methanol或Methyl Alcohol，化學(xué)分子式為CH3-OH,為無色、略帶醇香氣味的揮發(fā)性液體，能溶于水，在汽油中有較大的溶解度，有毒、易 燃，其蒸汽與空氣能形成爆炸混合物。甲醇是由合成氣生產(chǎn)的重要化學(xué)品之一， 既是重 要的化工原料，也是一種燃料。甲醇大體上有工業(yè)甲醇、燃料甲醇和變性甲醇之分， 目前以工業(yè)甲醇為主。凡是以 煤、焦油、天然氣、輕油、重油等為原料合成的，其質(zhì)量指標(biāo)符合國標(biāo) GB 338-2004要求的，都是工業(yè)甲醇。隨著可再生資源的開

7、發(fā)利用，利用農(nóng)作物秸稈、速生林木及林木 廢棄物、 城市有機(jī)垃圾等也可以氣化合成甲醇。粗甲醇經(jīng)脫水精制、 作為燃料使用的無 水甲醇， 稱為燃料甲醇。由于對燃料甲醇只有可燃燒和無水的要求， 因此一般不加變性 劑，成本往往要比工業(yè)甲醇低。 變性甲醇是指加入了甲醇變性劑的燃料甲醇或工業(yè)甲醇。專門用于調(diào)配車用由于甲醇與汽油、 柴油不互溶， 尤其在低溫潮濕環(huán)境中發(fā)生分層 （相分離 ）現(xiàn)象而造成發(fā) 動機(jī)不能正常工作，因此燃料甲醇 （或工業(yè)甲醇）變性后才能加入汽油、柴油使用。 變性 燃料甲醇是在工業(yè)用甲醇中加入一定比例的車用甲醇汽油添加劑后， 甲醇汽油的甲醇。1.2 甲醇的用途甲醇是最簡單的飽和醇， 也是重要

8、的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料， 它廣泛用用于制造甲醛和農(nóng)藥于有機(jī)合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、染料、汽車和國防等工業(yè)中。殺蟲劑、殺蟲螨）、醫(yī)藥（磺胺類、合霉素類）等的原料、合成對苯二甲酸二甲酯、 甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯的原料之一、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多種有 機(jī)產(chǎn)品。等，并用作有機(jī)物的萃取劑和酒精的變性劑等。用作基本有機(jī)原料、溶劑及防凍劑。主要用于制甲醛、香精、染料、醫(yī)藥、火藥、 防凍劑等。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

9、， 也加入汽油摻燒。1.3 甲醇的危險性概述健康危害：對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用； 對視神經(jīng)和視網(wǎng)膜有特殊選擇作用， 引起病變； 可致代射性酸中毒。急性中毒：短時大量吸入出現(xiàn)輕度眼上呼吸道刺激癥狀（口服有胃腸道刺激癥狀） ；經(jīng) 一段時間潛伏期后出現(xiàn)頭痛、頭暈、乏力、 眩暈、酒醉感、意識朦朧、譫妄， 甚至昏迷。視神經(jīng)及視網(wǎng)膜病變，可有視物模糊、復(fù)視等，重者失明。代謝性酸中毒時出現(xiàn)二氧化 碳結(jié)合力下降、呼吸加速等。慢性影響：神經(jīng)衰弱綜合征，植物神經(jīng)功能失調(diào)，粘膜刺激，視力減退等。皮膚出現(xiàn)脫 脂、皮炎等。燃爆危險：該品易燃，具刺激性。1.4 甲醇的制備過程由碳的氧化物與氫合成： CO+2H2 2CH3

10、OHCO2+3H22CH3OH+H2O碳的氧化物與氫合成甲醇工藝過程：原料氣的制備 原料氣的凈化 壓縮 合成精餾1. 原料氣的制備：將天然氣，石油，煤炭等原料轉(zhuǎn)化為含 CO. CO2.H2 的合成原料 氣2. 原料氣的凈化：去除合成原料氣中的 S 等有害雜質(zhì)：調(diào)整氫碳比3. 壓縮：凈化后的氣體壓縮至合成甲醛所需的壓力，壓力門高低主要視催化劑的性能而定4. 合成：在催化劑，高溫，高壓作用下合成，得到粗甲醇5. 精餾：粗甲醇通過精餾的方法除去有機(jī)雜質(zhì)和水，而制得符合一定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的較純的甲醇 .1.5 雙塔和三塔精餾的區(qū)別雙塔流程是最為普遍采用的甲醇精餾方式。 第一塔為預(yù)精餾塔，第二塔為主精餾塔,二

