1、分離甲醇、水混合物的板式精餾塔設計 課程設計設計題目分離甲醇、水混合物的板式精餾塔設計學生姓名 學號 專業班級 指導教師姚運金 2015年7月3日合肥工業大學課程設計任務書設計題目分離甲醇、水混合物的板式精餾塔設計成績課程設計主要內容設計任務：設計一座分離甲醇、水混合物的連續常壓精餾塔1、 生產能力：100000噸甲醇/年；液料含甲醇40wt%，餾出液含甲醇不少于98 wt %，殘夜含甲醇不大于0.05wt%。2、 操作條件：（1）泡點進料，回流比需優化。（2）塔釜加熱蒸汽壓力：間接0.2MPa（表壓），直接0.1MPa（絕壓）。（3）塔頂全凝器冷卻水進口溫度20。（4）常壓操作。年工作日30

2、0320天，每天工作24小時。（5）設備形式：篩板塔。（6）安裝地點：安慶任務來源：中國石油化工股份有限公司安慶分公司設計主要內容：工藝流程的確定，工藝流程采用計算機仿真設計，塔和塔板的工藝尺寸計算，塔板的流體力學驗算及負荷性能圖，輔助設備的計算與選型，主體設備的機械設計。設計報告：1、設計說明書一份。2、主體設備總裝圖一張（1#圖紙），帶控制點工藝流程圖（3#圖紙）一張。指導教師評語建議：從學生的工作態度、工作量、設計（論文）的創造性、學術性、實用性及書面表達能力等方面給出評價。簽名： 2015年 月 日目錄摘要1緒論2一、板式精餾塔設計流程說明3（一）設計方案的確定31、裝置流程的確定3

3、2、操作壓力的選擇3 3、進料狀況的選擇44、加熱方式的選擇4 5、回流比的選擇4（二） 塔板的類型與選擇51、 泡罩塔52、 篩板塔53、浮閥塔5二、板式精餾塔的設計計算6（一）精餾塔全塔物料衡算6（二）回流比和塔板數的確定7（三）靈敏度分析10（三） 用詳細計算模塊（RadFrac）進行計算13三、塔和塔板主要工藝尺寸計算20（一）塔徑20（二）溢流裝置26（三）塔板布置29（四）篩孔數目與開孔率30（五）塔的有效高度31（六）塔的實際高度的算31四、篩板的流體力學計算32（一）氣體通過篩板壓降相當的液柱高度32（二）霧沫夾帶量的驗算33（三）漏液計算33（四）液泛驗算34五、塔板的負荷性

4、能圖35（一）精餾段351、霧沫夾帶線（1）352、液泛線（2）363、液相負荷上限線（3）374、漏液線（氣相負荷下限線）（4）375、液相負荷下限線（5）38（二）提餾段391、霧沫夾帶線（1）392、液泛線（2）393、液相負荷上限線（3）414、漏液線（氣相負荷下限線）（4）415、液相負荷下限線（5）41六、附屬設備設計及接管尺寸43（一）冷凝器的選擇43（二）再沸器的選擇44（三）泵的選擇44（四）接管尺寸46（五）法蘭、封頭、裙座等48（六）強度設計50七、設計小結58八、參考文獻59九、心得體會60摘要:現要求設計一篩板式精餾塔，年產量10萬噸的甲醇-水的分離系統，其中料液的甲

5、醇質量分數40%，設計要求餾出液中甲醇的質量分數不少于98%，殘液中甲醇質量分數小于0.05%。通過aspen模擬，確定最小回流比1.01332，進而確定操作回流比1.10914；進行相關計算，得到理論塔板數24和全塔板效率48.18%，進而得到實際塔板數50，進料板位置為第30塊塔板,由設計要求計算確定塔相關工藝尺寸（塔高36.954米，塔徑2.4米）；此外根據精餾塔工作環境，進行流體力學性能驗算，繪制負荷性能圖，對整項設計安排整理總結，畫出此篩板式精餾塔。關鍵詞:甲醇-水；篩板式精餾塔設計；aspen模擬；回流比；塔板數；負荷性能圖 緒論蒸餾是分離液體混合物的一種方法，是一種屬于傳質分離的

