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1、第2章 精馏塔的设计计算2.1进料状况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 1.7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浮阀塔。矚從2.2加料方式和加料热状况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。2.3塔顶冷凝方式塔顶冷凝采
2、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。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟2.4回流方式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。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。2.5加热方式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。但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流有稀释作用 ，使理论板数增加，费用增加，间接蒸汽加热器
3、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。2.6工艺流程简介连续精馏装置主要包括精馏塔，蒸馏釜（或再沸器），冷凝器，冷却器，原 料预热器及贮槽等.原料液经原料预热器加热至规定温度后，由塔中部加入塔内.蒸馏釜（或再 沸器）的溶液受热后部分汽化，产生的蒸汽自塔底经过各层塔上升，与板上回流 液接触进行传质，从而使上升蒸汽中易挥发组分的含量逐渐提高，至塔顶引出后 进入冷凝器中冷凝成液体，冷凝的液体一部分作为塔顶产品，另一部分由塔顶引 入塔内作为回流液，蒸馏釜中排出的液体为塔底的产品。第3章设计方案的确定设计（论文）的主要任务及目标（1）设计要求年处理含甲醇50%（质量分数
4、）的甲醇与水混合液9万吨，每年按300天 计算。（每天24小时连续运转）原料组成：50%的甲醇和50%的水（质量分数）产品组成：产品含甲醇不低于95%，残液中含甲醇不高于2%。 当地压强：按照95kpa计算。（2）操作条件塔顶压强101.3kpa （表压）;进料热状况，自选；回流比，自选；塔釜加热蒸汽压力506kPa；单板压降不大于0.7kPa；塔板形式为浮阀塔。本设计任务为分离甲醇和水混合物。对于二元混合物的分离，本设计采用连 续操作方式的浮阀式精馏装置。本设计采用泡点进料，将原料液通过预热器加热 至泡点后送入精馏塔内，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分 回流至塔内，其余部分经
5、产品冷却器冷却后送入储罐。该物系属易分离物系，操 作回流比取最小回流比的1.6 倍,塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品冷却后送至 储罐。精馏塔的物料衡算3.1.1原料液及塔顶、塔釜甲醇的摩尔分数甲醇的摩尔质量 MA=32kg/kmol，水的摩尔质量MB=18kg/kmol原料液甲醇的摩尔分数:0.5/32f 一 0.5/32 + 0.5/18 0.36塔顶甲醇的摩尔分数:0.95/32D _ 0.95 / + 220,.198 4塔釜甲醇的摩尔分数:丁 册育 10/108113.1.2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量原料液产品的平均摩尔质量:塔顶产品的平均摩尔质量:塔釜产品的平均摩尔质量:M
6、= 0.36 x 32 + 0.64 x18 二 23.04FM = 0. 9 6 4DM = 0. 0 1対W320. 936二 1 83320. 9 8 9 二 1 813.1.3物料衡算原料处理量:F =9皿 31 = 542.2 4x 3 09) 2 3. 0 4总物料衡算:542.殳 3D + W甲醇物料衡算:5 4 2.9 30三36 D +964 W 0联立解得D = 2 1 1 .km o l / hW = 3 3 1.3 3n o l /h3.2塔板数的确定3. 2.1理论塔板数的求解甲醇一水属理想物系，可采用图解法求理论板层数。由手册查得甲醇一水物系的气液平衡数据（表3-1
7、），绘出x-y图，见图3-1。87.70.10.418780.2083表3-1甲醇-水物系气液平衡数据温度t (C)液相中的摩尔分数x气相中的摩尔分数y1000.000.00096.40.020.13493.50.040.23491.20.060.30489.30.080.36587.70.100.41884.40.150.51781.70.200.57978.00.300.66576.00.330.69275.30.400.72973.1t/0C摩尔5分数摩尔分数0.77971.20.60/y0.82569.31000.7000.87100067.696.4008020.1340.9192.