11、塔再沸器的熱源均來自循環(huán)氣壓縮機(jī)驅(qū)動透平排出的低壓蒸汽。預(yù)精餾塔用以分離輕 組分和溶解的氣體如H2、co、CO2等。塔頂取出的氣體包括不凝性氣體、輕組分、水蒸氣以及甲醇。經(jīng)過冷凝，大部分水分和甲醇回流入塔，同時從冷凝器抽一小部分冷凝 液以減少揮發(fā)性較低的輕組分。為了減少塔頂排放氣中甲醇的損失， 塔頂冷凝器可做成 二級冷凝。主精餾塔主要除去重組分，包括乙醇、水以及高級醇，同時獲得產(chǎn)品精甲醇。含水和高沸點(diǎn)組分的甲醇從該塔中部進(jìn)入， 高級醇從加料板以下側(cè)線引出，含微量甲醇 的水從塔底排出，產(chǎn)品甲醇從近塔頂處取出。精餾過程的能耗很大且熱能利用率很低，故精餾工序的節(jié)能有許多潛力可挖。采用 三塔流程的目的

12、是為了更合理地利用熱量， 三塔流程與雙塔流程的區(qū)別在于三塔流程采用兩個主精餾塔，第一主精餾塔加壓操作，第二主精餾塔于常壓下操作，利用加壓塔的 塔頂蒸汽冷凝熱作為第二主精餾塔再沸器的加熱源。這樣不僅節(jié)省了加熱蒸汽而且也節(jié) 省了冷卻用水，有效地利用了能量。根據(jù)我設(shè)計的精餾的甲醇的產(chǎn)量，我選擇雙塔精餾。2精餾塔工藝設(shè)計計算符號說明：F：原料液流量（kmol/h）XF：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）D：塔頂產(chǎn)品流量（kmol/h）XD :塔頂組成W：塔底殘液流量（kmol/h）XW :塔底組成2.1預(yù)精餾塔的物料衡算（1）入料粗甲醇的組成如下表2.1所示:表2.1組分甲醇（CH3OH）水（H2O）二甲醚（

13、CH3）2O）高級醇（C4H9OH）高級烷烴（C8H18）%908.50.950.340.21（2）出料二甲醚從塔頂放空.預(yù)精餾后，由于高級醇和高級烷烴的量太少，所以忽略不計.甲醇組成如下表2. 2所示:表2.2組分甲醇（CH3OH）水（H2O）%9192.2主精餾塔的物料衡算2.2.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率已知：年產(chǎn)3萬噸甲醇的摩爾質(zhì)量：Ma = 32kg/kmol水的摩爾質(zhì)量：Mb = 18kg/ kmolXF= 0.91 32-0.91 32+0.09 -8)=0.85xD=0.99 -2-0.99 32+0.01 -8)=0.98xW=0.006 32-(0.006 32+0

14、.994 18)=0.00342.2.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量M f=32 >0.85+0.15 t8=29.9kg/kmolM 0=32X0.98+0.02 18=31.72kg/kmolM w=32 >0.0034+0.9966 1>=18.05kg/kmol2.2.3物料衡算假設(shè)該甲醇精餾塔的開工率為330天/年，則F=30000X1000X).99 -0.9 -3302429.9=140 kmol/h根據(jù)物料衡算:FD WF XfD XDW Xw代入數(shù)值：140=D+W140X).85=D X.98+WX0.0034解得：D = 119 kmol/hW=

15、 21kmol/h2.3最小回流比的確定由甲醇-水的x-y圖可知該平衡曲線為一不正常的平衡曲線，其具有下凹的部分,為減小誤差，由作圖法求最小回流比。表2.3甲醇-水氣液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系（摘自化工藝手冊）平衡溫度t/ c液相甲醇x氣相甲醇y平衡溫度t/ c液相甲醇x氣相甲醇y1000073.846.277.5692.95.3128.3472.752.9279.7190.37.6740.0171.359.3781.8388.99.2643.5370.068.4984.9285.013.1554.5568.085.6289.6281.620.8362.7366.987.4191.9478.

