分离水甲醇混合物设计方案

分离水甲醇混合物 设计方案 一 、 设计方案的确定 本设计任务为分离水 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，将原料液通过预热加热器至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。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。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 二 、 物料衡算 底产品的摩尔分数 水的摩尔质量 8 kg/醇的摩尔质量 32 kg/可知： (2)/（ 2+8） D=(2)/(2+8)=料的处理量： F=25 106/(330 24)=3157kg/h=3157/(32+18)=129 根据回收率： = D/( F)=有： D=60 由总物料衡算： 以及 : 容易得出： W=69 水 采用图解法求理论板层。 由手册查的水 出 甲醇 x Y X y x y 最小回流比及其操作回流比的求解：y=x= m (操作回流比为 R =精馏塔的气 =0=(R+1) D=L+F=29=V=馏段操作线方程 精馏段操作线： = 提馏段操作线： ym+1=. 图解法求理论板层数 总理论板层数 0(包括再沸器 ) 进料板位置 精馏段实际板层数 N 精 =5/ 提馏段实际板层数 N 提 =5/ 四 . 精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据 塔顶操作压力 02层塔板压降 p=料板压力 02+8=馏段平均压力 02)/2=查表可得 5 70 7 4 0 7 41 9 7 3 甲醇的 7 41 9 7 3 1 t 安托尼系数 A B C 2O 0 168 16 91 由泡点方程试差可得当 t 时 1 t 时 1t时 1塔顶温度 t 进料板温度 t 塔釜温度 t 精馏段平均温度 提馏段平均温度 3.(1)平均摩尔质量计算 由 D= 32+( 18=32+( 18=2)进料板平均摩尔质量计算 由 查平衡曲线得 32+( 18=32+( 18=3)精馏段平均摩尔质量计算 2=2=(1)气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算，即 (=2)液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算，即 1/i/ 由 t ,查手册得 A= B=(料板液相平均密度的计算： 由 t 时 ,查手册得 A= B=料板液相的质量分数为 A=(馏段液相平均密度为 2=液相平均黏度依下式计算，即 由 t ,查手册得 出 精馏段液相平均黏度为 五 (1)精馏段 L=h V=h 精馏段的气、液相体积流率为 600 (3600m3/s 600(3600m3/s m a x 式子中， 负荷因子 由史密斯关联图查得 (l/v)(板间距， 板上清液层高度 取 m 由史密斯关联图得 体负荷因子 C= /20)(0) 安全系数为 空塔气速为 U=s D=(4)1/2=(4 ( 标准塔径圆整后为 D=截面积为 际空塔气速为 U 实际 =s U 实际 / 全系数在允许的范围内，符全设计要求 ) 史密斯关联图 (2)提馏段塔径的计算不板间距的确定 L=h V=h 提馏段的气、液相体积流率为 VS=V600(3600s LS=L600(36000s m a x 式中，负荷因子 由史密斯关联图（如图 3）查得 /V(l/v)0(0板间距， 板上清液层高度 取 则 m 由史密斯关联图，得知 体负荷因子 C= /20)(0) (1m/s 取安全系数为 空塔气速为 U=s D=(4)1/2=(4 ( 标准塔径圆整后为 D=截面积为 际空塔气速为 U 实际 =s U 实际 / 全系数在允许的范围内，符全设计要求 ) (3)精馏塔有效高度的计算 精馏段有效高度为 Z 精 =（ N 精 15 .6 m 提馏段有效高度为 Z 提 =（ N 提 6 m 在进料板上方开一个人孔，其高度为 0.8 m 故精馏塔有效高度为 Z=Z 精 +Z 提 +4) 精馏段 溢流装置计算 因塔径 D=以可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。 ( 此种溢流方式液体流径较长，塔板效率较高，塔板结构简单，加工方便，塔中被广泛使用。 )各项计算如下： 堰长 取 溢流堰高度 hw=用平直堰， ( 溢流堰板的形状有平直形不齿形两种，设计中一般采用平直形溢流堰板。 ) 堰上层液高度 下列公式计算，即有 000 E (Lh/2/3) 并由图液流收缩系数计算图，则可取用 E= 则 板上清液层高度 m,故 弓形降液管的宽度 截面积 =0.6 m 查可求得 T= =f=d=m 并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即 =3600 h= 3600 (3600 5s 其中 验证结果为降液管设计符合要求。 降液管底隙高度 ho 3600 ,取 s,3600/(3600 =m 20024=m 故降液管底隙高度设计合理选用凹形受液盘，深度 hw=55 (5)塔板布置 塔板的分块 因为 D 800以选择采用分块式，查可得，塔板可分为 3 块。 边缘区宽度确定 取 s= 65 5开孔区面积计算 开孔区面积 下面式子计算，则有 x（ 80 x/r） 其中 x=D/2 ( r= D/2 由 = 推出 由上面推出 6)筛孔计算不排列 本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用 = 3钢板，取筛孔直径孔按正三角形排列，取孔中心距 t 为 t=3 5孔的数目 n 为 n=721 个 开孔率为 =do/t） 2=气体通过阀孔的气速为 s/ ） =s (7)溢流装置计算 因塔径 D=以可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘（同精馏段）。