6、單元操作。廣泛應用于煉油、化工、輕工等領域。蒸餾的理論依據是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異，即各組分在相同的壓力、溫度下，其揮發性能不同（或沸點不同）來實現分離目的。以本設計所選取的甲醇-水體系為例，加熱甲醇（沸點64.5）和水（沸點100.0）的混合物時,由于甲醇的沸點較低（即揮發度較高）,所以甲醇易從液相中汽化出來。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇組成高于原料的產品，依此進行多次汽化及冷凝過程，即可將甲醇和水分離。經過多次部分汽化部分冷凝，最終在汽相中得到較純的易揮發組分，而在液相中得到較純的難揮發組分，這就是精餾。在工業精餾設備中，使部分汽化的液相與部分冷凝的氣相直接接觸，以進行氣液相

7、際傳質，結果是氣相中的難揮發組分部分轉入液相，液相中的易揮發組分部分轉入氣相，也即同時實現了液相的部分汽化和氣相的部分冷凝。蒸餾按操作可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式。按原料中所含組分數目可分為雙組分蒸餾及多組分蒸餾。按操作壓力則可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓（真空）蒸餾。此外，按操作是否連續蒸餾和間歇蒸餾。工業中的蒸餾多為多組分精餾，從石油工業、酒精工業直至焦油分離，基本有機合成，空氣分離等等，特別是大規模的生產中精餾的應用更為廣泛。本設計著重討論常壓下甲醇-水雙組分體系精餾。一、板式精餾塔設計流程說明板式塔的類型有很多，但其設計原則基本相同。一般來說，板式塔的設計步驟大致

8、如下：根據設計任務和工藝要求，確定設計方案；根據設計任務和工藝要求，選擇塔板類型；確定塔徑、塔高等工藝尺寸；進行塔板設計，包括溢流裝置的設計、塔板的布置、升氣道（泡罩、篩孔或浮閥等）的設計及排列；進行流體力學驗算；繪制塔板的負荷性能圖；根據負荷性能圖，對設計進行分析，若設計不夠理想，可對某些參數進行調整，重復上述設計過程，一直到滿意為止。（一）設計方案的確定1、裝置流程的確定蒸餾裝置包括原料預熱器、精餾塔、塔底再沸器、塔頂冷凝器、釜液冷卻器、塔頂產品冷卻器等設備。蒸餾過程按照操作方式的不同，可以分為連續蒸餾和間歇蒸餾兩種流程。連續蒸餾具有生產能力大、產品質量穩定的優點，工業生產中以連續蒸餾為主

9、。間歇蒸餾具有操作靈活、適應性強等優點，適合小規模、多品種或多組分物系的初步分離。蒸餾是通過物料在塔內的多次部分汽化與多次部分冷凝實現分離的，熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時應該考慮余熱的利用。譬如，用原料作為塔頂產品（或釜液產品）冷卻器的冷卻介質，既可將原料預熱，又可節約冷卻介質。另外，為保持塔的操作穩定性，流程中除用泵直接送入塔內，原料也可采用高位槽送料，以免受泵操作波動的影響。塔頂冷凝器裝置可采用全凝器、分凝器-全凝器兩種不同的設置。工業上以采用全凝器為主，以便于準確控制回流比。塔頂分凝器對上升的蒸汽有一定的增濃作

10、用，若后續裝置用氣態物料。則宜用分凝器。總之，確定流程時，要較全面、合理地兼顧設備費用、操作費用、操作控制及安全諸因素。2、操作壓力的選擇蒸餾過程按操作壓力不同分為常壓蒸餾、減壓蒸餾和加壓蒸餾。一般，除熱敏性物系外，凡通過常壓蒸餾能達到分離要求，并能用江河水或循環水將餾出物冷凝下來的物系，都應采用常壓蒸餾；對熱敏性物系或者混合物泡點過高的物系，則宜采用減壓蒸餾；對常壓下餾出物的冷凝溫度過低的物系，需提高塔壓或者采用深井水、冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態的必須采用加壓蒸餾。本次課程設計的分離體系是甲醇-水體系，采用常壓操作。3、進料狀況的選擇 蒸餾操作有5種進料狀況，進料狀況不同，會影響塔內

