产万吨甲醇精馏工段设计

1、目录目 录 1摘 要 错. 误 !未定义书签。ABSTRACT 错. 误 !未定义书签。1 绪论 5 1.1 甲醇的概况 51.2 甲醇的用途 51.3 甲醇的危险性概述 6.1.4 甲醇的制备过程 6.1.5 双塔和三塔精馏的区别 6.2 精馏塔工艺设计计算 8.2.1 预精馏塔的物料衡算 8.2.2 主精馏塔的物料衡算 9.2.2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 9.2.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 9.2.2.3 物料衡算 9.2.3 最小回流比的确定 9.2.4 精馏塔有关物性数据的计算 1.0.2.4.1 平均温度计算 1.0.2.4.2 混合液体粘度计算 1.

2、1.2.4.3 平均密度计算 1.1.2.4.4 混合液体表面张力计算 1.32.4.5 混合液的相对挥发度计算 1.42.5.6 气液相体积流量计算 1.5.2.5 塔板数的确定 1.6.2.5.1 理论板数 1.6.2.5.2 实际塔板数 1.7.2.6 塔径计算 1.8.2.7 塔板工艺尺寸计算 2.0.2.7.1 溢流装置的设计计算 2.0.2.7.2 塔板布置及筛板数目与排列 2.22.8 筛板的流体力学验算 2.3.2.8.1 塔板压降 2.3.2.8.2 液面落差 2.4.2.8.3 液沫夹带 2.4.2.9 塔板性能负荷图 2.4.2.9.1 液沫夹带线 2.4.2.9.2 液

3、泛线 2.5.2.9.3 液相负荷上限线 2.6.2.9.4 漏液线 2.6.2.9.5 液相负荷下限线 2.6.3 塔盘的结构设计 3.0.3.1 塔板结构 3.0.3.1.1 矩形板 3.1.3.1.2 通道板 3.1.3.2 受液盘 3.2.3.2.1 凹形受液盘 3.2.3.2.2 液封盘 3.2.3.3 降液板 3.3.3.4 支持板和支持圈 3.3.3.5 塔盘机械计算 3.3.3.5.1 塔盘的载荷 3.3.3.5.2 塔盘板的允许挠度 3.4.3.5.3 矩形板稳定性校核 3.4.3.5.4 通道板稳定性校核 3.8.4 辅助装置及附件设计 4.0.4.1 接管设计 4.0.4

4、.1.1 进料管 4.0.4.1.2 回流管 4.0.4.1.3 塔顶蒸气出料管 4.1.4.1.4 法兰 4.1.4.2 除沫器设计 4.1.4.2.1 设计气速的选取 4.2.4.2.2 除沫器直径计算 4.2.4.3 人孔 4.2.4.4 吊柱 4.3.4.5 裙座 4.3.4.5.1 裙座选材 4.3.4.5.2 裙座的结构 4.3.4.6 操作平台和扶梯 4.5.5 塔的强度设计和稳定性校核 错. 误 !未定义书签。5.1已知设计条件 错. 误!未定义书签。5.1.1塔总体高度计算 错. 误 !未定义书签。5.1.2其他主要已知条件 错. 误 !未定义书签。5.2 按计算压力计算塔体

5、和封头的厚度 错. 误 !未定义书签。5.3筒体的校核 错. 误!未定义书签。5.4上封头的校核 错. 误!未定义书签。5.5下封头的校核 错. 误!未定义书签。5.6开孔补强 错. 误!未定义书签。5.7塔设备质量载荷计算 错. 误 !未定义书签。5.8圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核 错. 误 !未定义书签。5.9地震载荷与地震弯矩计算 错. 误 !未定义书签。5.10 风载荷与风弯矩计算 错. 误 !未定义书签。5.11裙座的校核 错. 误 !未定义书签。5.12 塔设备压力实验时的应力校核 错. 误 !未定义书签。5.13自振周期计算 错. 误!未定义书签。5.14地脚螺栓计算 错. 误