8、90.053166.093.5009040.2340.9590.30.076765.091.200姚0.3040.9788.90.092667.6on o。丿J1008-0.3651.0081.60.13153.2.1.1 回流比的确定4.40.150.51776.70.2818在图中对角线上，自点E牴36,0.06）79起做q线（泡点线）3该线与平衡覚3严线交点坐标为爲为.7，可得q线与平衡线的交点坐标1.3（xq,yq）为0.5292qq q73.10.50.779700.5937(0.36,0.7),则 71.2卡选块网0.60.825680.6849最小回流比为69.30.70.876
9、6.90.856267.60.80.91564.70.8741660.9R 0=8 776min1取回流比R=1.7R65=1.70.仿951.3190.9793.2.1.2操作线方程min111.2精馏段气液负荷V=(R+1)D=(1.319+1) 211.2=489.773kmol/hL二RD=1.319=278.573kmol/h提馏段气液负荷，由于泡点进料，q=1则489.773kmol/h精馏段操作线方程278.573+542.53=821.103 kmol/h提馏段操作线方程176.073335.278右 x 0.914 二 0525 x+0-434y二丄 x+ WxL- W V
10、w649.252314.016x +649.252 - 314.016335.278x 0.0113 二 1.937 x - 0.0113.2.1.3图解法确定理论塔板数由图3-1可知，总理论塔板数Nt为8块（包括塔釜），进料板位置Nf为自塔 顶数起第5块。3.2.2全塔效率及实际塔板数3.2.2.1全塔效率根据奥康奈尔经验式E = 0.49（仲）-0.245TL式中a 塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度，无因次量，量纲为1；卩一塔顶与塔底平均温度下的液相黏度，PasL查相关资料得甲醇-水物系的相对挥发度为二4.617 , r 二 0. 34 则计算得全塔效率E 二 0.49x(4.617 x0
11、.348)-0-245 二 0.437 二 43.7%,3.2.2.2实际塔板数精馏段实际塔板数N 4N = t =沁 10p E0.437提馏段实际塔板数丁实际总塔板数N = 17总30.437(不含塔釜)3.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算3.3.1操作压力每层板的压降 AP二0.7kPa塔顶操作压力 P二10 1. k3PaD进料板压力 P二1 0 1. 30x7壬0 kPaF塔底压力 P二1 0 1. 30x7丰7 kPaW精馏段平均压力 P二1 1卅1034.18Pa m2提馏段平均压力 P二1 0 8111 0 . am23.3.2操作温度x 一 xx 一x内插法-1 =1查
12、表1得t 一 tt 一t121进料板0. 3 1-5 0. 3 t - 7 8. 0_F进料板操作温度t二7 7. 0,F同理可得塔顶操作温度t二6 5.7D塔底操作温度9 9.93.3.3平均摩尔质量x二y二0.914,由平衡曲线得x二0.805D 11塔顶平均摩尔质量 M = 0. 9 14 32 壬1 0. 9 1 8kg3 0m012/V D mM= 0.805 1 8kg2792/V mM= 0.315 x 32 + (1-0.315) x18 = 22.412kg / kmolLF ,mx二0.0113，由平衡曲线得y二0.018W3塔底平均摩尔质量 M = 0. 0 1)8 32
13、 -1 0.1 8 1 8kg1 8.m202/VW, mM= 0.0114 x 32 + (1- 0.0114) x18 = 18.159kg / kmolLW ,m精馏段平均摩尔质量 M = 30.8227.1 4g7 km/olV ,m2提馏段平均摩尔质量M = 29.27 22.412 二 25.841kg / kmolL ,mM二V ,m227.4头21 8 =22522 8 7卑關1 20. 2kmol3.3.4液相和气相平均密度查相关资料得甲醇与水在个温度下的密度如表3-2。表3-2甲醇与水在各温度下的密度温度t (C)60708090100P 甲醇(kg/m3)751743734725716p(kg/m3)水983.2977.8971.8965.3958.43.3.4.1液相平均密度ABP +PLALB计算式丄PL ,m查表2数据运用内插法求塔顶液相平均密度P - 751a 二 743 - 751，解得
