q=0,过热蒸气:
q<0。
对于低温干馏,不论D/F(塔顶出料量/进料量)值如何,采用较高的q值为经济;对于高温精馏,当D/F值大时宜采用较小的q值,当D/F值小时宜采用q值较大的气液混合物。
此处已设为q=1
(3)加热方式
蒸馏一般采用简洁蒸气加热,设置再废器,但对塔底产物基本是水,且在低浓度是的相对挥发度较大的体系,也可采用直接蒸气加热。
但由于直接蒸气的加入,对釜内溶液起到一定稀释作用,在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下,釜液浓度相应降低,故需在提馏段增加塔板以达到生产要求。
(4)回流比的选择
由于回流比的大小不仅影响到所需理论板数,还影响到加热蒸气和冷却水的消耗量,以及塔板、塔径、蒸馏釜和冷凝器的结构尺寸的选择,因此,适宜回流比的选择是一个很重要的问题。
R=1.2Rmin
2甲醇精馏生产工艺设计与计算
2.1物料衡算
精馏装置图2-1
已知:
=30.23kg/kmolM甲醇=32.04kg/kmolM水=18.02kg/kmol
进料流量F=Ws=73734.6kg/h甲醇的质量分率Wt=87%水的质量分率Wt=13%摩尔分率单位:
%
进料的摩尔流量F=
=73734.6/30.23=2439.1201kmol/h
甲醇的摩尔分率
Xf=((87×73734.6/100)/32)/2439.1201=0.82
D=966.2289kmol/hW=1552.1203kmol/hXw=0.67
根据物料衡算方程F=D+W
F×Xf=D×XD+W×Xw
计算出2439.1201×0.82=966.2289×XD+1552.1203×0.67XD=0.994
进料温度tF(1000kpa)tF=107.2°C取泡点进料q=1
塔顶温度为tD=128.1°C
在tF=107.2°C温度下,根据安托因公式计算出甲醇和水的饱和蒸气压,注:
水的安托因常数为A=7.1827B=1722.632C=232.7987
LgP°=A—
式中P°------饱和蒸气压,Kpat-------物系温度,°C
代入数据中,得水的饱和蒸气压P°B=130.652kpa
甲醇的安托因常熟为A=18.5875B=3626.55C=-34.29
LnP°=A—
式中P°------饱和蒸气压,mmHgT-------物系温度,K
代入数据得,甲醇的饱和蒸气压P°A=442.77kpa
2.2回流比确定
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。
做图法求最小回流比
α=P°A/P°B=442.77/130.652=3.39
Rmin=XD—Yq/Yq—Xq=994—933.5818/933.5818—820=0.5319
操作回流比可取为最小回流比的1.1~2.0倍,所以取R=1.2Rmin=1.2×0.5319=0.6383
所以,回流比确定为R=0.6383
L=R×D=0.6383×966.2289=617.0337kmol/h
L'=L+q×F=617.0337+1×2439.1201=3056.1538kmol/h
V'=V=1583.2626kmol/h
2.3理论塔板数计算
精馏段操作线方程为y=
x+XD/R+1
截距:
XD/R+1=
=0.6067
连接(XD,XD),(0,XD/R+1)与q线交于d点,连接(Xw,Xw)与d点,得到提馏段操作线,然后,由平衡线与操作线可得精馏塔理论板数,但由于Xw极小,利用作图法画出理论板数,如图所示,梯级数为12块。
因为塔底设有再沸器,所以精馏塔理论半数要比梯级数少1,所以精馏塔理论板数为11块,精馏段为10块,提馏段为1块。
3精馏设备图简介
精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。
塔设备的类型根据塔内气液接触部件的结构形式,可分为板式塔和填料塔两大类。
图1—带中间再沸器和中间冷凝器的精馏塔
板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备,由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。
广泛应用于精馏和吸收,有些类型(如筛板塔)也用于萃取,还可作为反应器用于气液相反应过程。
操作时(以气液系统为例),液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出;气体在压力差推动下,自下而上依次穿过各层塔板,至塔顶排出。
每块塔板上保持着一定深度的液层,气体通过塔板分散到液层中去,进行相际接触传质。
图2—板式塔的结构
1—塔壳体;2—塔板;3—溢流堰;
4—受液盘;5—降液管
填料塔是一类用于气液和液液系统的微分接触传质设备,主要由圆筒形塔体和堆放在塔内对传质起关键作用的填料等组成,用于吸收、蒸馏和萃取,也可用于接触式换热、增湿、减湿和气液相反应过程。
由塔体、填料、填料的压板和支承板、液体分布器和液体再分布器等组成。
图3—填料塔的结构示意图
1—塔壳体;2—液体分布器;3—填料压板;4—填料;
5—液体再分布装置;6—填料支撑板
再沸器用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔,使塔内汽液两相间的接触传质得以进行。
小型精馏塔的再沸器,传热面积较小,可直接设在塔的底部,通称蒸馏釜。
大型精馏塔的再沸器,传热面积很大,与塔体分开安装,以热虹吸式和釜式再沸器最为常用。
热虹吸式再沸器是一垂直放置的管壳式换热器。
液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化,由在壳程内的载热体供热。
图4—垂直人热虹吸式再沸器
冷凝器用以将塔顶蒸气冷凝成液体,部分冷凝液作塔顶产品,其余作回流液返回塔顶,使塔内汽液两相间的接触传质得以进行。
最常用的冷凝器是管壳式换热器。
小型精馏塔的冷凝器可安装在精馏塔顶部;大型的冷凝器则单独安装,并设有回流槽,回流液用泵送至塔顶。
总结
在石油炼制石油化工和其他化工生产中,精馏塔是应用极为广泛的传质过程。
其目的是使混合液中的各组分进行分离,使之达到规定的纯度。
精馏塔过程要消耗能量,根据相关数据表明,在石油化工行业的总能耗中,大约有40%一50%消耗在精馏塔过程。
因此可以说精馏塔装置是耗能最大的单元之一。
此外,精馏塔是一个典型的多输入多输出对象,它的通道很多,动态响应缓慢,内在机理复杂,参数间相互关联,各塔的工艺结构千差万别,且对控制要求不断提高。
因此精馏塔的控制极为重要。
参考文献
[1]宋维端,甲醇工学,化学工业出版社。
[2]葛婉华,化工计算,化学工业出版社。
[3]汪镇安,化工工艺设计手册,化学工业出版社。
[4]化工原理(上册),姚玉英主编,天津科学技术出版社。
[5]化工原理(下册),姚玉英主编,天津科学技术出版社。
[6]化工原理课程设计,天津大学化工原理教研室编。
甲醇精馏工艺流程图
甲醇精馏工艺流程图