6、!未定义书签。5.15基础环设计 错. 误!未定义书签。参考文献 错. 误 !未定义书签致谢 错. 误 !未定义书签附录 错. 误 !未定义书签年产 3 万吨甲醇精馏工段设计1 绪论1.1 甲醇的概况甲醇，又名木精、木醇，英文名为Methanol或Methyl Alcohol，化学分子式为CH3-OH, 为无色、略带醇香气味的挥发性液体，能溶于水，在汽油中有较大的溶解度，有毒、易 燃，其蒸汽与空气能形成爆炸混合物。甲醇是由合成气生产的重要化学品之一， 既是重 要的化工原料，也是一种燃料。甲醇大体上有工业甲醇、燃料甲醇和变性甲醇之分， 目前以工业甲醇为主。凡是以 煤、焦油、天然气、轻油、重油等为

7、原料合成的，其质量指标符合国标 GB 338-2004要 求的，都是工业甲醇。随着可再生资源的开发利用，利用农作物秸秆、速生林木及林木 废弃物、 城市有机垃圾等也可以气化合成甲醇。粗甲醇经脱水精制、 作为燃料使用的无 水甲醇， 称为燃料甲醇。由于对燃料甲醇只有可燃烧和无水的要求， 因此一般不加变性 剂，成本往往要比工业甲醇低。 变性甲醇是指加入了甲醇变性剂的燃料甲醇或工业甲醇。 由于甲醇与汽油、 柴油不互溶， 尤其在低温潮湿环境中发生分层 （相分离）现象而造成发 动机不能正常工作，因此燃料甲醇 （或工业甲醇）变性后才能加入汽油、柴油使用。 变性 燃料甲醇是在工业用甲醇中加入一定比例的车用甲醇汽

8、油添加剂后， 专门用于调配车用 甲醇汽油的甲醇。1.2 甲醇的用途甲醇是最简单的饱和醇， 也是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料， 它广泛用 于有机合成、医药、农药、涂料、染料、汽车和国防等工业中。 用于制造甲醛和农药 （杀虫剂、杀虫螨）、医药（磺胺类、合霉素类）等的原料、合成对苯二甲酸二甲酯、 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种有 机产品。等，并用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。用作基本有机原料、溶剂及防冻剂。主要用于制甲醛、香精、染料、医药、火药、 防冻剂等。是基础的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

9、烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农 药、医药的重要原料之一。 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。1.3 甲醇的危险性概述健康危害：对中枢神经系统有麻醉作用； 对视神经和视网膜有特殊选择作用， 引起病变； 可致代射性酸中毒。急性中毒：短时大量吸入出现轻度眼上呼吸道刺激症状（口服有胃肠道刺激症状） ；经 一段时间潜伏期后出现头痛、头晕、乏力、 眩晕、酒醉感、意识朦胧、谵妄， 甚至昏迷。 视神经及视网膜病变，可有视物模糊、复视等，重者失明。代谢性酸中毒时出现二氧化 碳结合力下降、呼吸加速等。慢性影响：神经衰弱综合征，植物神经功能失调，粘膜刺激，视力减退等。皮肤出现脱 脂

10、、皮炎等。燃爆危险：该品易燃，具刺激性。1.4 甲醇的制备过程由碳的氧化物与氢合成： CO+2H2 2CH3OHCO2+3H22CH3OH+H2O碳的氧化物与氢合成甲醇工艺过程：原料气的制备 原料气的净化 压缩 合成精馏1. 原料气的制备：将天然气，石油，煤炭等原料转化为含 CO. CO2.H2 的合成原料 气2. 原料气的净化：去除合成原料气中的 S 等有害杂质：调整氢碳比3. 压缩：净化后的气体压缩至合成甲醛所需的压力，压力门高低主要视催化剂的性能而定4. 合成：在催化剂，高温，高压作用下合成，得到粗甲醇5. 精馏：粗甲醇通过精馏的方法除去有机杂质和水，而制得符合一定质量标准的 较纯的甲醇

11、 .1.5 双塔和三塔精馏的区别双塔流程是最为普遍采用的甲醇精馏方式。 第一塔为预精馏塔，第二塔为主精馏塔， 二塔再沸器的热源均来自循环气压缩机驱动透平排出的低压蒸汽。预精馏塔用以分离轻组分和溶解的气体如H2、co、CO2等。塔顶取出的气体包括不凝性气体、轻组分、水 蒸气以及甲醇。经过冷凝，大部分水分和甲醇回流入塔， 同时从冷凝器抽一小部分冷凝 液以减少挥发性较低的轻组分。为了减少塔顶排放气中甲醇的损失， 塔顶冷凝器可做成 二级冷凝。主精馏塔主要除去重组分，包括乙醇、水以及高级醇，同时获得产品精甲醇。 含水和高沸点组分的甲醇从该塔中部进入， 高级醇从加料板以下侧线引出，含微量甲醇 的水从塔底排

