【正文】 設(shè)計計算 一 設(shè)計方案的確定 本設(shè)計任務(wù)為分離甲醇 水混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)加熱器至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離系，最小回流比，故操作回流比取最小回流比的 2 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。 二 精餾塔的物料衡算 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 甲醇的摩爾質(zhì)量 M 甲醇 =XF=32. 04 = 30. 4 +32. 04 18. 02 XD=32 .04 = 0. 99 470. 99 97 0. 00 03+32 .04 18 .02 XW=0. 00 532 .04 = 0. 00 28 180. 00 5 0. 99 5+32 .04 18 .02 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF=+（ 1— ） =MD=+(1— ） =MW=+(1— )=物料衡算 原料處理量： F= 2 1 0 0 0 0 0 0 0 = 1 1 5 .5 73 3 0 2 4 2 1 .8 5??? kmol/h 總物料衡算： F=D+W =D+W 甲醇物料衡算： FXF=DXD+WXW =D+W 聯(lián)立解得 D=三 塔板數(shù)的確定 理論板數(shù)的求取 ① 由 y=1+( 1)xx??及甲醇 — 水在不同溫度下的汽 — 液平衡組成 溫度 液相 氣相 a 溫度 液相 氣相 a 78 85 68 70 am= 19 19...... aaaa = 得到相平衡方程 y= =1+( 1)x 1+?? 因為 泡點進料 ，所以 q=1 且 Xq=XF= 且 q 點過相平衡線 則 yq= =1+ qxx = Rmin= Dqqqxyyx?? = 取操作回流比 m 1. 88RR?? 求精餾塔的氣液相負荷 ??RDL =(R+1)D ==L =L+F=+= 求操作線方程 精餾段操作線方程 1ny? = 1RR? + 1DxR? =+ 提餾段操作線方程 1 WnnWxLyxVV? ??= 103 逐板計算法求理論板數(shù) 因為 塔頂為全凝器 1 ?? 通過相平衡方程求 X1= 11 = 0 .9 7 4 94 .8 33 .8 3y y 再通過精餾段操作線方程 y2=+= ， 如此反復(fù)得 y1= x1= y2= x2= y3= x3= y4= x4= y5= x5= y6= x6= 當 X6Xq 后，改用相平衡方程與提餾段操作方程 yn+1= 103計算 .如此反復(fù)得 y7= x7= y8= x8= y9= x9= y10= x10= y11= x11= 103 y12= 103 x12= 103 可得到進料板位置 NF=6 總理論板數(shù) NT=12 包括再沸器 實際板層數(shù)的求取 精餾段實際板層數(shù)： N 精 = 5=≈ 9 提餾段實際板層數(shù)： N 提 = 6≈ 10（不包括再沸器） 四 精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 操作壓力計算 塔頂操作壓力 PD=+4= 每層塔板壓力降 ?P= 進料板壓力 PF=+ 9= 塔底壓力 Pw=PF+ 10= 精餾段平均壓力 Pm= 1 0 5 .3 + 1 1 1 .6 =1 0 8 .4 52 KPa 提餾段平均壓力 Pm′ =+120 = KPa 操作溫度計算（內(nèi)插法得） 根據(jù)甲醇 水的氣 液平衡組成表，再通過內(nèi)插法得： 塔頂溫度 tD=℃ 進料板溫度 tF=℃ 塔釜溫度 tw=℃ 精餾段平均溫度 tm= + 6 4 .7 9 + 7 8 .3= = 7 1 .5 422DFtt ℃ 提餾段平均溫度 tm′ = + 7 8 .3 + 9 9 .6= = 8 8 .9 522FWtt ℃ 平均摩爾質(zhì)量的計算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計算 由 XD=y1= 通過相平衡方程求得 X1= MVDM=y1M 甲 +（ 1y1） M 水 = +() =MLOM=X1M 甲 +（ 1X1） M 水 = +() = Kg/Kmol 進料板平均摩爾質(zhì)量計算 通過逐板計算得進料板 yF=，再通過相平衡方程得 XF= MVFM= yFM 甲 +（ 1yF） M 水 = +（ ） =MLFM=XFM 甲 +（ 1XF） M 水 = +（ ） =塔釜平均摩爾質(zhì)量的計算 由 Xw= 查平衡曲線得 yw= MVWM=ywM 甲 +（ 1yw） M 水 = +（ ） =MLWM=XWX 甲 +（ 1XW） M 水 = +（ ） =精餾段平均摩爾質(zhì)量 MVM= V D M V F M( M + M ) 3 1 . 9 7 + 2 5 . 8 7= = 2 8 . 9 2 /22 K g K m o l MLM= L D M L F M( M + M ) 3 1 . 6 9 + 2 0 . 9 5= = 2 6 . 3 2 /22 K g K m o l 提餾段平均摩爾質(zhì)量 MVM′ = V D M V F M( M + M ) 2 5 .8 7 + 1 8 . 2 1= = 2 2 .0 4 /22 K g K m o l MLM′ = L F M L W M( M + M ) 2 0 .9 5 + 1 8 . 0 6= = 1 9 . 5 0 /22 K g K m o l 平均密度計算 ⑴氣相平均密度計算 由理想氣體狀態(tài)方程計算 即 精餾段 ?VM= m v mP M 1 0 8 .4 5 2 8 .9 2= = 1 . 0 9 48 .3 1 4 ( 7 1 . 5 4 + 2 7 3 . 1 5 )mRT ?? Kg/m? 提餾段 ?vm′ = m v mP M 1 1 5 .1 2 2 .0 4= = 0 .8 4 2 78 .3 1 4 ( 8 8 .9 5 + 2 7 3 .1 5 )mRT? ? ??? ⑵ 液相平均密度計算 液相平均密度按下式計算 即 i1a=mi?ρL ρ 塔頂液相平均密度的計算 由 tD=℃ 查手冊得 ?甲 =? ?水 =? ?LPM= 11= = 747 .70. 997 0. 003++746 .168 980 .613甲 水Dwω ωρ ρKg/m? 進料板液相平均密度計算 由 tF=℃ 查手冊得 ?甲 = Kg/m? ?水 = Kg/m? 進料板液相的質(zhì)量分率 Fx 0 . 2 0 8 7 3 2 . 0 4= = = 0 .3 1 9 2x + ( 1 x ) M 0 . 2 0 8 7 3 2 . 0 4 + 0 . 7 9 1 3 1 8 . 0 2FFMaA M ???甲甲 水 ?LFM= 11= =8 8 1 .91 0 .3 1 9 2 0 .6 8 0 8++7 3 5 .5 3 9 7 2 .8 2甲 水AAα αρ ρKg/m? 提餾段液相平均密度計算 由 tw=℃ 查手冊得 ?甲 =? ?水 = Kg/m? ?LWM= 11= =