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1、1.2 流程的说明及方案的确定1.2.1 流程的说明首先， 甲醇和乙醇的原料混合物进入原料罐， 在里面停留一定的时间之后， 通过泵进入 原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。 因为 被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了， 气相混合物在精馏塔中上升， 而液相混合物在精馏塔中下降。 气相混合物上升到塔顶上方的 冷凝器中， 这些气相混合物被降温到泡点， 其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中， 停留 一定的时间然后进入甲醇的储罐， 而其中的气态部分重新回到精馏塔中， 这个过程就叫做回 流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底
2、产品冷却器中， 一部分进入再沸器， 在再沸器中 被加热到泡点温度重新回到精馏塔。 塔里的混合物不断重复前面所说的过程， 而进料口不断 有新鲜原料的加入。最终，完成甲醇和乙醇的分离。1.2.2 设计方案的确定1. 操作压力精馏操作可在常压， 加压， 减压下进行。 应该根据处理物料的性能和设计总原则来确定 操作压力。例如对于热敏感物料，可采用减压操作。本次设计甲醇和乙醇为一般物料因此， 采用常压操作。2. 进料状况 进料状态有五种：过冷液，饱和液，气液混合物，饱和气，过热气。但在实际操作中一 般将物料预热到泡点或近泡点， 才送入塔内。 这样塔的操作比较容易控制。 不受季节气温的 影响， 此外泡点进
3、料精馏段与提馏段的塔径相同， 在设计和制造上也叫方便。 本次设计采用 泡点进料，即 q=1。3. 加热方式精馏塔釜的加热方式一般采用间接加热方式， 若塔底产物基本上就是水， 而且在浓度极 稀时溶液的相对挥发度较大， 便可以采用直接加热。 直接蒸汽加热的优点是： 可以利用压力 较低的蒸汽加热，在釜内只需安装鼓泡管，不需安装庞大的传热面，这样， 操作费用和设备 费用均可节省一些， 然而，直接蒸汽加热， 由于蒸汽的不断涌入， 对塔底溶液起了稀释作用， 在塔底易挥发物损失量相同的情况下。 塔釜中易于挥发组分的浓度应较低， 因而塔板数稍微 有增加。但对有些物系。 当残液中易挥发组分浓度低时， 溶液的相对
4、挥发度大，容易分离故 所增加的塔板数并不多，此时采用间接蒸汽加热是合适的。4. 冷却方式塔顶的冷却方式通常水冷却， 应尽量使用循环水。 如果要求的冷却温度较低。 可考虑使 用冷却盐水来冷却。5. 热能利用精馏过程的特性是重复进行气化和冷凝。 因此， 热效率很低， 可采用一些改进措施来提 高热效率。 因此，根据上述设计方案的讨论及设计任务书的要求， 本设计采用常压操作，泡 点进料，间接蒸汽加热以及水冷的冷却方式，适当考虑热能利用。二塔的工艺设计精馏所进行的是气、 液两相之间的传质， 而作为气、 液两相传质用的塔设备 首先必须要能使气、 液两相得到充分接触， 以达到较高的传质效率。 塔设备设计 要
5、具备下列各种基本要求：1、气、液处理量大，即当生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带，拦液或液泛等破坏操作的现象。2、操作稳定，弹性大，即当塔设备的气、液负荷有较大范围的变动，仍能在较高的传质效率下进行稳定操作，并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。3、流体流动的阻力少，可降低操作费用。4、结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。5、耐腐蚀和不易堵塞，方便操作，调节和检修。6塔内的滞留量要小。3.2物料衡算原始数据表3 1原始液：甲醇和乙醇的混合物原料液处理量28000t/y ( 1y=300d * 24 h/d)原料液（含甲醇）46% （质量分数）原料液温度25 r塔顶产品（含甲醇）96%
6、 （质量尔分数）塔底残液（含甲醇）0.5% （质量分数）回流比R=1.8Rmin热损失Qi=5%Qb热源条件5kgf/?查阅文献，整理有关物性数据表32甲醇和乙醇的物理性质名称分子式相对分子质量密度(20 C)kg / m 3沸点(101.3kPa)C比热容(20 C)Kg/(kg . C)黏度(20 C)mPa.s导热数(20 C)/(m. r)表面 张力(20 r)N/m甲醇(A)?TH32.0479164.72.4950.60.21222.6乙醇(B)?0H46.0778978.32.3951.150.17222.81.料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数原料组成:oo _46/32.04?=
7、 46/32.04+54/46.07=0.5505?(?)= 1 - 0.5505 = 0.449596馏出液组成：?= 964= 0.9719+32.0446.07?(?)= 1 -0.9719 :=0.02810.5釜出液组成 ?032.04 0 0072釜出 液组成 ？(？ 0 599 5= 0.00 7232.04+ 46.07?(?) = 1 -0.0072 =0.9928已知D=t?M128000 X 1000 X 96%+280 X 24 X 32.0428000 X 1000 X 4%280 X 24 X 46.07=128.6177 kmol/h总物料衡算F=D+W=128.