12、出，产品甲醇从近塔顶处取出。精馏过程的能耗很大且热能利用率很低，故精馏工序的节能有许多潜力可挖。采用 三塔流程的目的是为了更合理地利用热量， 三塔流程与双塔流程的区别在于三塔流程采 用两个主精馏塔，第一主精馏塔加压操作，第二主精馏塔于常压下操作，利用加压塔的塔顶蒸汽冷凝热作为第二主精馏塔再沸器的加热源。这样不仅节省了加热蒸汽而且也节 省了冷却用水，有效地利用了能量。根据我设计的精馏的甲醇的产量，我选择双塔精馏。2精馏塔工艺设计计算符号说明：F：原料液流量（kmol/h）xf：原料组成（摩尔分数，下同）D：塔顶产品流量（kmol/h）xd :塔顶组成W：塔底残液流量（kmol/h）xw :塔底组

13、成2.1预精馏塔的物料衡算（1）入料粗甲醇的组成如下表2.1所示：表2.1组分甲醇（CH3OH）水（H2O）二甲醚（CH3）2O）高级醇（C4H9OH）高级烷烃（C8H18）%908.50.950.340.21（2）出料 二甲醚从塔顶放空. 预精馏后，由于高级醇和高级烷烃的量太少，所以忽略不计.甲醇组成如下表2. 2所示：表2.2组分甲醇（CH3OH）水（出0）%9192.2主精馏塔的物料衡算2.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率已知：年产3万吨甲醇的摩尔质量：Ma = 32kg/kmol水的摩尔质量：Mb= 18 kg/ kmolxf= 0.91 32 说0.91 32+0.09 48)

14、=0.85xd=0.99 4240.99 32+0.01 48)=0.98xw=0.006 324(0.006 32+0.994 18)=0.00342.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M f=32 0.85+0.15 18=29.9kg/kmolMd=32X).98+0.02 =31.72kg/kmolM w=32 X0.0034+0.9966 1=18.05kg/kmol2.2.3物料衡算假设该甲醇精馏塔的开工率为 330天/年，则F=30000X1000.99 -0.9 唱30吃4吃9.9=140 kmol/hF D W根据物料衡算：F xf D XdW Xw代入数值：140=

15、D+W1400.85=D X.98+WX0.0034解得：D = 119 kmol/hW= 21kmol/h2.3最小回流比的确定由甲醇-水的x-y图可知该平衡曲线为一不正常的平衡曲线，其具有下凹的部分, 为减小误差，由作图法求最小回流比。表2.3甲醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系（摘自化工艺手册）平衡温度t/ C液相甲醇X气相甲醇y平衡温度t/ C液相甲醇X气相甲醇y1000073.846.277.5692.95.3128.3472.752.9279.7190.37.6740.0171.359.3781.8388.99.2643.5370.068.4984.9285.013.1554.5

16、568.085.6289.6281.620.8362.7366.987.4191.9478.028.1867.7564.7100100如图1,过点a(XD，XD)做相平衡线的切线，切点即为g(Xg,Xg)。该点由图中读出XDXdg(xg,xg)(0.85,0.89),所以由公式:ygXg可知，最小回流比:RminXdygXg0.98 0.890.89 0.85=2.25yg图2.1甲醇-水的X-y图2.4精馏塔有关物性数据的计算2.4.1平均温度计算利用表1中数据由拉格朗日插值法求得tF、tD、tW73.8 72.773.8 tF46.2 52.92 46.2 49解得：tF= 733CtD