各项计算如下： 堰长 取 溢流堰高度 hw=上层液高度 有 000 E (Lh/2/3) 并由图液流收缩系数计算图，则可取用 E= 则 板上清液层高度 m 故 159=m 弓形降液管的宽度 截面积 =0.6 m 查图可求得 T= =f=m m 并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即 =3600 h= 3600 (3600 5s 其中 验证结果为降液管设计符合要求。 降液管底隙高度 ho 3600 取 3600/(3600 =m 22=m 故降液管底隙高度设计合理 选用凹形受液盘，深度 hw=55 (8) 筛孔计算不排列 本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用 = 3钢板，取筛孔直 筛孔按正三角形排列，取孔中心距 t 为 t=3 5孔的数目 n 为 n=721 个 开孔率为 =do/t） 2=气体通过阀孔的气速为 s/ =s 六 (1) 干板的阻力 算 干板的阻力 算由公式： uo/ （ v/l） 并取 = 5/3=可查 史密斯关联图 得， 以 2 (柱 (2)气体通过液层的阻力 计算 气体通过液层的阻力 公式： hL s/（ =s (s ) 查得 =以 (m 液柱 (3) 液体表面张力的阻力 液体表面张力的阻力 L/（ l g 算 ,则有 4 10(m 液柱 气体通过每层塔板的液柱高度 按下面公式计算 hP=hc+hl+柱 气体通过每层塔板的压降为 l g =计许值） (4)液沫夹带量，采用公式： 106/L 所以： 1010 = / / 可知液沫夹带量在设计范围之内。 (5)对于筛板塔，漏液点气速 uo,Uo,L /V1/2=s 实际孔速为 s Uo,定系数为 =o,在本设计中无明显漏液。 (6)液泛 为防止塔内发生液泛，降液管内液高度 服从式子： (甲醇不水属于一般物系，取 = ( 而 Hd=hp+hL+ 板上丌设进口堰，则有 2=(=柱 Hd=hp+hL+柱 则有： (于是可知本设计丌会发生液泛。 (6) 塔板的压降 干板的阻力 算 干板的阻力 算由公式： uo/ （ v/l） 并取 = 5/3=可查图得， 以 hc= 柱 气体通过液层的阻力 算 气体通过液层的阻力 公式： hL s/（ =s ，所以 柱 液体表面张力的阻力 液体表面张力的阻力 公式 L/（ l g 算 ,则有 柱 气体通过每层塔板的液柱高度 按公式： hP=hc+hl+柱 气体通过每层塔板的压降为 l g = 计算结果在设计充值内 (7)液面落差 对于筛板塔，液面落差很小，因塔径和液流量均丌大，所以可忽略液面落差的影响。 (8)液沫夹带 液沫夹带量，采用公式： 10L 以 1010 = / 0.1 / 可知液沫夹带量在设计范围之内。 (9)漏液 对于筛板塔，漏液点气速 uo,Uo,L /V1/2=s s Uo,定系数为 K= Uo,在本设计中无明显漏液。 (10)液泛 为防止塔内发生液泛，降液管内液高度 服从式子 (甲醇不水属于一般物系，取 = (= Hd=hp+hL+上丌设进口堰，则有 2=柱 Hd=hp+hL+m 液柱 则有： (于是可知本设计丌会发生液泛。 七 (1)漏液线 Uo,L /V1/2 Uo,s, o h w +000 E (Lh/2/3) o000 E (Lh/2/3)- L /V 1/2 =) 1/2 在操作范围内，任取几个 ，依上式计算出 计算结果列于下表 s m3/s s m3/s 2)液沫夹带线 /为限，求 s 关系如下： 10L 3.2 s/(s .5(000 E (Lh/2/3) )= = 1010)理得 0 在操作范围内，任取几个 ，依上式计算出 计算结果列于下表 s m3/s s m3/s 3)液相负荷下限线 对于平流堰，取堰上液层高度 为最小液体负荷标准，由式 000 E (Lh/2/3) =s,s 据此可做出不气体流量无关的垂直液相负荷下限线 (4) 液相负荷上限线 以 =4s 作为液体在降液管中停留时间的下限，由下式 =（ , （ (5) 液泛线 令 ( Hd=hp+hL+hd hP=hc+hl+ h w +立得 (+1) 略 s、 a b 式中 a= （ v/l） b=(hw c= d=10E ( 1+)(3600/2/3) 将有关数据代入 ,得 a= （ =b=( c=d=101 ( 1+3600/2/3)= 故 2 2/3s 在操作范围内 ， 任取几个 ， 依上式计算出 值 ， 计算结果如下表 s m3/s s m3/s 荷性能图 在负荷性能图上，作出操作点 A，连接 作出操作线。由图二可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏控制。由图查得 Vs,s Vs,m3/s 故操作弹性为： Vs,Vs, 6）漏液线 Uo,L /V1/2 Uo,s, o h w +000 E (Lh/2/3) o000 E (Lh/2/3)- L /V 1/2=) 1/2 在操作范围内，任取几个 ，依上式计算出 计算结果列于下表 s m3/s 123450 m3/s 7）液沫夹带线 /为限，求 s 关系如下： 10L s/(s .5( 000 E (Lh/2/3) )= = 1010) 理得： 0 在操作范围内，任取几个 ，依上式计算出 计算结果列于下表 s m3/s s m3/s 8)液相负荷下限线 对于平流堰，取堰上液层高度 为最小液体负荷标准，由式000 E (Lh/2/3) = Ls,s 据此可做出不气体流量无关的垂直液相负荷下限线 (9) 液相负荷上限线 以 =4s 作为液体在降液管中停留时间的下限，由下式 =（ , （ (10)液泛线 令 ( Hd=hp+hL+ hP=hc+hl+ hL h w + 联立得： (+1) 略