16、028.1867.7564.7100100如圖1,過點(diǎn)a(XD，XD)做相平衡線的切線，切點(diǎn)即為g(Xg,Xg)。該點(diǎn)由圖中讀出g(xg,xg)(0.85,0.89),所以由公式:Rmin1RminXDygXdXg可知，最小回流比:XDygmin0939=2.250.89 0.85a圖ygXg圖2.1甲醇-水的x-y2.4精餾塔有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算tF、tD、tW2.4.1平均溫度計算利用表1中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值法求得73.8 tFtF:證賽46.2 49解得:tF= 733C,66.9 64.7tD 64.7(2) tD:87.41 10097 100(3) tw: 100 92.9100 t

17、w0 5.310 0.5tF tp2tF tw2精餾段平均溫度：U提餾段平均溫度：£73.7 62.2273.3 97.32.4.2混合液體粘度計算n 67.8 C時，查得水10.412mpa s,解得：tD = 622C解得：tw = 973c67.8 C85.3 C0.318mpa st285.3 C時，查得水20.616mpa s,0.264mpa s®精餾段混合液體粘度L1醇 1X1水 1 (1X1)0.318 0.85950.412 (1 0.8595)0.3312mpa s提餾段混合液體粘度L2醇2X2水 2(1 X2)0.264 0.1285 0.616 (1

18、 0.1285) 0.5708mpa s2.4.3平均密度計算已知混合液密度:1 aA aB（a為質(zhì)量分率，M為平均相對分子質(zhì)量）LAB混合氣密度：LT0PM22.4rF0®精餾段：已知t,67.8 C用表2.3中的數(shù)據(jù)由拉格朗日插入法求精餾段的氣液相組成:液相組成X1：68.0 66.968.0 67.885.62 87.4185.62 x1解得：X1=85.95%aA191.58%氣相組成y1：68.0 66.968.0 67.889.62 91.9489.62 y1解得：y1 =90.04%aB194.14%所以:ML1 32 0.8595 18 (1 0.8595) 30.0

19、3kg/kmolMV1 32 0.9004 18 (1 0.9004) 30.61kg/ kmol©提餾段：已知t285.3 C用表2.3中的數(shù)據(jù)由拉格朗日插入法求提餾段的氣液相組成:液相組成X2：88.9 85.088.9 85.39.2613.159.26X2解得:X2=12.85%aA220.77%氣相組成y2：88.985.088.985.3所以:解得：y2=53.70%aB2 67.34%32 0.1285 18 (1 0.1285) 19.80kg/kmol32 0.537 18 (10.537) 25.52kg/kmol表2.4不同溫度下甲醇和水的密度溫度（C）甲醇的密

20、度（kg/m3）水的密度（kg/m3）5075098860741983707319788072197290713965100704958M L2Mv243.53 54.5543.53 y2根據(jù)拉格朗日插入法分別求tl和t2溫度下的甲醇和水的密度:tlt270607067.8731741731A170607067.8978983978B190809085.3713721713A267.8 °C 時:85.3 C時:解得:解得:解得:A1B1A2733.20 kg/m3979.10 kg/m3716.76 kg/m390 8096592790 85.3965 b2解得：B2968.29

21、kg/m367.8 °C液相密度L1 -L10.9158 0.9414733.20 979.10解得Pl1749.03kg/m3氣相密度V1 -V1273.15 30.6122.4 (273.1567.8)31.09 kg/m3提餾段：t285.3 C液相密度L20.20770.6734716.76968.29解得：Pl2902.5kg/m3氣相密度V2273.15 25.5222.4 (273.1585.3)0.87 kg/m32.4.4混合液體表面張力計算二元有機(jī)物-水溶液表面張力可用下列各式計算公式： 1/41/41/4厶丄5mW WO Oo代表有機(jī)物的表面張力;式中m代表混合

22、液的表面張力；W代表純水的表面張力;W代表相中水的體積分?jǐn)?shù)；。代表相中有機(jī)物的體積分?jǐn)?shù)。®精餾段：石67.8 C用表2.5中的數(shù)據(jù)分別求甲醇和水在 石67.8 C下的表面張力:甲醇表面張力:807016.7 17.780 67.816.7 o1解得：O1 17.898mN /m水表面張力:80 7062.6 64.38067.862.6w1解得：W1 64.718mN/m因?yàn)閝=1,所以:W1XW1VW10.140524.03O1Xo1VO10.8595 29.360.1338BiIg 宜 lgO.1338O10.873517.898 29.362/364.718 24.030.47

