文档介绍：前言
精馏是利用液体混合物中各组分挥发性的差异对其进行加热,然后进行多次混合蒸气的部分冷凝和混合液的部分加热汽化以达到分离目的的一种化工单元操作。精馏操作应在塔设备中完成,塔设备提供气液两相充分接触的场所,有效地实现气液两相间的传热、传质,以达到理想的分离效果,因此它在石油化工生产中得到广泛应用。
该设计选用逐级接触式的筛板塔作为分离设备,一个完整的板式塔主要是由圆柱形塔体、塔板、降液管、溢流堰、受液盘及气体和液体进、出口管等部件组成,这就需要对各个部件做出选择并给出合理的工艺尺寸,因此我们对精馏塔进行物料衡算,由间的关系并差取相关数据,确定相对挥发度和回流比求出相平衡方程和操作线方程,然后通过逐板计算法算得理论塔板数并由全塔效率确定实际塔板数,最后对塔高、塔径、溢流装置等各个部件进行计算与核算校验(如负荷性能图),最终得到符合工艺要求的精馏塔并能完成生产任务。
第一章设计方案简介
设计中采用泡点进料,塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝,冷凝液在泡点下回流至塔内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具体如下:
塔型的选择本设计中采用筛板塔。筛板塔的优点是结构比浮阀塔更简单,易于加工,造价约为泡罩塔的60%,为浮阀塔的80%左右。处理能力大,比同塔径的泡罩塔可增加10~15%。塔板效率高,比泡罩塔高15%左右。压降较低。缺点是塔板安装的水平度要求较高,否则气液接触不匀。
加料方式和加料热状况的选择:加料方式采用泵加料。虽然进料方式有多种,但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响,塔的操作比较容易控制;此外,饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同,无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易,为此,本次设计中采取泡点进料。
塔顶冷凝采用全冷凝器用水冷却。甲醇和水不反应而且容易冷却,故使用全冷凝器,塔顶出来的气体温度不高冷凝回流液和产品温度不高无需进一步冷却,此分离也是为了得到甲醇故选用全冷凝器。
回流方式可分为重力回流和强制回流,对于小型塔冷凝器一般安装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支撑结构,其缺点是回流控制较难。如果需要较高的塔处理或因为不易检修和清理,这种情况下采用强制回流故本设计采用强制回流。
加热方式为直接加热和间接加热。直接加热由塔底进入塔内。由于重组分是水故省略加热装置。但在一定的回流比较条件下,塔底蒸汽对回流有稀释作用,使用理论板数增加,费用增加,间接蒸汽加热器是塔釜液部分汽化维持原来浓度,以减少理论板数。本设计采用间接蒸汽加热。
目前,精馏塔的设计方法以严格计算为主,也有一些简化的模型,此次设计采用精确计算与软件验算相结合的方法。
第二章工艺计算

甲醇的分子式为,千摩尔质量为,水的分子式为,千摩尔质量为原料液的平均千摩尔质量为

原料液以及塔顶,塔釜平均摩尔质量:
原料液:
塔顶:
塔釜:
所以
即采出率为:
由上式求出塔顶馏出液量为

则塔釜残液量为

塔顶产品流量:
塔釜产品流量:

由手册查得水-甲醇物系的气液平衡数据,绘出x-y图
表1水-甲醇物系的气液平衡数据
温度t/0C
液相中的摩尔分数/x
气相中的摩尔分数/y
100

图1

甲醇—水可采用图解法求理论板层数:
由表1可绘出甲醇—水气液平衡数据图见图1
求最小回流比及操作回流比,用作图法求最小回流比。在图中对角线上,自点E作垂线EF即为去q线(泡点线)该线与平衡线交点坐标为
由可得q线与平衡线的交点坐标(xq,yq)为(,),则最小回流比为
取回流比
则精馏塔的气液负荷:
精馏段:
提馏段:由于泡点进料
所以
精馏段操作线方程:
提馏段操作线方程:

图解法求理论塔板数
采用图解法求理论板层数,如图1所示,求解结果