《2万吨甲醇精馏蒸发》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2万吨甲醇精馏蒸发（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章物料衡算3.1 精馏塔的物料计算3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量： MA=30.02kmolkg/水的摩尔质量： MB=18.02kmolkg/进料：6404.0 02.18/24.004.32/76.004.32/76.0 Fx塔顶：0.99/32.040.98230.99 /32.040.01/18.02Dx塔底：0.001/ 32.040.00060.001/ 32.040.999 /18.02Wx3.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量进料： MF=0.640432.0 4（1-0.6404 ）18.02=27. 00kmolkg /塔顶： MD
2、=0.982332.04（ 1-0.9823 ）18.02=31.79kmolkg /塔底： MW=0.000632.04（ 1-0.0006 ）18.02=18.03kmolkg /3.1.3 物料衡算本次设计甲醇精馏蒸发的年产量为2 万吨/ 年，生产时间以 8000 小时计hkmolD/64.7879.318000100020000由于WDFwDFWxDxFxhkmolxxxxDFWFWD/66.1200006.06404.0/0006.09823.0)/()(hkmolDFW/02.4264.7866.120F=120.66Kmol/h甲醇0.6404 水 0.2596D 甲醇 0.99
3、 水 0.01W 甲醇 0.001 水 0.999图 3-1 精馏塔物料衡算示意图计算结果列入表 3-1 表 3-1 精馏塔物料衡算表组分塔顶塔底进料摩尔流量（ kmol/h ）78.64 42.02 120.66 3.1.4 回流比的计算q值的确定rprHMttMCHM q)(21=rpHttC)( 121根据化工工艺设计手册知：kgkjkgkcalCp/926.2/7.0kmolkgmolkJmolkJHr/32)/65.35(/65.35= molkJ /8.1140010.18.1140)6064(926.21q1q 物料为泡点进料。即Fqxx画出平衡曲线根据表 2-7 甲醇 -水的气
4、液平衡数的计算数据，画出温度-组成曲线如下图 3-2、气液平衡曲线如下图3-3 所示0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.06065707580859095100105tX / Y t-X t-Y 图 3-2 甲醇水的t-x-y图0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0YX 图 3-3 甲醇水的x-y 图最小回流比和操作回流比的求取由于泡点进料，64.0Fqxx作直线 x=0.64 与平衡线交于一点，由该点纵坐标可读得855.0qy，因此，591.0640.0855.0855.
5、0982.0 min qqqDxyyxR因为 R/Rmin在 1.1-2.0的范围内取值，取 R/Rmin=1.5 故得操作回流比： R=0.8865 L=RD，R 为回流比则，L=0.8865 D=0.8865 78.64=69.71hkmol /V=（78.64+69.71）/0.99=9149.84hkmol /3.2 全凝器的物料衡算冷凝器的物料衡算示意图，如图3-4。列冷凝器的总物料衡算式V=D+L 由于尾气的量较小（一般0.5%）在衡算中可先忽略不计VLD总物料衡算 V=L+D+1%V （其中 1%V 为尾气，尾气有独自的水冷凝与盐冷凝系统，但由于量太少，此处不作讨论。 ）LD=7