17、:66.9 64.7tD 64.787.4110097 100(3) tw: 100 眈9 dw0 5.310 0.5tF2tF tw2精馏段平均温度：t1提馏段平均温度：73.7 62.2273.3 97.3解得：tD = 622C解得：tw = 97.3C67.8 C85.3 C2.4.2混合液体粘度计算t167.8 C时，查得水10.412mpa s,0.318mpa st285.3 C时，查得水20.616mpa s,0.264mpa s精馏段混合液体粘度L1醇1 X1水1 (1X1)0.318 0.85950.412 (1 0.8595)0.3312mpa s提馏段混合液体粘度L2醇

18、2冷水2 (1 X2)0.264 0.1285 0.616 (1 0.1285) 0.5708mpa s2.4.3平均密度计算已知混合液密度： 亜 亟（a为质量分率，M为平均相对分子质量）LAB混合气密度：l卫型22.4TF0 精馏段：已知t；67.8 C用表2.3中的数据由拉格朗日插入法求精馏段的气液相组成:液相组成X1：68.066.968.067.885.6287.4185.62X1解得：X1=85.95%3a191.58%气相组成y1：68.066.968.067.889.6291.9489.62Y1解得：y1 =90.04%aB194.14%所以：ML1 32 0.8595 18 (

19、1 0.8595 30.03kg/kmolMV1 32 0.9004 18 (1 0.9004) 30.61kg/ kmol 提馏段：已知t2 85.3 C用表2.3中的数据由拉格朗日插入法求提馏段的气液相组成:液相组成X2：88.9 85.088.9 85.39.26 13.159.26 x2解得：X2=12.85%aA2 20.77%气相组成y2：88.9 85.088.9 85.343.53 54.5543.53 y2解得：y2=53.70%aB2 67.34%所以：Ml2 32 0.1285 18(1 0.1285) 19.80kg/kmolMV2 32 0.537 18 (1 0.5

20、37) 25.52kg/kmol表2.4不同温度下甲醇和水的密度温度（C）甲醇的密度（kg/m3）水的密度（kg/m3）5075098860741983707319788072197290713965100704958根据拉格朗日插入法分别求 匸和匸温度下的甲醇和水的密度:t；67.8 C时:70 60731 74170 67.8731 A170 6070 67.8978 983 978 B1t285.3 C时:90 8090 85.3713 721713解得：A1 733.20 kg/m3解得：B1 979.10 kg/m3解得：A2 716.76 kg/m3A290965 精馏段：t167

21、.8 C8090 85.3927965_B2解得：B2 968.29 kg/m3液相密度L1 :1L1气相密度V1 :V1提馏段：t；85.3 C液相密度L2 :1L2气相密度V2 :V20.9158 0.9414733.20 979.10273.15 30.6122.4 (273.1567.8)0.20770.6734716.76968.29273.15 25.5222.4 (273.1585.3)解得 Pl1749.03kg/m331.09 kg/m解得：Pl2902.5kg/m30.87 kg/m3 2.4.4混合液体表面张力计算二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算公式：1/41/

22、41/4厶式： mW WO O式中m代表混合液的表面张力；W代表纯水的表面张力； O代表有机物的表面张力;w代表相中水的体积分数；代表相中有机物的体积分数精馏段：t；67.8 C用表2.5中的数据分别求甲醇和水在t1 67.8 C下的表面张力:807080 67.8甲醇表面张力：16.7 17.7 16.7o1解得：O1 17.898mN /m80708067.8解得：W1 64.718mN/m水表面张力：62.6 64.362.6w1因为q=1,所以：W1xw1Vw10.1405 24.030.1338O1xo1VO10.8595 29.36C1B1W10.87350.4771.3505代入

23、数值得：W10.043O1 0.957所以m:1/4W1 W11/4O1 O10.04364.7181/40.957 17.8981/42.090解得： m1 19.093mN/m表2.5不同温度下甲醇-水的表面张力温度（C）甲醇表面张力（mN/n） 水表面张力（mN/n）6018.666.27017.764.38016.762.69015.860.710014.658.8BilgW1lgO.13380.8735O10.441167.5 273.1517.898 29.362/3164.718 24.030.477 提馏段：t285.3 C用表2.5中的数据分别求甲醇和水在t； 85.3 C下