11、各層塔板的氣、液相負荷。工業上多采用接近泡點的液體進料和飽和液體（泡點）進料，通常用釜殘液預熱原料。若工藝要求減少塔釜的加熱量，以避免釜溫過高，料液產生聚合或結焦，則應采取氣態進料。本次課程設計中采取泡點進料的進料方式。4、加熱方式的選擇蒸餾大多采用間接蒸汽加熱，設置再沸器。有時也可采用直接蒸汽加熱，例如蒸餾釜殘夜中的主要組分是水，且在低濃度下輕組分的相對揮發度較大時（如乙醇和水的混合液）宜用直接蒸汽加熱，其優點是可以利用壓力較低的加熱蒸汽以節省操作費用，并省掉間接加熱設備。但由于直接蒸汽的加入對釜內溶液起一定的稀釋作用，在進料條件和產品純度、輕組分收率一定的前提下，釜液濃度相應降低，故需要在

12、提餾段增加塔板已達到生產要求。本次課程設計的分離體系是甲醇-水體系，我們采用間接蒸汽加熱的加熱方式。5、回流比的選擇回流比是精餾操作的重要工藝條件，其選擇原則是使設備費用和操作費用之和最低。如下圖。圖1-1 最佳回流比圖而在本次課程設計中，我們借助Aspen化工模擬軟件，通過其軟件包內的簡捷設計模塊（DSTWU）進行設計計算。設計中，給定相應的設計參數，通過模擬計算，最終計算出不同理論板數下的回流比，并繪制出回流比-理論板數關系曲線。在曲線斜率絕對值較小的區域選擇最佳回流比。（二）塔板的類型與選擇 1、泡罩塔泡罩塔是19世紀初隨工業蒸餾建立而發展起來的，屬于最早流行的結構。塔板上的主要部件是泡

13、罩。它是一個鐘形的罩，支在塔板上，其下沿有長條形或橢圓形小孔，與板面保持一定距離。罩內覆蓋著一段很短的升氣管，升氣管的上口高于罩下沿的小孔或齒逢。塔板下方的氣體經升氣管進入罩內之后，折向下到達罩管之間的環形空隙，然后從罩下沿的小孔或齒逢分散成氣泡而進入板上的液層。泡罩塔操作穩定，操作彈性好，能正常操作的最大負荷與最小負荷之比達45。但是，由于它的構造比較復雜，造價高，阻力（變現為氣體通過每層板的壓降）亦大，而氣、液通量和板效率卻比其他類型板式塔為低，已逐漸被其他型式的塔所替代。然后，由于它的使用歷史長，對它研究得比較充分，設計數據也積累得較為豐富，故要求可靠性高的場合中仍在使用。2、篩板塔篩板

14、與泡罩的差別在于取消了泡罩與升氣管，而直接在板上開有很多小直徑的孔篩孔。操作時氣體通過小孔上升，液體則通過降液管流到下一層板。分散成泡的氣體使板上液層形成強烈湍動的泡沫層。篩板塔結構簡單，制造維修方便，造價低，板上液面落差小，氣體壓降低，生產能力較大，相同條件下生產能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點是穩定操作范圍窄，篩孔易堵塞，不適宜處理粘性大的、易結焦的和帶固體粒子的物料。但設計良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板。 3、浮閥塔浮閥塔板是在泡罩塔板和篩板塔板的基礎上發展起來的，它吸收了兩種塔板的優點。其結構特點是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個

15、可以上下浮動的閥片。氣體從浮閥周邊水平地進入塔板上的液層，浮閥可根據氣流流量的大小而上下浮動，自行調節。浮閥的類型很多，國內常用的有F1型、V-4型及T型等，其中以F1型浮閥應用最為普遍。浮閥塔板的優點是結構簡單、制造方便、造價低；塔板開孔率大，生產能力大；由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大；因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時間較長，故塔板效率較高。其缺點是處理易結焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結；在操作過程中有時會發生閥片脫落或卡死等現象，使得塔板效率和操作彈性下降。在本次“精餾塔設計”中，綜合考慮利弊，選擇了篩板塔。二、板式精餾塔的設計計算（一）精餾塔全塔物料衡算F：進料量，