23、7W1甲醇表面張力：聶譙90 85.315.8 O2解得：O2 16.223mN/m水表面張力:90 8090 85.360.7 62.660.7解得：W2 61.593mN/mW2同理解得:W2 0.63O20.371 /4m21/4W2 W2O21/4O20.63 61.5931/40.37 16.2231/42.1225解得:m222.69mN/mC1B1W10.87350.4771.3505代入數(shù)值得:W10.043O1 0.957所以m"1/4W1 W11/4O1 O10.04364.7181/4解得：m119.093mN /m10.957 17.8981/42.0900.

24、441 67.5 273.15表2.5不同溫度下甲醇-水的表面張力溫度（C）甲醇表面張力（mN/n）水表面張力（mN/n）6018.666.27017.764.38016.762.69015.860.710014.658.8用表2.5中的數(shù)據(jù)分別求甲醇和水在t2 85.3 C下的表面張力:2.4.5混合液的相對揮發(fā)度計算®精餾段相對揮發(fā)度已知：Xi 0.8595,y 0.9004y1(1X1)1X1(1yj0.9004 (1 0.8595) 480.8595 (1 0.9004)23提餾段相對揮發(fā)度已知：X20.1285 ,y 0.5370y2(1X2)2X2(1 y2)0.5370

25、 (1 0.1285)0.1285 (1 0.5370)2.5.6氣液相體積流量計算由前面求得回流比R=3.6精餾段L=RD=3.6 80/3600=0.08kmol/sV=(R+1)D=(3.6+1)80/3600=0.102kmol/sPl1749.03kg / m3，V131.09kg / m則有質(zhì)量流量:L1Ml1L30.030.082.4kg / sV1Mv1V30.610.1023.122kg/s體積流量：LS1L12.43.20310 3m3/sl1749.03V13.1223Vs12.8642m /sV11.0930.61kg /kmol提餾段已知：ML1 30.03kg/km

26、ol，MV2因?yàn)榧僭O(shè)設(shè)計中為飽和進(jìn)料即q=1，則L=L+qF=L+F=0.08+0.0389=0.1189kmol/s=V+(q-1)F=V=0.102kmol/s已知：Ml219.80kg / kmol， MV2 25.52kg/ kmolPl2902.5kg/m3,，V2 0.87kg/m3V2M L2V30.61 0.1023.1222 kg/s體積流量:LS2L2 空竺 2.6085l1 902.510 3m3/sVS231223.5885m3/s0.87252.5塔板數(shù)的確定2.5.1理論板數(shù)因?yàn)椴僮骰亓鞅瓤扇∽钚』亓鞅鹊?.22.0倍，所以取：2.2。R=1.6Rmin = 1.6

27、X 2.25=3.6在求得操作回流比的情況下，繪制精餾段和提餾段操作線，如圖精餾段操作線在y軸上的截距Xd計昭o.213精餾段操作線過a(XD,XD)(0.98,0.98),即可得精餾段操作線方程為：y=0.7826x+0.213連接點(diǎn)b=(0,0.213)和點(diǎn)a(XD,XD)(0.98,0.98)即可得精餾段操作線ab。取進(jìn)料熱狀況為飽和液體進(jìn)料則q 1，過e(XF,XF)=(0.85,0.85)做y軸的平行線即得q線，其與精餾段操作線ab交點(diǎn)為d點(diǎn)，連接點(diǎn)d和點(diǎn)c(Xw,Xw)=(0.0034,0.0034)即得提餾段操作線cd,其操作線方程為:y=1.0333x-0.00011圖22圖解

28、法求理論板數(shù)用梯級作圖法求理論板數(shù)，如圖2.2由d點(diǎn)向分別向a點(diǎn)和c點(diǎn)做梯級，如圖2.2。由圖2.2可知：Xw精餾段Nt14 （不包括進(jìn)料板）提餾段Nt26 （包括塔底再沸器）所以總理論板數(shù):Nt NtiNt2 4 610故進(jìn)料板位置為從塔頂向下第5塊板。2.5.2實(shí)際塔板數(shù)要求實(shí)際塔板數(shù)Np ,要先求塔板效率。塔板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映了實(shí)際塔板上傳質(zhì)過程進(jìn)行的程度。塔板效率可 用奧康奈爾公式進(jìn)行計算。Et0.49( L)0.245塔頂、塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度L塔頂、塔底平均溫度下的液相粘度 mpa S已求得:11.48 , L1 0.3312

