【正文】 5 65 78 78 60 比熱kJ/kg℃ 焓 kJ/kg 熱量 kJ/h 5512260 Q 蒸汽 熱量計算公式： 某某某 CTWQ h ???? h/ 8 0 6 2 8 ????二甲醚 Q 粗甲醇 ＝ Q 二甲醚 +Q 甲醇 +Q 水 +Q 異丁醇 同理可得其他物質帶入的熱量 Q 入 ＝ Q 粗甲醇 ＋ Q 軟水 ＋ Q 回流液 ＋ Q 蒸汽 ＝ ＋ 5512260 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋ Q 蒸汽 ＝ ＋ Q 蒸汽 ⑵ 出料熱量計算 表 36 物料帶出的熱量 出熱部分 塔頂 塔底 熱損失 成分 二甲醚 回流液 甲醇 水＋（堿液） 以 5%計 液體比熱 kJ/kg℃ 流量 kg/h 28650 液體冷凝熱 kJ/kg 溫度 ℃ 64 64 82 82 熱量 kJ 5%Q 入 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 19 2 2 1 2 )HC(WQ h ?????????? ）（液甲醇甲醇二甲醚 其他物質的熱量亦同 上公式計算。 表 37 預塔熱量平衡表 帶入熱量 kJ/h 帶出熱量 kJ/h 塔側粗甲醇入熱 塔頂二甲醚出熱 塔頂加入冷凝殘液入熱 塔頂回流甲醇蒸汽 塔頂回流液入熱 塔底預后粗甲醇 加熱蒸汽 熱損失 總入熱 總出熱 冷卻水用量計算 假設入口冷卻水的溫度為 30℃ ，出口冷卻水的溫度 40℃ ，平均比熱為℃ Q 入 ＝ Q 甲醇 ＋ Q 甲醇蒸汽 ＝ ＋ ＝ Q 出 ＝ Q 二甲醚 ＋ Q 回流液 ＋ Q 損失 ＝ ＋ ＋ 224989295% 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 20 ＝ Q 傳 ＝ Q 入 － Q 出 ＝ － ＝ 又因為 Q 傳 ＝ G1 水 （ 40－ 30）＝ 所以得到 G1 水 ＝ 加壓塔的熱量衡算 設計的操作條件為：塔頂?shù)臏囟?115℃ ，回流溫度為 115℃ ，塔底的溫度為 124℃ ，進料的溫度為 82℃ ，取回流比 ，甲醇溫度 40℃ 。 表 38 加壓塔精餾入熱表 物料 進料 回流液 加熱蒸汽 組分 甲醇 水＋堿液 甲醇 流量 kg/h 28650 溫度 ℃ 100 100 115 比熱 kJ/kg℃ 熱量 kJ/h 9663645 Q 蒸汽 總計 kJ/h Q 蒸汽 h/kJ9 6 6 3 6 4 51 0 03 7 8 6 5 0TCWQ h ???????? 甲醇甲醇甲醇 其他物質的熱量亦同上公式計算。 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 21 表 39 加壓塔精餾出熱表 物料 精甲醇 回流液 塔底出料 熱損失 組分 甲醇 甲醇 甲醇 水＋堿 流量 kg/h 溫度 ℃ 115 115 124 124 比熱 kJ/kg℃ 汽化熱 熱量 kg/h 5%Q 入 h/ 6 8 9 3 6 0 61 1 0 4 1 4 6 5T)HC(WQ h ?????????? ）（汽甲醇甲醇精甲醇 其他物質的熱量亦同上公式計算。 表 310 常壓塔入熱表 物料 進料 回流液 再沸器加熱 組分 甲醇 水＋堿 甲醇 流量 kg/h 溫度 ℃ 70 70 40 比熱 kJ/kg℃ 熱量 kJ/h Q 加熱 h/ 6 7 6 0 5 90 5 7 1 8 4TWQ h ???????? 甲醇甲醇甲醇 C 其他物質的熱量亦同上公式計算 Q 入 ＝ Q 進料 ＋ Q 回流液 ＋ Q 加熱 ＝ （ ＋ ） ＋ ＋ Q 加熱 ＝ ＋ Q 加熱 ⑵ 物料帶出熱量 常壓塔的出塔熱量 如表 311。 Q 出 ＝ Q 精甲醇 ＋ Q 回流液 ＋ Q 釜液 ＋ Q 熱損失 ＝ ＋ ＋ ＋ ＋ 5%Q 入 ＝ ＋ 5%Q 入 根據(jù)常壓塔精餾的能量守恒 有 Q 入 ＝ Q 出 即 ＋ Q 加熱 ＝ ＋ 5%（ ＋ Q 加熱 ） 解得 ： Q 加熱 ＝ 又因為常壓塔可供熱： Q 供 ＝ 中壓蒸汽加熱量為： Q 蒸汽 ＝ Q 加熱 － Q 供 ＝ － ＝ 所以得到所需蒸汽量： k g / 0 0 0 1 1 8 2 3 7 9 4 7 9G3 ??