50万吨年甲醇精馏系统毕业设计(10)

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第37页

4VS'4?14.212D???3.263m

?u3.14?1.7圆整后：D?3400mm，空塔气速u?1.7 m/s 2.3.7填料层高度的计算 1.精馏段

所选的规整的参数为

型号 CB259Y

峰高 mm 12

比表面积m2/m3 250

理论板数1/m 2.5-3

空隙率 % 97

压力降MPa/m 3.0×10-4

根据所选的填料的参数，选取1m填料高度等于2.5块理论塔板，压力降为3.0×10-4MPa/m,即HETP=1/2.5=0.4m,?p/Z?3.0×10-4MPa/m=300Pa/m。 则精馏段填料层高度为

Z?NT?HETP

Z精?NT?HETP=10×0.4=4m

精馏段总压降?p精???p/Z??Z精?3.0×10-4×4

=1.2×10-3MPa =1200Pa

2.提馏段

根据所选的填料的参数，已知1m填料高度等于2.5块理论塔板，压力降为3.0×10-4MPa/m,即HETP=1/2.5=0.4m,?p/Z?3.0×10-4MPa/m=300Pa/m。 则提馏段填料层高度为

Z?NT?HETP

Z提?NT?HETP=1×0.4=0.4m

提馏段总压降?p提???p/Z??Z提?3.0×10-4×0.4

=1.2×10-4MPa =120Pa

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2.3.8全塔高度的确定[5] 1.全塔填料层总高度

Z?Z精?Z提?4+0.4=4.4m

2.全塔填料层总压降

?p??p精??p提=1200+120=1320Pa

3全塔填料层高度和压降计算汇总表

参数

压降?p/Z（Pa/m）

总压降/ Pa 填料层高度/m

精馏段 300 1200 4

提馏段 300 120 0.4

全塔 - 1320 4.4

4.填料支承装置

填料支承装置的作用是支承塔内的填料。常用的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等。对于规整填料，通常选用栅板型支承装置。 5.液体分布装置

液体在填料塔内均匀分布，可以增大填料的润湿表面积，以提高分离效果，因此液体的初始分布十分重要。所以要求分布装置要有与填料相匹配的分液密度和均匀的分布质量。

近年来的实践表明，大直径填料塔的放大的问题主要是保证液体初始分布均匀，若能保证单位塔截面的喷淋点数目与小塔相同，大型填料塔的传质效率将不会低于小型塔。

本设计选用的是槽式液体分布器和槽盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问题，压降小、负荷弹性大。

槽式液体分布器是由分流槽（又称主槽或一级槽）、分布槽（又称副槽或耳机槽）构成的。一级槽通过槽底开孔将液体初分成若干流股，分别加入其下方的液体分布槽。分布槽的槽底（或槽壁）上设有孔道（或导管），将液体均匀分布于填料层上。槽式液体分布器具有较大的操作弹性和极好的抗污堵性，特别适合于大气液负荷及含有固体悬浮物、粘度大的液体的分离场合，应用范围非常广泛。

槽盘式分布器是近年来开发的新型液体分布器，它兼有集液、分液及分气三种作用，结构紧凑，气液分布均匀，阻力较小，操作弹性高达10：1，适用于各种液体喷淋量。

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6.全塔高度确定 (1)塔顶空间

塔顶空间是塔顶第一块塔板到塔顶切线距离。对于填料塔而言，塔顶空间即为第一层填料上线到塔顶切线的距离。为了减少塔顶出口气体中携带液体量，塔顶空间一般取1.2～1.5m，以利于气体中的液滴自由沉降。本设计取塔顶空间为1.5m。 (2)塔内液体分布器高度

本设计选用的是槽式液体分布器和槽盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问题，压降小、负荷弹性大。

因为全塔填料分为四层，精馏段为三层，提馏段为一层，则需三组液体分布器，确定第一层液体分布器在塔内高度为1.26m，第二层高度为1.26m，第三层高度为1.41m，其总高度为1.26+1.26+1.41=3.93m。 (3)塔底空间

塔底空间是指塔底第一块板到塔底切线的距离。对于填料塔而言，塔底空间是指最后一层填料底线到塔底切线的距离。本设计取塔底空间为4.45m。 (4)裙座高度

裙式支座是由座圈、基础环和地脚螺栓座组成。座圈上开有人孔、引出管孔、排气孔和排污孔。座圈焊固在基础环上，基础环的作用，一是将载荷传给基础，二是在它的上面焊制地脚螺栓座，地脚螺栓座是由两块筋板、一块压板和一块垫板组成，地脚螺栓正是通过地脚螺栓座将裙座牢牢地固定在基础上。裙座高度是指从塔底封头切线到基础环之间的高度，今以圆柱型裙座为例，可知裙座高度是由塔底封头切线到出料管中心线的高度h和出料管中心线至基础环的高度H两部分组成。h 的最小尺寸是由釜液出口管尺寸决定，H则应按工艺条件确定。

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图2-4 加压塔底裙座结构图

本设计中采用圆柱型裙座，裙座高度选取7.8m。 7.全塔高度

全塔高度=塔顶空间+塔内液体分布器高度+塔底空间+裙座高度+填料层高度

H=1.5+3.93+4.45+7.8+4.4=22.08m

2.4常压精馏塔工艺计算

2.4.1物料衡算

已知：M =27.59kg/kmol M甲醇=32.04kg/kmol M水=18.02kg/kmol 进料流量 F=ws=42823kg/h 甲醇的质量分率 Wt=78.0% 水的质量分率

Wt=22% 另外还有乙醇和杂醇的量较小，这里忽略不计。摩尔分率单位：% 进料的摩尔流量 F?ws=42823/27.59=1552.1203kmol/h M甲醇的摩尔分率 xF=（（78×42823/100）/32.04）/1552.1203=0.67

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D=1040.2142kmol/h W=511.906kmol/h xW=0.01 根据物料衡算方程 F?D?W

F?xF?D?xD?W?xW

计算出 1552.1203×0.67=1040.2142×xD+511.906×0.01?xD=0.996 进料温度tF（400kPa） tF?84.1℃，取泡点进料q=1

在塔顶压力110kpa下，甲醇的安托因常数为A=5.9659，B=430.5033，C=41.7087

BlgP??A?

t?C根据安托因公式计算的甲醇蒸汽的温度为67.9℃，因为塔顶几乎为甲醇，所以此温度近似等于塔顶温度，选用资料提供的塔顶温度为66.6℃。

在tF?84.1℃温度下，根据安托因公式计算出甲醇和水的饱和蒸汽压，注：水的安托因常数为A=7.1827，B=1722.632，C=232.7987；甲醇的安托因常数为A=5.9659，B=430.5033，C=41.7087

BlgP??A?

t?C?代入数据得，甲醇的饱和蒸汽压PA=349.9547kpa，水的饱和蒸汽压

PB?=55.8204kpa。 回流比确定

由甲醇-水的平衡数据绘制x-y图 用作图法求最小回流比Rmin

由于进料为泡点进料q=1，所以画q线与平衡线交点，用交点坐标x,y求最小回流比

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