29、mpa s, NT1 4則27Et10.49(1.48 0.3312) 0.2450.5825Np1Nt1Eti提餾段已求得:27.87 ,L20.5708mpa s ,Nt26 則Et1 0.49(1.48 0.5708) 02450.3391N P2Nt2ET2全塔實(shí)際塔板數(shù):Np=N P1+N p2=7+15=22(塊)則全塔效率為:EtNt 1100%34.6%26故加料板位置在第8塊塔板。2.6塔徑計算根據(jù)流量公式可計算塔徑，即D4VsU =( 0.60.8) Umax，umax為極限空塔氣速，且CUmax精餾段史密斯關(guān)聯(lián)圖中橫坐標(biāo)數(shù)值為:0.5Lh LVhVLs1L13.203Vs

30、1V110 32.86420.5749.03 c cccc 0.02931.09取板間距Ht10.5m ,取板上液層高度hL10.06m，則史密斯圖中參數(shù)值為:Ht1 hL10.5 0.060.44m根據(jù)以上數(shù)值在圖中可查得:C200.10 ,貝0.2C c20 20 c200.2m1200.10 鑿200.20.099UmaxC/L1 V10.099V1)'749.03 1.09'1.092.593u 0.7Umax0.7 2.5931.8153m/s所以塔徑:D= |4Vs1 4 2.86421 V #3.14 1.81531.678m根據(jù)篩板塔直徑系列標(biāo)準(zhǔn)予以圓整得：D1

31、1800mm橫截面積:AT1Dj比空2.54m2空塔氣速:UiVS1At12.86422.541.28m/s同理:0.5Lh_L_Vh VLs2Vs20.5L2V22.6085 10 33.5885902.50.870.50.02取板間距Ht2 0.5m ,取板上液層高度hL20.06m，則史密斯圖中參數(shù)值為:H T2 hL20.50.060.44m根據(jù)以上數(shù)值在圖中可查得:C200.099，貝9：C c20 200.2c20m2200.20.2c ccc39.782 c ccc0.099 0.098200.098,9023.155m/s飛 0.87u 0.7umax 0.7 3.1552.2

32、08m/s所以塔徑:D2一迅 1.439mV3.14 2.20831由于精餾段和提餾段上升蒸汽的體積流量不同而導(dǎo)致兩段的塔徑不同，但本設(shè)計中 兩段上升蒸汽的體積流量相差不大，且計算得兩段塔徑相差亦不大，為使塔的結(jié)構(gòu)簡化, 故兩段采用相同的塔徑，一般取較大者，則 D2 1800mm塔板橫截面積：AT2 2.54m2空塔氣速:U2VSL 空遁 1.413m/sAt 22.542.7塔板工藝尺寸計算2.7.1溢流裝置的設(shè)計計算根據(jù)塔徑D 1.8m，可選取單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計算如下:(1)堰長取堰長 lW 0.65D0.65 1.81.17m堰高本設(shè)計中采用平直堰，堰高由下式進(jìn)行計

33、算:hOW2.84 匚1000LlW2/3，近似取E 1hLhOWhow12.8410001.03.203 10 3 3600 2/31.170.02m 20mm已知 hL1 0.06m，hW1hLhOW10.06 0.020.04m同理:how22.841000 1.02.6085 10 32/336001.170.0164m16.4mm已知口 hL2 0.06m，故hW2 hL hOW2 0.06 0.020.04m(3)弓形降液管的寬度和截面積由¥ 0.65查弓形降液管的參數(shù)圖得At0.074 ,叫 0.137，則:DAf0.074AT0.074 2.54 0.188m20.1

34、37D0.137 1.80.247m驗(yàn)證降液管內(nèi)液體停留的時間:Af H T1LS10.188 0.533.203 1017.13 > 5sAfHT2LS20.188 0.52.6085 10 317.98 > 5s故所選降液管設(shè)計合理。(4)降液管底隙高度式中u0h)Lh ,360%®液體通過降液管底隙時的流速根據(jù)經(jīng)驗(yàn) U0=0.07 0.25m/s取 u010.2m/s，貝Uh01Ls1Iwu03.203 10 10 30.025m1.17 0.2hW1h010.04 0.0250.015m > 0.006m故精餾段降液管底隙高度設(shè)計合理。©提餾段取