16、：原料中甲醇的含量（摩爾分數，下同）D：塔頂產品流量， ：塔頂輕組分組成W：塔底殘夜流量， ：塔底輕組分組成原料中甲醇含量：塔頂產品中甲醇含量：塔底殘夜中甲醇含量： 塔頂產品流量： 物料衡算式：聯立方程求解： （二）回流比和塔板數的確定（Aspen簡捷模塊設計計算） 通過ASPEN化工模擬軟件中的簡捷模塊（DSTWU）對精餾塔進行簡捷計算，根據給定的加料條件和分離要求計算最小回流比、最小理論板數、理論板數和加料板位置。1、建立流程圖:建立如圖2-1所示的DSTWU模塊流程圖圖2-1 模塊流程圖2、輸入組分：輸入組分甲醇（CH3OH）和水（H2O），如圖2-2所示圖2-2 組分輸入頁面圖3、選擇

17、物性方法：選擇物性方法NRTL-RK，如圖2-3所示圖2-3 物性方法選擇4、輸入進料條件：壓力125kPa，流率0.4335kmol/s,摩爾組成：甲醇0.2727，水0.7273，如圖2-4所示圖2-4 進料條件輸入5、輸入模塊參數： 本次課程設計中，甲醇為輕關鍵組分，水為重關鍵組分。根據產品純度要求，計算塔頂輕關鍵組分的回收率（即塔頂甲醇回收率）以及塔頂重關鍵組分的回收率（即塔頂水回收率），計算公式如下： 塔頂甲醇回收率：塔頂水回收率： 回流比（Reflux ration）中輸入“-1.5”，表示實際回流比是最小回流比的1.5倍。塔頂冷凝器壓力項輸入105kPa,塔底再沸器壓力項輸入12

18、5kPa.如圖2-5所示。圖2-5 模塊參數輸入6、運行模擬 在Summary頁面可看到計算出的最小回流比為1.01332，最小理論板數為8（包括全凝器和再沸器），實際回流比為1.5198，實際理論板數為15，進料位置為第9塊塔板，塔頂產品與進料摩爾流率為0.282352。如圖2-6所示。圖2-6 模擬運行結果（三）靈敏度分析 繪制回流比與塔板數的關系曲線，從曲線上找到期望的回流比以及塔板數。同時，研究加料板位置對產品的影響，確定合適的加料板位置。 1、生成回流比隨理論板數變化表：輸入初始值4，終止值40，變化量1，如圖2-7所示。得到回流比隨理論板數變化表，如圖2-8所示。圖2-7 初始值、

19、終止值輸入圖2-8 回流比隨理論板數變化表 2、繪制回流比與理論塔板數關系曲線 根據圖2-8中的回流比隨理論板數變化表，繪制出回流比與理論板數關系曲線，如圖2-9所示。在曲線斜率絕對值較小的區域選擇合理的理論板數。圖2-9 回流比與理論塔板數關系曲線根據圖2-9中的曲線，選取24塊塔板作為合理的塔板數。3、運行模擬將上一步驟中所得到的最佳塔板數（24塊塔板）作為設定條件，重新進行模擬計算。如圖2-10所示。得到在Summary頁面可看到計算出的最小回流比為1.01332，最小理論板數為8（包括全凝器和再沸器），實際回流比為1.10914，實際理論板數為24，進料位置為第14塊塔板，塔頂產品與進