6、8.64kmol/h 40 C 甲醇 0.9823冷凝水 25 CV 64 C 甲 醇0.982332 C图 3-4 全凝器的物料衡算示意图冷凝器总物料衡算式： V=L+D 式中 L=RD R 为回流比，经计算取R=0.8865。则：L=0.8865D=0.886578.64=69.71 kmol/h V=78.64+69.71=149.84kmol/h 计算结果列入下表组分进冷凝器回流产出摩尔流量（ kmol/h）149.84 69.71 78.64 摩尔分数% 甲醇0.9823 0.9823 0.9823 水0.0177 0.0177 0.0177 考虑尾气损失，取进全凝器蒸汽的0.5%，
7、即：V尾气1=0. 5%VS=0.005149.84=0.749 kmol/h 则 出全凝器的甲醇液的摩尔流量为L1= VS-V尾气1=149.84-0.749=149.09 kmol/h 3.3 再沸器的物料衡算再沸器的物料衡算示意图，如图3-5。进蒸汽 0.7 MPa废 水釜液 110C图 3-5 再沸器物料衡算示意图所需的低压蒸汽用量可由热量衡算求得。3.4 其他设备的物料衡算3.4.1缓冲罐的物料衡算考虑尾气损失，取进全凝器蒸汽的0.5%，即：V尾气2=0.5%L1=0.005149.09= 0.745kmol/h 则 出缓冲罐甲醇液的摩尔流量为L2= L1-V尾气2=149.09-0
8、.745=148.35 kmol/h 实际的甲醇产品的摩尔流量为hkmolRLDS/64.7818865.035.14812化为体积流量为hmMDVDDS/18.37.75879.3164.783 实际产量实际的回流摩尔流量为hkmolDRSS/71.6964.788865.08865.0缓冲罐体积估算取缓冲时间为 24h，即该缓冲罐可以维持24 小时的产品供应。V 缓冲罐=（0.8865+1）3.1824=143.98m3 3.4.2 甲醇大贮坛的体积估算取贮藏时间为 24h，即该缓冲罐可以维持24 小时的产品供应。甲醇大贮坛的体积为V甲醇大贮坛=243.18=76.32 m3残液贮坛的体积
9、估算实际塔釜WS=42.02kmol/h 化为体积流量3797.095002.1802.42mMWVWWS W取贮藏时间为 24h，则 V残液贮坛=240.797=19.13m3粗甲醇大贮坛的体积估算实际进料的体积流量为396.38232766.120mMFVFFS F取贮藏时间为 24h，则粗甲醇大贮坛的体积为V粗甲醇大贮坛=243.96=95.04 m3第四章热量计算4.1 精馏塔的热量衡算计算基准：以小时产量（单位为kmol/h ）为基准。温度基准为0（热力学温度 273.15K，计算中涉及的温度为温差）。精馏塔的能量衡算示意图如图 4-1：QVQLQbQn =0.1QbQWQF120.
10、66kmol/h 60 C149.84 kmol/h 64 C69.71 kmol/h 40 C242.13 kmol/h 110 C4-1 精馏塔的能量衡算示意图：热平衡式： QF+QL+Qb=QV+QW+Qn式中： QF，QL，Qb，QV，QW均为显热 ,需要热容数据。计算中先按常压下求取,然后再进行压力校正。进料带入的热量 QF根据进料甲醇水溶液， tF=60，PF=1atm 查化学化工物性数据手册 （有机卷）得， CPF=3.5 kJ/kgK 进料甲醇水溶液的质量流量为GF=FMF=120.6627=13257.82 kg/h?tF=60-0=60 K ?HF=CPF?t=3.560=
11、210 kJ/kgQF=GFHF=3257.82210=684142.2 kJ/h 塔底产品带出的热量QW根据塔釜残液， ?tW=110-0=110K，P=1atm 查化学化工物性数据手册 （无机卷）得， CPW=4.2 kJ/kgK 塔釜残液的质量流量为GW=WMW=42.0218.03=757.62 kg/hHW=CPW?tW=4.2110=462 kJ/kg QW=GWHW=757.62462=350020.71 kJ/h 塔顶蒸汽带出的热量QV由已知， ?tV=64-0=64 K，P=1atm 查化学化工物性数据手册 （有机卷）得， CPV=3.8 kJ/kgK 塔顶蒸汽的质量流量为G