35、U020.15m/s，則2.6085 10 30.031m1.17 0.12h02工IwU。hW2h020.04 0.0310.009m > 0.006m故提餾段降液管底隙高度設(shè)計合理，且ho2不小于0.025,故hoi滿足要求。2.7.2塔板布置及篩板數(shù)目與排列(1)塔板的分塊：塔徑D 1.8m，采用分塊式塔板，以便通過人孔拆裝，且查表可知塔板分為5塊。(2)邊緣區(qū)寬度：破沫區(qū)寬度 Ws Ws90mm，無效區(qū)寬度WC 65mm33(3)開孔面積計算:開孔面積Aa按試AaEx2面R2sin式中：R -2代入數(shù)值得：Wc ；(Wd Ws)0.065 0.835m(0.247 0.09) 0

36、.563nAa0.563 Jo.835 0.5633.141800.835arcsin01.7320.835(4)篩孔計算及排列本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用S =4mn碳鋼板，取利孔直徑do=5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t=3do=30=15mm篩孔數(shù)目為n一 1 155 A0n|.>5尹1.155 0.253727560.015開孔率為0.907(平)20.907(0)2 10.1% 精餾段 氣體通過閥孔的氣速為Vs12.8642 “cc ,Uo 16.39m/sA00.101 1.73©提餾段 氣體通過閥孔的氣速為20.54m/ sVS23.5885uo

37、A00.101 1.732.8篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算2.8.1塔板壓降(1)精餾段hc干板阻力：Uo0.051 Co由do/1.25查干篩板孔的流量系數(shù)圖得：Co=0.795代入數(shù)據(jù)得：hci=0.039m 板上充氣液層阻力因液相為水和甲醇，故取010.5，則hl101hL10.5 0.06 0.03m 液體表面張力所造成的阻力這個阻力很小，可忽略不計，因此與單板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?hp1hc1 hl1 0.039 0.030.069則單板壓降:P1hp1 L1g0.069 749.03 9.81507.01 Pa < 700Pa(2)提餾段 干板阻力:hc2=0.033m 板上充氣液層

38、阻力因液相為水和甲醇，故取 020.5，則h|202人120.50.060.03m 液體表面張力所造成的阻力 這個阻力很小，可忽略不計，因此與單板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?則單板壓降P2 hp2 L2g 0.063 902.5 9.81 557.77Pa v 700Pa2.8.2液面落差故而忽略液面落差的影響。對于篩板塔而言，液面落差很小,2.8.3液沫夾帶ev液沫夾帶量由式5.7 10 63.2UoHt hfev-液沫夾帶量,kg液/kg氣37uo=2.54m/shf=2.5hL=2.5)0.06=0.15m代入數(shù)據(jù)得：ev=0.48kg液/kg氣v 0.1kg液/kg氣故本設(shè)計中液沫夾帶量在

39、允許范圍內(nèi).2.9塔板性能負(fù)荷圖2.9.1液沫夾帶線以ev=0.1kg液/kg氣為限,求Vs-Ls關(guān)系如下:5.7 10 6ev 3.2又因?yàn)椋簎ahf 2.5hL2.84how 1000u。Ht hfVsAtAf2.54Vs0.1882.352Vs2.5 hwhowhw=0.04m3600 Ls1.01.9520.427LS2整理得：VS1 5.397 46.528l11由此式可知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個Lsi值，算出Vsi，即可做出物沫夾帶線。©提餾段5.7 10 6ev 320.1HT hf同理得：Vs226.24 57.29LS2要在操作范圍內(nèi)任取兩個Ls2值

40、，算出Vs2 ,見表2.6。表2.6精餾段Ls1/(m3/s)0.0020.010Vs1/(m3/s)4.373.96提餾段Ls2/(m3/s)0.0020.010Vs2/(m3/s)5.134.632.9.2液泛線(Ht hw)hphLhdhehhLhd由此式來確定液泛線，忽略式中的則:(Ht hW)5.342如 0.153L2gLsIwhc2(10)hw2.84 E10002/33600LsIw其中U02專VsUo -doN41.090.248 5.34 749.03(1 0.5) 0.04 284 100016V 2s12 9.813.142 0.0394 29421 0(3600LS1