20、料摩爾流率為0.282352。如圖2-11所示。圖2-10 參數輸入圖2-11 模擬計算結果（四）用詳細計算模塊（RadFrac）進行計算 用Aspen模擬軟件中的RadFrac模塊進行精確計算，通過設計規定（Design Specs）和變化（Vary）兩組對象進行設定，檢驗計算數據是否收斂，計算出塔徑等主要尺寸。1、輸入嚴格法精餾參數輸入嚴格法模塊參數，塔板數24塊、回流比為1.10914、塔頂采出比0.28235，如圖2-12所示 。 圖2-12 輸入嚴格法精餾參數第14塊板進料，默認D從第一塊板液相采出，W從第24塊板液相采出，如圖2-13所示。圖2-13 定義進料位置塔頂壓力105kP

21、a、全塔壓降20kPa,壓力配置如圖2-14所示。圖2-14 輸入流股參數2、運行模擬，查看模擬結果。模擬結果如圖2-15所示。圖2-15 運行模擬結果3、進行設計規定 進入設計規定頁面如圖2-16所示。圖2-16 設計規定頁面定義第一個設計規定和第一個操縱變量。定義塔頂輕組分質量分數為0.98，定義過程如圖2-17 所示。圖2-17 定義設計規定和操縱變量在水、甲醇選擇甲醇（因為0.98是甲醇的回收率），如圖2-18所示。圖2-18圖2-18 輸入組分信息選擇塔釜物流W和塔頂物流D中選擇塔頂物流D（因為塔頂回收率是塔頂物料相對于進料F而言），如圖2-19所示。圖2-19 定義流股定義第二個設

22、計規定和第二個操縱變量。定義塔底輕組分質量分數為0.0002，定義過程如圖2-20、圖2-22所示。圖2-20 定義設計規定和操縱變量在水、甲醇選擇甲醇（因為0.0002是甲醇的回收率），如圖2-21所示。圖2-21 定義流股選擇塔釜物流W和塔頂物流D中選擇塔頂物流D（因為塔底回收率是塔底物料相對于進料F而言），如圖2-22所示。圖2-22 定義流股4、設置調節變量 進入第一個調節變量設置，回流比在1-3范圍，如圖2-23 所示。圖2-23 設置第一個調節變量進入第二個調節變量設置，餾出與進料量比在0.2-3范圍，如圖 2-24所示。圖2-24 設置第二個調節變量回到Vary第一項，查看回流比

23、實際結果為1.05769，如圖2-25所示。圖2-25 回流比實際結果回到Vary第二項，查看餾出與進料量比實際結果為0.282515，如圖2-26所示。圖2-26 餾出與進料量比三、塔和塔板主要工藝尺寸計算（一）塔徑 在Aspen化工模擬軟件中，通過塔板設計（Tray sizing）計算給定板間距下的塔徑.在Specification表單中輸入該塔段（Trayed section）的起始塔板（Starting stage）和結束塔板（Ending stage）、塔板類型（Tray type）、塔板流程數（Number of passes）以及板間距（Tray spacing）等幾何結構參數。

24、1、輸入塔板的幾何結構參數在Specification表單中輸入該塔段（Trayed section）的起始塔板為2，結束塔板為23，塔板類型為sieve,塔板流程數為1，板間距為0.5米。如圖3-1和圖3-2所示。圖3-1 輸入塔板幾何參數圖3-2 輸入塔板幾何參數2、運行模擬 對上一步中的結構參數進行模擬運行后，得到塔徑為2.32767米，溢流堰長度為1.88759米。結果如圖3-3、圖3-4、圖3-5所示。圖3-3 運行模擬結果（1）圖3-4 運行模擬結果（2）圖2-30圖3-5 運行模擬結果（3）圖2-28 3、輸入圓整后的塔板幾何結構參數圖3-6 輸入圓整后的塔板幾何結構參數計算塔板

25、的熱負荷，對上一步中的計算結果（塔徑）按設計規范要求進行必要的圓整，用RadFrac模塊的Tray Rating, 對塔進行設計核算。將塔徑2.32767米圓整到2.4米。輸入頁面如圖所示。圖3-7 輸入塔板幾何參數圖3-8 輸入塔板幾何參數圖3-9 輸入塔板幾何參數4、模擬運行 模擬運行后結果如圖3-10、圖3-11所示圖3-10 模擬結果（1）圖3-11 模擬結果（2）上圖中兩個參數十分重要，Maximum flooding factor要小于0.8，Maximum backup / Tray spacing要在0.25-0.5之間，圖中限制兩個值都是符合標準的，說明模擬中所設參數合理。各

