30kt_a甲醇精馏工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

30kt_a甲醇精馏工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

9 表 21 化工生产装置中各类工艺设备 ]13[ 所占投资的比例 装置 名称 工艺设备类别 搅拌设备 反应设备 换热设备 塔设备 合计 化工和石油化工 100% 煤油和煤化工 100% 人造纤维 100% 药物和制药 100% 油脂工业 100% 油漆和涂料 100% 橡胶 100% 作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽） 液两相充分接触，以获得较高的传质效率。 此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项传质效率。 此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求： ①生产能力大。 在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。 ②操作稳定、弹性大。 当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。 并且塔设备应保证能长期连续操作。 ③流体流动的阻力小。 即流体通过塔设 备的压力降小。 这将大大节省生产中的动力消耗，以及降低经常操作费用。 对于减压蒸馏操作，较大的压力降还使系统无法维持必要的真空度 ]14[。 塔板的类型与选择 塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板与逆流式塔板两类。 工业上应用以错流式塔板为主，常用的错流式塔板主要有下列几种。 ①泡罩塔板 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要元件为生气管及泡罩。 泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，国内应用较多的是圆形泡罩。 泡罩尺寸分为Φ 80mm, Φ 100mm, Φ 150mm 三种，可根据塔径的大小选择。 通常塔径小于1000mm,选用Φ 80mm 的泡罩；塔径大于 2020mm,选用Φ 150mm 的泡罩。 10 泡罩塔板的主要优点是操作弹性较大，液气比范围大，不易堵塞，适于处理各种物料，操作稳定可靠。 其缺点是结构复杂，造价高；板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。 近年来，泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代。 在设计中除特殊需要 (如分离粘度大，易结焦等物系 )外一般不宜选用。 ②筛孔塔板 筛孔塔板简称筛板，结构特点为塔板上开有许多均匀的小孔。 根据孔径的 大小，分为小孔径筛板（孔径为 38mm） 和大孔径筛板（孔径为 1025mm） 两类。 工业应用中以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离粘度大，易结焦的物系）。 筛板的优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。 其缺点是筛孔宜堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料 【 15】。 应予指出，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降，故过去工业上应用较为谨慎。 近年来，由于设计和控制水平的提高，可使筛板的操作非常精确，弥 补了上述不足，故应用日趋广泛。 在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下，设计中可大胆选用。 ③浮阀塔板 浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。 其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。 气流从浮阀周边水平地进入塔板上液层，浮阀可根据气流流量的大小而上下浮动，自行调节。 浮阀塔板的优点是结构简单、制造方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高。 其缺点 是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。 应予指出，以上介绍的仅是几种较为典型的浮阀形式。 由于浮阀具有生产能力大，操作弹性大及塔板效率高等优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他型式的塔板广泛，是目前新型塔板研究开发的主要方向。 近年来研究开发出的新型浮阀有船型浮阀、管型浮阀、梯型浮阀、双层浮阀、 VV浮阀、混 11 合浮阀等，其共同特点是加强了流体的导向作用和气体的分散作用，使气液两相的流动更趋于合理，操作弹性和塔板效率得到进一 步的提高。 但应指出，在工业 应用中，目前还多采用 F1 型浮阀，其原因是 F1型浮阀已有系列化标准，各种设计数据完善，便于设计和对比 [16]。 而采用新型浮阀，设计数据不够完善，给设计带来一定的困难，但随着新型浮阀性能测定数据的不断发表及工业应用的增加，其设计数据会逐步完善，在有较完善的性能数据下，设计中可选用新型浮阀。 