41、 )2 3(1.17 )0.153LS11.17 0.025)2整理得：Vs1265.340.87902.5 22 84 (1 0.5) 0.044 10000.2485 5.3416V2s29.813.142 0.0394 27821 0(3600LS1)23.(1.170.153整理得：Vs2288.20 144905.98Ls22 2523.3Ls22/3在操作范圍內(nèi)取若干個Ls值，計算出相應(yīng)的Vs值，見表2.7。表2.7精餾段3Ls1/(m /s)0.0010.0030.010.02Vs1/(m3/s)6.836.636.024.94提餾段3Ls2 / (m /s)0.0010.003

42、0.010.02Vs2/(m3/s)7.557.346.925.982.9.3液相負(fù)荷上限線液體在降液管內(nèi)停留的時為:匕35sLs以5s作為液體在降液管內(nèi)停留時間的下限，則:AfHT0.188 0.5Ls max5530.0188m /s2.9.4漏液線由 u。min 4.4C o J_Uo min又因?yàn)椋?Vs) minAa#代入數(shù)據(jù)得:®精餾段：(VS1) min 1.681m3/s©提餾段:3(Vs2)min 1.779m /s2.9.5液相負(fù)荷下限線取E=1.0則對平直堰而言，取堰上液層高度 hoW 0.006m ,2/30.006 得:2.84 E 3600 Ls

43、 min1000 iWLS min2/30.006 10002.84 1.01 170.001m3600472.3、圖 2.4Vg/ M/s)圖2.3精餾段塔板負(fù)荷性能圖由以上5個方程即可分別作出精餾段和提餾段塔板負(fù)荷性能圖，如圖 所示。氣相負(fù)荷上限為:VS1 max4.20m3 /s氣相負(fù)荷下線為:VS1 min1.681m3/S操作彈性迴 2.501.681圖2.4提餾段塔板負(fù)荷性能圖氣相負(fù)荷上限為:Vs2max6.764m3/S氣相負(fù)荷下線為:Vs2min1.779m3/S操作彈性6-764 3.801.779表2.8篩板塔工藝設(shè)計計算結(jié)果項(xiàng)目符號單位計算數(shù)據(jù)備注精餾段1提餾段最小回流比

44、Rmin2.25操作回流比R3.6理論塔板數(shù)Nt塊4.656.86塔板效率%58.3533.91實(shí)際塔板數(shù)Np塊715各段平均溫度rC67.885.3平均流液相Lsm / s5.8217 10 334.3267 10量氣相Vsm / s3.14813.2883塔徑Dm1.81.8板間距Hzm0.50.5塔板類型單溢流弓形降液管分塊塔板空塔氣速um/ s1.281.42塔板開孔率%10.1溢流 裝 置堰長lWm1.171.17堰高仏m0.040.04堰上液層高度hOWm0.020.02板上液層高度hLm0.060.06降液管寬度Wdm0.2470.247降液管底隙高度hom0.0250.018無

45、效區(qū)寬度Wsm0.090.09破沫區(qū)寬度Wcm0.0650.065開孔區(qū)面積A2 m1.731.73篩板篩板數(shù)目N個2756單板壓降 PPa507.01557.77液相負(fù)荷上限(Vs)maxm3/s4.206.764液相負(fù)荷下限(Vs)min3/ m /s1.6811.7793塔盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖3.1無主梁的塔盤結(jié)構(gòu)1受液盤；2 帶自身梁的塔板；3降液板；4定位件；5通道板；6緊固件；7降液板連接板；8 支持板;9 支持圈板式塔的塔盤主要分為溢流式和穿流式兩大類，本設(shè)計中米用溢流式塔盤。塔盤按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式和分塊式兩種類型。一般塔徑為300900mm時,采用整塊式塔盤；當(dāng)塔徑大于 800mm時，能在塔內(nèi)進(jìn)行裝拆，可用分塊式塔盤。根據(jù)要求本設(shè)計采用分塊式塔盤，且塔盤分塊數(shù)為五塊。塔盤結(jié)構(gòu)如圖8所示。3.1塔板結(jié)構(gòu)塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計，應(yīng)滿足剛性好、制造安裝方便等要求。塔板結(jié)構(gòu)型式很多，能滿足上述要求達(dá)到廣泛應(yīng)用的，是自身梁式塔板結(jié)構(gòu)，本設(shè)計中即采用