设计计算<一>设计方案的确定本设计任务为分离甲醇 -水混合物对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程设计中采用泡点进料， 将原料液通过预加热器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， 其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐 该物系属易分离系， 最小回流比， 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， 塔底产品经冷却后送至储罐<二>精馏塔的物料衡算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量 M 甲醇 =32.04kg/ kmol 水的摩尔质量 M 水=18.02kg/kmol0.4 0.9997X F=X W =32.04=0.273X D=32.04=0.99470.40.60.99970.000332.04+32.04+18.0218.020.00532.04 =0.0028180.005+ 0.99532.04 18.022、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F=0.273 ×32.04+ （ 1 — 0.273 ） ×18.02=21.85kg/kmolMD=0.9947 ×32.04+(1 — 0.9947 ）×18.02=31.96kg/kmolMW =0.002818 ×32.04+(1 — 0.002818) ×18.02=18.06kg/kmol 3、物料衡算原料处理量： F= 2 10000000 =115.57 kmol/h330 24 21.85总物料衡算： F=D+W 115.57=D+W甲醇物料衡算： FX F=DX D+WX W 115.57 ×0.273=D× 0.9947+W× 0.002818联立解得 D=31.48kmol/h w=84.09kmol/h<三 >塔板数的确定1、理论板数的求取x①由 y= 1+( -1)x 及甲醇—水在不同温度下的汽—液平衡组成温度液相气相a温度液相气相a92.90.05310.28347.0581.60.20830.62736.490.30.07670.40018.0380.20.23190.64856.1188.90.09260.43537.55780.28180.67755.3586.60.12570.48316.577.80.29090.68015.18850.13150.54557.9376.70.33330.69184.4983.20.16740.55866.2976.20.35130.73475.1182.30.18180.57756.1573.80.4620.77564.0272.70.52920.79713.49680.77010.89622.5771.30.59370.81833.0866.90.87410.91941.64700.68490.84922.59am= 19 a1.a2.a3......a19=4.83得到相平衡方程x=4.83xy= 1+( -1)x1+3.83x因为泡点进料，所以 q=1且 Xq=XF=0.273且 q 点过相平衡线则 y4.83xq=0.645 =0.645q= 1+3.83xqRmin= xDyq =0.94取操作回流比R 2. 0R m i n 1 . 8 8yqxq2、求精馏塔的气液相负荷L RD1.88×31.48=59.18kmol/hV=(R+1)D =2.88 ×31.48=90.66kmol/hL =L+F=59.18+115.57=174.75kmol/hV =V=90.66kmol/h3、求操作线方程RxD精馏段操作线方程yn1 =+=0.6528Xn+0.3454R1R 1提馏段操作线方程ynLxnWxW-31VV=1.927Xn-2.614 × 105、 逐板计算法求理论板数因为塔顶为全凝器y1XD0. 9947通过相平衡方程求X 1=y1=0.97494.83-3.83y1再通过精馏段操作线方程y2=0.6528X1+0.3454=0.9818 ，如此反复得y1=0.99947x1=0.9749y2=0.9818x2=0.9179y =0.9446x =0.779333y4=0.8541x4=0.5482y5=0.7032x5=0.3291y6=0.5603x6=0.2087<0.273当 X 2、实际板层数的求取精馏段实际板层数：N 精=5=8.3≈ 90.6提馏段实际板层数：N 提=6≈ 10（不包括再沸器）0.6<四>精馏塔工艺条件及有关物性数据的计算1、 操作压力计算塔顶操作压力PD=101.3+4=105.3KPa每层塔板压力降P=0.7KPa进料板压力PF=105.3+0. 7× 9=111.6KPa塔底压力Pw=PF+0.7 × 10=118.6KPa精馏段平均压力Pm= 105.3+111.6 =108.45 KPa2提馏段平均压力Pm′ = 111.6+120 =115.1KPa22、 操作温度计算（内插法得）根据甲醇 -水的气 -液平衡组成表，再通过内插法得：塔顶温度t D=64.79℃进料板温度tF =78.3℃塔釜温度tw=99.6 ℃精馏段平均温度mtD + tF64.79+78.3℃t =2==71.542提馏段平均温度t′ = t F +tW78.3+99.6℃m2==88.9523、 平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量计算y通过相平衡方程求得X 1=0.9749由 XD= 1=0.9947M=y1M甲 +（1-y1）M水 =0.9947 ×32.04+(1-0.9947)× 18.02=31.97Kg/KmolVDMM=X1 M甲+（ 1-X） M水=0.9749 × 32.04+(1-0.9749)× 18.02=31.69 Kg/KmolLOM1进料板平均摩尔质量计算通过逐板计算得进料板yF=0.5603 ，再通过相平衡方程得X =0.2087FM= yM+（ 1-） M水=0.5603 × 32.04+ （ 1-0.5603 ）× 18.02=25.87Kg/KmolVFMF甲yFM=X M+（1-X ）M水=0.2087 ×32.04+ （1-0.2087 × 18.02）=20.95Kg/KmolLFM F甲F塔釜平均摩尔质量的计算由 Xw=0.002818 查平衡曲线得 yw=0.01346M =ywM甲+（ 1-y w） M水=0.01346 × 32.04+ （ 1-0.01346 ）× 18.02=18.21Kg/KmolVWMM =X X +（1-X）M=0.002818 × 32。