26、塔板結構參數如圖3-12、圖3-13所示。圖3-12 各塔板參數（1）圖3-13 各塔板參數（2）（二）溢流裝置 采用單溢流、弓形降液管、平形受液盤及平形溢流堰，不設進口堰。圖3-14 溢流裝置示意圖1、精餾段（1）溢流堰長由圖3-16中的模擬結果可知，溢流堰長為1.88米圖3-15 溢流堰長圖3-16溢流堰長模擬結果（2）出口堰高 查液流收縮系數計算圖，（3）降液管的寬度 和截面積由模擬數據可知：液體在降液管中停留時間： 符合要求。（4）降液管底隙高度2、提餾段（1）溢流堰長由圖3-17中的模擬結果可知，溢流堰長為1.77米圖3-17 溢流堰長圖3-18 溢流堰長模擬結果（2）出口堰高查液流

27、收縮系數計算圖，（3）降液管的寬度 和截面積 由模擬數據可得： 液體在降液管中停留時間： 符合要求。（4）降液管底隙高度（三）塔板布置取邊緣區寬度 安定區寬度 依公式計算有效面積其中：（四）篩孔數目與開孔率取篩孔的孔徑 ，正三角形排列，一般碳鋼的板厚 ， 取 ，故孔中心距 塔板上的開孔率則每層塔板上的開孔面積 為：塔板上的篩孔數: 氣體通過篩板的氣速： （五）塔的有效高度Z塔板間距取：0.5精餾段 ： 提餾段 ：（六）塔的實際高度的計算塔的高度可由下式計算HP塔頂空間（不包括頭蓋部分） HT板間距 hT人孔處板間距 HW塔底空間塔頂空間： ，取2倍得塔底空間：已知實際塔板數為N=50塊，板間距

28、為0.50m，每隔7塊板設一人孔，人孔直徑480mm，深處塔體的筒體長220mm人孔中心距操作平臺100mm，人孔處板間距800mm 四、篩板的流體力學計算（一） 氣體通過篩板壓降相當的液柱高度 根據公式 1、 干板壓降相當的液柱高度 因為 查圖可知干篩孔的流量系數 精餾段： 提餾段： 2、氣流穿過板上液層壓降相當的液柱高度 精餾段：查的取液板上液層充氣系數 提餾段：查的取液板上液層充氣系數 3、克服液體表面張力壓降相當的液柱高度 精餾段： 提餾段：單板壓強降： 故在設計負荷下精餾段和提餾段不會產生過量漏液。（二） 霧沫夾帶量 的驗算精餾段：故在設計負荷下精餾段不會發生過量霧沫夾帶。提餾段：故

29、在設計負荷下提餾段不會發生過量霧沫夾帶。（三） 漏液計算 精餾段：故在設計負荷下精餾段不會產生漏液。 提餾段：故在設計負荷下提餾段不會產生漏液。（四） 液泛驗算為了防止降液管液泛的發生，要使降液管中液體高度 其中： 取 ，則 因為 故 在設計負荷下精餾段不會發生液泛。 取 則 故 在設計負荷下提餾段不會發生液泛。根據以上的塔板的各項流體力學驗算，精餾塔各項工藝尺寸是合適的。五、塔板的負荷性能圖（一）精餾段：1、霧沫夾帶線（1）根據公式 式中： 取值為： 取霧沫夾帶極限 為0.1kg液/kg氣，已知 帶入公式得：整理得： 在操作范圍內，取幾個 值，算出相應的 列于下表中。0.0030.0080.