本设计应采用筛板塔。 提高传质速率是对传质设备性能的根本要求。 为此，应保证分散相的良好分散，两相的适当湍动和最大可能地接近逆流流动，以期获得大的传质面积、增大传质系数、提高传质推动力。 筛孔塔板的相对 生产能力为～ ，相对塔板效率为 ，操作弹性和压力降低，结构简单，成本为 ～【 17】。 与其他类型的塔板相比，选择筛板塔能获得更大的效率。 工艺流程简介 如图 22为连续操作的板式精馏塔 (C101)流程示意图。 原料液自塔 (C101)中部的适当位置加入塔内，塔顶冷凝器 (E103)将上升的蒸汽冷凝成液体，其中一部分作为塔顶产品（冷凝液）采出，另一部分引入塔顶作为“回流液”，在塔板上建立液层。 塔的底部装有再沸器 (E102)，加热液体产生蒸汽回到塔底，再沿塔上升。 加料口将 精馏塔分成两段，上段为精馏段，加料口以下为提馏段。 在精馏段的各层塔板上，气相与液相密切接触，在温度差和组成差的存在下﹙传热、传质推动力﹚，气相进行部分冷凝，使其中部分难挥发组分转入液相；同时，气相冷凝时释放的潜热使液体部分汽化，部分易挥发组分转入气相中。 经过每层塔板后，净的结果是气相中易挥发组分的含量增高，液相中难挥发组分增浓。 只要精馏段有足够的塔板层数，在塔顶即可获得指定纯度的易挥发组分产品。 同理，只要提馏段有足够的塔板层数，在塔底可得到高纯度的难挥发组分产品 [18]。 塔内的每层塔板为一个气液接触单元， 若离开某层塔板的气相和液相在组成上达到平衡，则将这种塔板称为理论塔板。 从以上分析可知，为达到混合液的高纯度分离，除了精馏塔具有足够层数塔板以外，还必须从塔顶引入“回流液”和从塔底产生上升蒸汽流，以建立气液 两相体系。 因此，塔底液相回流和塔底上升蒸汽流是精馏过程连续进行的必要 条件。 精馏塔操作流程由精馏塔主体、塔顶冷凝器、塔底再沸器、回流泵及其他 辅助设备安装组合而成。 12 E103E105E102V101P101E104V102P102P103V103A106C101LMCWDLWLCWRSC下水道E101 工艺流程图 22 13 第 3 章 精馏塔设备的主要计算 设计任务和基本 的物性数据 本设计任务为分离甲醇－水混合物。 对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。 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馏塔内。 塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。 塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （一天 24 小时，一年可连续工作 300 天） 进料组成 甲醇： 46% 水： 54% ﹙质量分数﹚ 分离纯度 塔顶甲醇含量≥ 95% 塔釜甲醇含量≤ 3% ﹙质量分数﹚ 塔板类型 筛板塔 操作 压力 常压 塔底加热蒸汽： 水文：水量充沛，一次水 tmax≤ 30 设计方案的确定及流程说明 3 万吨甲醇的精馏。 来自合成工段的粗甲醇首先与适量的软水混合，甲醇和水混合液经原料预热器加热至泡点后送入精馏塔。 塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品，经冷却器冷却后送至贮槽。 精馏塔的物料衡算 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 AM =水的摩尔质量 BM =3 2 Fx 9 1 Dx Wx 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 FM =+() = 14 DM = +()  =WM = +()  =物料衡算 原料处理量 hk m o lF /6 9 8 0 0 7   总物料衡算 =D+W 苯物料衡算 WD  联立解得 D= W= 塔板数的确定 ①理论板层数 TN 的 相对挥发度的求取 由)1( )1( AA AA yx yx，再根据表 1[19]数据可得到不同温度下的挥发度，见表 32 表 31 温度 /℃ 液相中甲醇 气相中甲醇 温度 /℃ 液相中甲醇 气相中甲醇 摩尔分数 x 摩尔分数 y 摩尔分数 x 摩尔分数 y 100 15 表 32 温度 /℃ 挥发度 温度 /℃ 挥发度 78 66 所以   m 求最小回流比及操作回流比 泡点进料 ：  Fq xx 68 32 )(1 32 )1(1   Fm Fmq xxy  故最小回流比为 minR = Dqqqxyyx =  取操作回流比为 R=2 minR =2= 求精馏塔的气、液相负荷 /h8 2 . 5 5 5 k m o l=6 3 . 2 1 2 1 . 3 0 6=RD=L  l / h14 5. 7 67 kmo=63 . 21 2 2. 3 06=1) D+(R=V  l/ h2 6 7 . 2 4 8 k m o=1 8 4 . 6 9 3+8 2 . 5 5 5=F+L= L39。 l/h1 4 5 . 7 6 7 k m o=V=V39。 求操作线方程 精馏段操作线方程为 1ny = 1RR nx + 1DxR = nx + = + 31 提馏段操作线方程 16 0 1 3 1 6 4 5 4 8 2 17 6 4 5 2 4 6 739。 39。 39。 139。  mmWmm xxxVWxVLy 32 采用逐板法求理论板层数 由1 ( 1)qq qxy x  得。