12、V=VMV=31.79149.84=4763.41 kg/hHV= CPV?tV=3.864=243.2 kJ/kgQV=GVHV=4763.41.57243.2=1158462.19 kJ/h 回流带入的热量 QL 根据回流液， ?tL=40-0=40K，P=1atm 查化学化工物性数据手册 （有机卷）得， CPL=2.8 kJ/kgK 回流液的质量流量为GL=LML=69.7131.79=2216.08kg/hHL=CPL?tL=2.840=112kJ/kgQL=GLHL=2216.08112=248201.06kJ/h 塔釜再沸器带入的热量Qb 设备向外界散发的热损失Qn热损失 Qn可由
13、传热速率方程计算，一般估算可取Qn=0.1Qb根据总能量衡算式：QF+QL+Qb=QV+QW+Qn 则，Qb=1.1（QV+QW-QL-QF）=1.1（1158462.19+350020.71-248201.06-684142.2 ）=640155.16kJ/h 4.2 再沸器的热量衡算再沸器的热量衡算示意图如图 4-2：热水蒸汽383KQ损失1Qb图 4-2 再沸器的热量衡算示意图再沸器总量衡算式： Qb= Q汽化-Q损失1式中Qb 再沸器的热负荷，单位kJ/h；Q汽化 高温水蒸汽的汽化潜热，单位kJ/h；Q损失1 再沸器的热损失，取Q汽化的 10%，单位 kJ/h。再沸器的热负荷 Qb由全
14、塔热量衡算已求出： Qb=640155.16kJ /h 蒸汽用量 G1查化学化工物性数据手册 （无机卷），得 T=383.15K，P=0.7MPa 下水的潜热r水=2175kJ/kg 由 Qb=Q汽化-Q损= G蒸汽r水-Q损1.1Qb=G蒸汽r水则，加热蒸汽的用量为hkgrQGb/76.323217516.6401551 .11.1水蒸汽4.3 冷凝器的热量衡算冷凝器的热量衡算示意图如图 4-3：Q尾气Q损失2QV 出313 KQV337KQ出水305KQ进水298K图 4-3 冷凝器的热量衡算示意图冷凝器总热量衡算式： QV-QV出-Q甲醇蒸汽=Q出水-Q进水-Q损失2式中QV，QV出，Q
15、出水 均为显热 ,需要热容数据， 计算中先按常压下求取 ,然后再进行压力校正；Q进水 Q进水=QD+QL；Q损失2 热损失，取总换热量的10%。4.3.1进冷凝器蒸汽的热量Qv 在精馏塔的热量衡算中已算出：QV= 1158462.19kJ/h 4.3.2出冷凝器产品的热量Qv出出冷凝器产品的质量流量为GV出=149.8431.79=4763.41 kg/h 出冷凝器产品的温度为 ?tV出=40-0=40 K 出冷凝器产品带走的热量QV出= GV出CPL?tV出=4763.412.8 40=533502.32 kJ/h 4.3.3尾气带走的热量Q尾气1 已知出冷凝器的尾气量为进冷凝器蒸汽量的0.
16、5%，则 Q尾气 1=0.5% QV=0.0051158462.19=5792.31kJ/h 4.3.4塔顶冷凝器的冷却负荷Qa=1.1（QV-QV 出-Q尾气）=1.1(1158462 。19-533502.32-5792.31) =681084.32 kJ/h 4.4 预热器的热量衡算预热器的热量衡算示意图如图 4-4：热水Q损失3高温蒸汽Q粗甲醇 333.15 KQF 343.65K图 4-4 预热器的热量衡算示意图预热器的热量衡算式为：QF-Q粗甲醇=Q汽化-Q损失 3式中QF，Q粗甲醇 为显热，单位 kJ/h ；Q汽化 加热蒸汽的汽化潜热，单位kJ/h ；Q损失 3热损失，取总换热量的10% ，单位 kJ/h ； 。4.4.1进预热器粗甲醇的热量进预热器粗甲醇的质量流量为G粗甲醇= GF =3257.82kg/h 由已知粗甲醇条件， ?t粗甲醇=25-0=25 K 查化学化工物性手册 （