30、010.029.81299.57569.49639.1593根據數據在 圖中做出霧沫夾帶（1）。2、液泛線（2）根據公式 近似取值 故 由式在操作范圍內，取幾個 值，算出相應的 列于下表中。0.0030.0080.010.0214.8914.612614.4312.94523、液相負荷上限線（3）取液體在降液管中停留時間 為作為液體在降液管中停留時間的下限， 液相負荷下限線在 坐標圖上為與氣體流量無關的垂直線，即為液相負荷上限線。4、漏液線（氣相負荷下限線）（4） 在操作范圍內，取幾個 值，算出相應的 列于下表中。0.0030.0080.010.022.62662.42432.35281.69

31、325、液相負荷下限線（5）取平堰、堰上液層高度 作為液相負荷的下限條件，則 依此值在圖上作出線即為液相負荷下限線。將以上5條線繪制于同一張圖中，即為精餾段負荷性能圖，如圖5-1所示。5條線包圍區域為精餾段塔板操作區，P為操作點，OP為操作線。OP線與線（1）的交點為氣相負荷 ，OP線與氣相負荷下限線（4）的交點為氣相負荷 。圖5-1 精餾段負荷性能圖（二）提餾段：1、霧沫夾帶線（1）根據公式 式中： 取值為： 取霧沫夾帶極限 為0.1kg液/kg氣，已知 帶入公式得：整理得： 在操作范圍內，取幾個 值，算出相應的 列于下表中。0.0030.0080.010.0210.9410.678410.

32、589910.2139根據數據在 圖中做出霧沫夾帶（1）。2、液泛線（2） 根據公式：近似取值 故 由式在操作范圍內，取幾個 值，算出相應的列于下表中。0.0030.0080.010.0215.225414.448114.132712.26653、液相負荷上限線（3）取液體在降液管中停留時間為 作為液體在降液管中停留時間的下限，液相負荷下限線在 坐標圖上為與氣體流量無關的垂直線，即為液相負荷上限線。4、漏液線（氣相負荷下限線）（4）在操作范圍內，取幾個 值，算出相應的 列于下表中。0.0030.0080.010.023.27953.45383.51013.73395、液相負荷下限線（5）取平堰

33、、堰上液層高度 作為液相負荷的下限條件，則 依此值在圖上作出線即為液相負荷下限線。將以上5條線繪制于同一張圖中，即為提餾段負荷性能圖，如圖5-2所示。5條線包圍區域為提餾段塔板操作區，P為操作點，OP為操作線。OP線與線（1）的交點為氣相負荷 ，OP線與氣相負荷下限線（4）的交點為氣相負荷 。圖5-2 提餾段負荷性能圖圖5-2六、附屬設備設計及接管尺寸（一）冷凝器的選擇有機物蒸汽冷凝器設計選用的總體傳熱系數一般范圍為取傳熱系數K：料液溫度：65.99（飽和氣）65.99（飽和液）冷卻水溫度：2045逆流操作：查液體的氣化潛熱圖，可知塔頂溫度65.99下，甲醇的氣化潛熱：水的氣化潛熱：傳熱面積：

34、水流量： 冷凝器中列管取 流速取 。管數： 管長： 取管心距為 選用6m長的的列管，單管程；折流板采用弓形折流板，板間距取200mm根據以上計算選型為：（二）再沸器的選擇選用120飽和水蒸汽加熱，傳熱系數取料液溫度：105.73105.994，熱流體溫度：150150逆流操作： 查液體的氣化潛熱圖，可知塔底溫度105.99下，甲醇的汽化潛熱：水的汽化潛熱：換熱面積：根據以上計算選型為：（三）泵的選擇圖6-1 模擬流程圖 Aspen模擬過程及結果如圖5-2、圖5-3所示：圖6-2 模擬結果（1）圖6-3 模擬結果（2）根據模擬結果，選型為 （四）接管尺寸1.進料管泡點進料，泡點溫度 查甲醇、水密