24、的表面张力:甲醇表面张力90809085.3解得： 0216.223mN /m15.816.715.802水表面张力：90809085.3解得：W2 61.593mN /m60.762.660.7W2同理解得：W2 0.63020.371 /41/4m2W2W2O21/41/4020.63 61.5931/40.37 16.2232.1225解得：m222.69mN /m2.4.5混合液的相对挥发度计算精馏段相对挥发度已知：X10.8595， y10.90041y1(1x1)0.9004(10.8595)佃x1(1yj0.8595(10.9004)提馏段相对挥发度已知：x20.1285， y2

25、0.53702y2(1 X2) 0.5370 (1 0.1285)7.87x2(1 y2) 0.1285 (1 0.5370)2.5.6气液相体积流量计算 由前面求得回流比R=3.6 精馏段L=RD=3.6 80/3600=0.08kmol/sV=(R+1)D=(3.6+1)80/3600=0.102kmol/s已知：ML130.03kg/kmol , MV230.61kg / kmolPl1749.03kg / m3,V131.09kg / m则有质量流量:L1Ml1L30.030.082.4kg / sV1Mv1V30.610.1023.122kg/s体积流量：LS1L12.43.2031

26、0 3m3/sl1749.03V13.1223V2.8642m /sV11.09提馏段因为假设设计中为饱和进料即q=1，则L =L+qF=L+F=0.08+0.0389=0.1189kmol/sV =V+(q-1)F=V=0.102kmol/s已知：ML2 19.80kg / kmol， MV2 25.52kg/ kmolPl2 902.5kg /m3,， V2 0.87kg/m3则有质量流量：L2Ml2L19.800.11892.3542 kg/sV2Ml2V30.610.1023.1222 kg/s体积流量：LS2L22.35422.608510 3m3/sl1902.5V S23.122

27、33.5885m /s0.872.5塔板数的确定2.5.1理论板数因为操作回流比可取最小回流比的1.22.0倍，所以取：R=1.6Rmin=1.6X 2.25=3.6在求得操作回流比的情况下，绘制精馏段和提馏段操作线，如图2.2精馏段操作线在y轴上的截距b=XdR 10.983.6 10.213精馏段操作线过a(XD,XD)(0.98,0.98)，即可得精馏段操作线方程为：y=0.7826x+0.213连接点b=(0,0.213)和点3(xd,Xd) (0.98,0.98)即可得精馏段操作线ab。取进料热状况为饱和液体进料则q 1，过e(XF,XF)=(0.85,0.85)做y轴的平行线即得q

28、线，其与精馏段操作线ab交点为d点，连接点d和点c(Xw,Xw)=(0.0034,0.0034)即得提馏段操作线cd,其操作线方程为：y=1.0333x-0.00011图22图解法求理论板数用梯级作图法求理论板数，如图 2.2由d点向分别向a点和c点做梯级，如图2.2 由图2.2可知：X精馏段NT1 4 （不包括进料板）提馏段Nt2 6 （包括塔底再沸器）所以总理论板数：Nt Nt1 NT2 4610故进料板位置为从塔顶向下第 5块板。2.5.2实际塔板数要求实际塔板数Np，要先求塔板效率。塔板效率与塔板结构、操作条件、物质的 物理性质及流体力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。

29、塔板效率可 用奥康奈尔公式进行计算。Et0.49(L）0.245塔顶、塔底平均温度下的相对挥发度L塔顶、塔底平均温度下的液相粘度 mpa s精馏段Et10.490 245(1.48 0.3312) .0.5825Nt14Np17Et10.58351.48 ,L10.3312mpa s , N4则提馏段已求得：27.87 ,L2 0.5708mpa s ,Nt26 则Et1 0.490 245(1.48 0.5708).0.3391“NT216 1“Np215Et20.3391已求得:全塔实际塔板数：N p=Npi+N P2=7+15=22（块）则全塔效率为：EtNt 110 1100%34.6

30、%26故加料板位置在第8块塔板2.6塔径计算根据流量公式可计算塔径，即DU =( 0.60.8)，Umax为极限空塔气速，且Umax精馏段史密斯关联图中横坐标数值为:Vh0.5LLs1L13.20310 32.86420.5749.031.090.0293取板间距0.5m ,取板上液层高度hL10.06m，则史密斯图中参数值为:HT1 hL10.5 0.06 0.44m根据以上数值在图中可查得：C20 0.10，则:0.20.2C C20 刃C20m1200.10 竺93200.20.099UmaxL1 V10.099 . 749.03 1.09V11.092.593u 0.7umax 0.7