8、6177+W物料衡算易挥发组分物料衡算0.9719 128.6177+0.0072 W= 0.5505 F联立以上二式得:F=228.3768kmol/hW=99.7591kmol/h表3 3物料衡算数据记录F228.3768kmol/h?0.5505D128.6177 kmol/h?0.9719W99.7591kmol/h?0.0072塔温确定由于各操作阶段的甲醇和乙醇的质量百分含量已确定， 所以根据甲醇和乙醇的质量百分含量，利用表中数据用内插值法求得各组分的温度。 表34塔温温度相对挥发度塔顶甲醇的摩尔分数：？?？ = 0.9719?= 653Ca= 1.74985进料甲醇的摩尔分数：?
9、= 0.5505? = 66.9 C （泡点温度）a= 1.7379塔底甲醇的摩尔分数：？?？ = 0.0072? = 77.2 Ca= 1.6672325 q值的计算假设为泡点进料，则q = 13.1塔的结构设计精馏塔塔径的计算1.查得有关甲醇与乙醇的安托因方程:甲醇:乙醇:得：护得：igPB7.8798.045将 Pa，Pb 代入 PaXaPbXb1473.1T 230.01554.3T 222.65P进行试差，求塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度:1）塔顶：？ = 101.3 + 0.7 = 102kPa, ? = xD= 0.9789, 试差得 tD = 62.1: 2）进料板位置：11
10、精馏段实际板层数：？詹=10/ 55.07% 二18每层塔板压降：？P = 0.7kPa进料板压力：?= 101.3+0.7 18=113.9kPa?=?=0.6080,试差得 ?= 67.4 - 3提馏段实际板层数：？?提=38 - 18=20塔釜压力：? = 101.3+0.7 37 = 127.2kPa塔釜：?=? = 0.0426,试差得？ = 79.5 :求得精馏段及提馏段的平均压力及温度：精馏段：？?=宁6475C?=PdPf2108kPa提馏段：？?=73.5 C?=宁 120Pa2.平均摩尔质量的计算:塔顶：？?方 0.9789 ； 32.04+(1- 0.9789) H6.0
11、7=32.34kg/kmol?= 0.9645 32.04+(1- 0.9645) M6.07= 32.54kg/kmol进料板：？?= 0.7272 32.04+(1- 0.7272) 46.07=35.88 kg/kmol?方0.6095 ； 32.04+(1- 0.6095) 6.07=37.52 kg/kmol塔釜：？?= 0.0468 : 32.04+(1- 0.0468) 6.07=45.41 kg/kmol?= 0.0279 : 32.04+(1- 0.0279) 6.07=45.69 kg/kmol精馏段平均摩尔质量：孑?/?： 34.11kg/kmol2M LDm +M LF
12、mMLm =2=35.03 kg/kmol提馏段平均摩尔质量:” ?+?M?= : = 40.65 kg/kmol2.? ?M?=41.60 kg/kmol3.平均密度的计算:1）汽相平均密度计算:?= ?精馏段汽相平均密度:? ?:?=?8.314 (273.1564.75)108 34.11提馏段汽相平均密度:? _ ? ? ? ?120.5 40.65 二8.314 (273.15 73.5)=:1.311kg/?31.700kg/?32）液相平均密度计算:?塔顶：? = 749.25 kg/? , ? = 750.11 kg/?1:?= ? ?+ ?3?竹0.970.03749.257
13、50.11=749.29 kg/?3进料板：？?？ = 746.4kg/?3, ? = 747.4 kg/?得:?2?=1 _3?+Z?=T?亏0.540.46= 746 kg746.4747.4塔釜：? = 733.5kg/?3 , ? = 735.04 kg/?3得:0.030.97733.5735.04=734.97 kg/?5精馏段液相平均密度：749.29746.883?=一 748.085 kg/?2提馏段液相平均密度：734.97 746.88 “cccP?= 740.925 kg/?3214.液体平均表面张力计算液体平均表面张力按下式计算:塔顶：?1?= 62.1 ，由化工原理（第三版，化学工业出版社，陈敏恒）附录?= 18.35mN/m，?= 18.40mN/m得：？?= ?+(1-?) ?=0.9645 18.35+(1-0.9645) X18.40 = 18.35进料板：？?= 67.4 :，查手册：?= 17.86mN/m，?= 18.00mN/m得：?= ?+(1-?) ?=0.628 ； 17.86+(1-0.628) X18.00= 17.91 mN/m塔釜：？=79