35、度與溫度關系圖可知泡點溫度下 進料體積流量： 取管內流速為2m/s，則進料管管徑：，查熱軋無縫鋼管規格表，選擇規格為 的熱軋無縫鋼管此時管內流體流速2. 釜液出口管釜液，由前計算可知出料溫度 ，所以則體積流量取塔液出塔的速度 則出料管管徑，查熱軋無縫鋼管規格表，選擇規格為 的熱軋無縫鋼管。此時管內流體流速3. 回流管塔頂由前計算知流液溫度 ，則其體積流量： 取回流液的速度 則回流管管徑 查熱軋無縫鋼管規格表，選擇規格為 的熱軋無縫鋼管此時管內流體流速4. 塔頂蒸汽出口取流速為20m/s，查GB無縫鋼管規格表，選擇規格為 無縫鋼管此時管內流體流速 5.塔釜蒸汽進氣口管徑取流速為20m/s，查GB

36、無縫鋼管規格表，選擇規格 無縫鋼管（五）法蘭、封頭、裙座等1、法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標準管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應法蘭。進料管接管法蘭：PN0.6DN100HG20592塔釜出料管法蘭：PN0.6DN100HG20592回流管接管法蘭：PN0.6DN100HG20592塔頂蒸汽出口管法蘭：PN0.6DN400HG20592塔釜蒸汽進氣管法蘭：PN0.6DN600HG205922、封頭封頭分為橢圓形封頭、蝶形封頭等幾種，本設計采用橢圓形封頭，為方便焊接，取厚度12mm。3、筒體厚度 Q235在120左右的許用應力為：公稱直徑塔體焊接接頭系數，采用雙面對接焊，局部無損傷

37、，查得的取厚度為12mm。4、裙座塔底采用裙座支撐，裙座的結構性能好，連接處產生的局部阻力小，所以它是塔設備的主要支座形式。為制作方便，裙座一般采用圓形，由于裙座內徑1800mm，故裙座壁厚取12mm基礎環內徑： 基礎環外徑： 圓整： , 基礎環厚度，考慮到腐蝕余量取18mm；考慮到再沸器，裙座高度取3m，地角螺栓直徑取M56。5、吊柱對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設置吊柱，對于補充和更換填料、安裝和拆卸內件，既經濟又方便的一項實施，一般取15m以上的塔物設吊柱，本設計中塔高度較大，因此設吊柱。本設計塔徑D=2200mm，可選用吊柱500kg。S=1800mm，L=4250mm,H=12

38、50mm。材料為Q235A。6、人孔人孔是安裝或檢修人員進出塔的唯一通道，人孔的設置應變于進入任何一層塔板，由于設置人空處塔間距離大，且人孔設備過多會使制造時塔體的彎曲度難以達到要求，一般每隔塊板才設一個人孔，本塔中共50塊板，設置個8人孔，每個孔直徑500 mm,在設置人孔處，板間距為1000mm.裙座上應開2個人孔，直徑為500 mm,人孔伸入塔內部應與塔內壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同。（六）強度設計1、質量載荷計算塔體質量：裙座質量：人孔、法蘭、接管等質量：內構件質量： （注：塔內有50塊篩板，每塊板厚度為3mm）保溫層質量: （注：取保

39、溫層厚度為100mm，密度為300Kg/m3）平臺質量：操作時塔內物料質量： 充滿水時的質量：操作質量：2、塔體各段風力計算 將塔分成4段，每段10米其中空氣動力系數 風震系數 基本風壓假定在安慶郊區建廠，則 如下: 0-10m 10-20m 20-30m 其中籠式扶梯擋風的當量寬度：操作平臺擋風的當量寬度：塔體各段風力:3-10m：10-20m：20-30m：30-36.954m：3、風彎矩 截面劃分為00截面為裙座底部截面，11截面為塔體底部截面。 1-1截面彎矩：式中： -塔體1-1截面到標高10m處的距離-對應于 段的風力0-0截面彎矩：式中：-裙座底部到標高10m處的距離-對應于 段的風力4、地震載荷的計算 （1）塔的自震周期其中：H-塔的總高度，mmm0-塔在操作時的總質量，kge-塔殼的有效壁厚，mmDi-塔殼內徑，mmE-塔壁材料的彈性模量，MPa（2）地震載荷的計算查得地震烈度為7時，地震影響系數的最大值類場地上：確定危險截面：00截面為裙座底部截面，11截面為塔體底部截面。由于是立式設備，所以取結