31、 2.5931.8153m/s所以塔径:4 2.86423.14 1.81531.678m根据筛板塔直径系列标准予以圆整得D11800mm横截面积:AT1D123.14 1.822.54m2空塔气速:U1Vs1AT12.86422.541.28m/s提馏段同理:0.5Lh_L_V h VLS2Vs20.5L2V2取板间距2.6085 10 3902.50.53.58850.870.02Ht2 0.5m ,取板上液层高度hL20.06m ,则史密斯图中参数值为:H T2 hL20.50.060.44m根据以上数值在图中可查得:C200.099 ,则:0.2C C20 20C200.2m2200.

32、20.099 沁200.098u max CL2V 20.098902.5 .873.155m/sV20.87u 0.7Umax 0.7 3.1552.208m /s所以塔径:D4 彳58851.439m3.14 2.208由于精馏段和提馏段上升蒸汽的体积流量不同而导致两段的塔径不同， 但本设计中 两段上升蒸汽的体积流量相差不大，且计算得两段塔径相差亦不大，为使塔的结构简化， 故两段采用相同的塔径，一般取较大者，则 D2 1800 mm塔板横截面积：AT2 2.54m2空塔气速：u2Vs2 3.58851.413m/sAt 22.542.7塔板工艺尺寸计算2.7.1溢流装置的设计计算各项计算如

33、下:根据塔径D 1.8m，可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘(1)堰长取堰长 lw 0.65D0.65 1.81.17m(2)堰高本设计中采用平直堰，堰高由下式进行计算:how2.84 E1000Lhlw2/3，近似取E 1WhLhOW精馏段how12.8410001.03.203 10 3 3600 2/31.170.02m 20mm已知 hL1 0.06m，W1hLhOW10.06 0.020.04m 提馏段同理:how22.841.010002.6085 10 32/336000.0164m1.1716.4mm已知口 hL2 0.06m，故仏2 hL hOW20.06 0.020.0

34、4m(3)弓形降液管的宽度和截面积由* 0.65查弓形降液管的参数图得AfAt0.074 ,WdD0.137，则:AfW0.074A0.137D0.074 2.54 0.188m20.137 1.80.247m验证降液管内液体停留的时间：精馏段AF H T10.188 0.517.13 5s1LS133.203 10提馏段Af H T20.188 0.517.98 5s2LS22.6085 10 3故所选降液管设计合理。(4)降液管底隙高度hbLh3600lwu0式中u0 液体通过降液管底隙时的流速根据经验 u=0.07 0.25m/s精馏段取 u010.2m/s，贝Uh01LS1lwu03.

35、203 10 101.17 0.20.025mhW1 h010.04 0.0250.015m 0.006m故精馏段降液管底隙高度设计合理。提馏段取 u020.15m/ s，则LS2l w U02.6085 10 30.031m1.17 0.120.04 0.0310.009m 0.006m故提馏段降液管底隙高度设计合理，且 ho2不小于0.025，故ho1满足要求。2.7.2塔板布置及筛板数目与排列(1)塔板的分块：塔径D 1.8m，采用分块式塔板，以便通过人孔拆装，且查表可知塔板分为5块。(2)边缘区宽度：破沫区宽度 Ws Ws 90mm,无效区宽度W 65mm(3)开孔面积计算:开孔面积A

36、a按试Aax R2x2 面R2sin式中：R 2代入数值得：Wc ；(Wd Ws)0.065 0.835m(0.247 0.09) 0.563mAa0.563、0.835 0.5633.141800.835arcsin05631.73n20.835(4)筛孔计算及排列本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用S =4mn碳钢板，取利孔直径do=5mm筛孔按正三角形排列，取孔中心距 t为t=3d0=35=15mm筛孔数目为nn 1J5严1.155 0.?37 2756t0.015开孔率为0.907申2 .907(器)2 仙精馏段 气体通过阀孔的气速为VS12.8642“,UoA016.39m/ s0.1

37、01 1.73提馏段气体通过阀孔的气速为VS23.5885“,UoA20.54m/ s0.101 1.732.8筛板的流体力学验算2.8.1塔板压降(1) 精馏段2UoVhe 0.051 干板阻力：CoL由d。/25查干筛板孔的流量系数图得：Co=0.795代入数据得：hci=0.039m 板上充气液层阻力因液相为水和甲醇，故取 oi 0.5，则hl101hL1 0.5 0.06 0.03m 液体表面张力所造成的阻力这个阻力很小，可忽略不计，因此与单板的压降相当的液柱高度为：hp1 hc1 hl1 0.039 0.03 0.069则单板压降：p1 hp1 L1g 0.069 749.03 9.

38、81507.01Pa v 700Pa(2) 提馏段 干板阻力：hc2=0.033m 板上充气液层阻力因液相为水和甲醇，故取 02 0.5 ,则h|202hL2 0.5 0.06 0.03m 液体表面张力所造成的阻力这个阻力很小，可忽略不计，因此与单板的压降相当的液柱高度为：hp2hc2 h|20.033 0.03 0.063m则单板压降P2hp2 L2g 0.063 902.5 9.81 557.77Pa v 700Pa2.8.2液面落差对于筛板塔而言，液面落差很小，故而忽略液面落差的影响2.8.3液沫夹带液沫夹带量由式5.710 63.2U。Ht hfev-液沫夹带量，kg液/kg气uo=2

39、.54m/shf=2.5hL=2.5 .06=0.15m代入数据得：ev=0.48kg液/kg气v 0.1kg液/kg气故本设计中液沫夹带量在允许范围内.2.9塔板性能负荷图2.9.1液沫夹带线以ev=0.1kg液/kg气为限,求V&Ls关系如下:精馏段ev65.7 10uoHt hf3.20.1又因为：UaVsVsVshf 2.5hL2.84AtAf2.540.1882.3522.5 hwhowhw=0.04m1.0泌1.9520.427L：3整理得：VS1 5.397 46.528Ls110002由此式可知物沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个LS1值，算出VS1，即可做出物沫夹带线提馏

40、段ev5.7 10 632UoHt hf0.1同理得：Vs226.24 57.29LS2要在操作范围内任取两个Ls2值，算出Vs2 ,见表2.6表2.6精馏段Ls1/(m3/s)0.0020.010VS1 / (m3 / s)4.373.96提馏段Ls2 /(m3 /s)0.0020.010VS2 / (m3 / s)5.134.632.9.2液泛线(Ht hW)hp hL hdhLhd由此式来确定液泛线，忽略式中的h，则:(Ht hw)5.342如 0.153L2g2LSlwh0(10)2.84 E10002/33600LSIw其中U0亠216V；%2d：N2精馏段0.248 5.341.0

41、9749.03(1 0.5) 0.04 284100016V 2s12 9.813.142 0.0394 2942“ c /3600L1.0 (1.170.153LS11.17 0.025)2整理得：VS1265.34S1)2 3255644.86 LS1/ 32280.41LS1提馏段0.2485 5.340.87902.5 216V2s29.813.142 0.0394 27820.153LS2(1 0.5) 0.04410001.0 (器)23OO0/0整理得：VS288.20 144905.98Ls22523.3LS2在操作范围内取若干个Ls值，计算出相应的Vs值，见表2.7表2.7精

42、馏段3Ls1/(m /s)0.0010.0030.010.02Vs1/(m3/s)6.836.636.024.94提馏段3Ls2 / (m /s)0.0010.0030.010.02VS2/(m3/s)7.557.346.925.982.9.3液相负荷上限线液体在降液管内停留的时为:AHLs35s以5s作为液体在降液管内停留时间的下限，则:LsmaxAfHT50.188 0.5530.0188m /s2.9.4漏液线由 uo min 4.4C。0.00560.13hL h L/ V又因为:Uo min(Vs) min代入数据得:(Vs1)min 1.681m3/s提馏段：3(Vs2) min1

43、.779m /s2.9.5液相负荷下限线对平直堰而言，取堰上液层高度 hW 0.006m，取E=1.0则2.84 E 3600 Ls min1000lW2/30.006 得:2/30.006 10001.170.001m2.84 1.03600由以上5个方程即可分别作出精馏段和提馏段塔板负荷性能图，如图2.3、图2.4VE/图2.3精馏段塔板负荷性能图气相负荷上限为:Vs1 max 4.20m3/s气相负荷下线为：Vs! min 1.681m3/s操作弹性 空2.501.681所示。Vs/ (m2/s)图2.4提馏段塔板负荷性能图气相负荷上限为：3Vs2 max 6.764m /s气相负荷下线

44、为：VS2 min 1.779m3/s 操作弹性6764 3.801.779表2.8筛板塔工艺设计计算结果项目符号单位计算数据备注精馏段提馏段最小回流比Rmin2.25操作回流比R3.6理论塔板数Nt块4.656.86塔板效率%58.3533.91实际塔板数Np块715各段平均温度Fc67.885.3平均流量液相Lsm / s5.8217 10 334.3267 10气相Vsm / s3.14813.2883塔径Dm1.81.8板间距m0.50.5塔板类型单溢流弓形降液管分块塔板空塔气速um/ s1.281.42塔板开孔率%10.1溢 流 装 置堰长lWm1.171.17堰咼仏m0.040.0

45、4堰上液层咼度hOWm0.020.02板上液层咼度hLm0.060.06降液管宽度Wdm0.2470.247降液管底隙高度h。m0.0250.018无效区宽度Wsm0.090.09破沫区宽度Wcm0.0650.065开孔区面积A2 m1.731.73筛板筛板数目N个2756单板压降 PPa507.01557.77液相负荷上限(Vs)maxm3/s4.206.764液相负荷下限(Vs)minm3/s1.6811.7793塔盘的结构设计图3.1无主梁的塔盘结构1受液盘；2 带自身梁的塔板；3降液板；4定位件；5通道板；6紧固件；7降液板连接板；8 支持板;9 支持圈板式塔的塔盘主要分为溢流式和穿流

46、式两大类，本设计中米用溢流式塔盘。塔盘按结构特点可分为整块式和分块式两种类型。一般塔径为300900mm时，采用整块式塔盘；当塔径大于 800mm时，能在塔内进行装拆，可用分块式 塔盘。根据要求本设计采用分块式塔盘，且塔盘分块数为五块。塔盘结构如图8所示。3.1塔板结构塔板结构的设计，应满足刚性好、制造安装方便等要求。塔板结构型式很多，能满 足上述要求达到广泛应用的，是自身梁式塔板结构，本设计中即采用这种塔板。3.1.1矩形板对于自身梁式矩形板，梁是由板的一部分弯折而成，梁板构成一个整体，板上一部分载荷由自身梁来承担，自身梁矩形板只有一个长边弯折成梁。两半过度部分，有部分 低凹平面以便另一塔板

47、的部分放在其上，使两塔板位于同一平面上。根据工艺要求，本设计采用的是筛板塔，塔板上要布置一定数目的筛孔。矩形板长边尺寸，与塔径Di和 堰宽b有关，按照公式Li Di 2b 90，矩边宽度统一取420mm，以便装拆塔板式能进 入人孔，板的弯折半径R 4mm。本设计中 Di 1800mm、b 247mm、贝U: L,1800 2 24790 1216mm因为L1 v 1400mm，则塔盘板自身梁尺寸如图3.2所示图3.2矩形板结构尺寸3.1.2通道板通道板边搁放在其他塔板上（弓形半或矩形板）的自身梁上，所以通道板无自身梁, 而作成一块平板。通道板的长度尺寸同矩形板相同，矩边宽度尺寸统一取400mm。因为塔盘的矩形板长度1000mm，故通道板与塔盘板联合使用如图 3.3所示。4u图3.3通道板结构尺寸3.2受液盘3.2.1凹形受液盘受液盘有凹形的和平板形的两种结构。它对降液板的液封和液体流入塔板的均匀性 都有影响。 对于易聚合的物料，为避免在塔盘上形成死角，应采用平型受液盘。当液 体通过降液管与受液盘的压力降大于 25mm时，应采用凹型受液盘。凹形受液盘对液体 流向有缓冲作用，可降低低塔盘入口处的液峰，使得液流平稳，有利于塔盘入口区更好 地鼓泡。凹形受液盘结构比较复杂，但是仍被广泛使用，本设计中采用凹形受液盘。凹形受液盘有焊接固定式和可