蒸汽 冷卻水用量計算 對熱流體： Q 入 ＝ Q 出 ＝ Q 精甲醇（液） ＋ Q 回流液（液） ＝（ ＋ ） 40＝ Q 傳 ＝ Q 入 （ 1－ 5%）－ Q 出 ＝ 95%－ ＝ 所以冷卻水 的用量為： ? ? k g / 0 2 7 2 3 830401 8 8 8 0 4 8 7G 3 ????水 精餾系統(tǒng)能量結果匯總 ⑴ 外加蒸汽總量： G 蒸汽 ＝ G1 蒸汽 ＋ G2 蒸汽 ＋ G3 蒸汽 ＝ ＋ ＋ ＝ ⑵ 冷卻水總量： G 水 ＝ G1 水 ＋ G3 水 ＝ ＋ ＝ ⑶ 熱量平衡匯總如表 312。 原料液中甲醇的摩爾分數(shù)： f ??? 精甲醇中甲醇的摩爾分數(shù)： 9 9 d ??? 殘液中甲醇的摩爾分數(shù)： 0 2 w ??? 進料液相中甲醇的摩爾分數(shù)： 5 6 f ??? 精甲醇中甲醇的摩爾分數(shù)： 9 9 9 d ??? 殘液中甲醇的摩爾分數(shù)： 0 1 ) 5 4 9 8(32/% 5 7 32/% 5 7X w ????? ?? 進料液的平均摩爾質量： Mf＝ XfM 甲醇 ＋（ 1－ Xf=） M 水 ＝ 32＋（ 1－ ） 18＝ 同理可求得： 餾出液的平均摩爾質量： Md＝ 釜殘液的平均摩爾質量： Mw＝ ⑵ 操作溫度和壓力 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 26 精餾段 平均溫度： 1/2（ 70＋ 65）＝ ℃ 入口壓力（表壓）：（ 106－ 106） 69/85＋ 106＝ kPa 平均壓力（表壓）： 1/2（ 103＋ 10103） ＝ 提餾段 平均溫度： 1/2（ 70＋ 105） ＝ ℃ 平均壓力（表壓）： 1/2（ 103＋ 70103） ＝ 塔板數(shù)的計算 處理能力 k m o l / 5 0 4 6 9 1MGF f ??? 精餾段物料量 [12]： kmol / ??????? wd wf XX XX精 提餾段物料量： km ol / 0. 0120. 999 ??????? wd fd XX XX提 最小理論板數(shù) Nm 先求平均揮發(fā)度： 查數(shù)據(jù)手冊得到以下數(shù)據(jù)：甲醇的飽和蒸汽壓 [1]， 105℃ 時為 70℃ 時為 水的飽和蒸汽壓 [11]， 105℃ 時為 70℃ 時為 ? ?得：由公式 12 23???OHOHCHPP? 2 6 3 2C70 ??? ?時， ??? ?時， 6 8 ???? ???平均揮發(fā)度： 已知： Xd＝ ， Xw＝ 。 表 41 各組分參數(shù)列表 組分 進料組成 Xi， F 釜液組成 Xi， D ? i 甲醇 水 根據(jù)恩德伍公式 [10]計算： qXniijFiij ????? 11 ??? ? ??? 1m in ??? ij Diij XR 因為：進料 是飽和的液相 所以： q＝ 1 ?????? ??則有： 88 ??求得： 8 6 9 9 6 8 8 0 1 8 i n ??????????R那么 取操作回流比 R＝ ＝ ＝ i n ??????R RR那么有： 進料位置 適宜的進料位置：)5 6 5 6 9 9 9 g (2 6 11)11l g (lg 1m i n , ??????????? F FDDDD X XXXN ? 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 28 塊圓整后取： 4m in , ?DN 實際理論板數(shù) in ???R RR根據(jù) ???N NN m查吉利蘭圖得到： ?mN其中 解得： N＝ 塊 全塔效率的估算 全塔平均溫度為： 1/2（ 105＋ 65）＝ 85℃ ? ? 313 ???? 水的粘度：下查的水在溫度 ? ? ? 31 ???? 甲醇的粘度：下查得甲醇在溫度 ? ）（則： 水甲醇 ff X1X ??? ??? ＝ 103＋ 103 ＝ 103 sPa? ? ? %)2 9 ( )( ????? ???TE：全塔效率 所以，實際進料板： 4/%＝ 塊，圓整后取 9 塊 實際板數(shù)為： ＝ 塊，圓整后取 32 塊 本設計采用 32 塊，主要原因： ① 原料液粗甲醇不是簡單的甲醇和水的混合物，還有與甲醇相對揮發(fā)度較小的組分； ② 選用的塔板數(shù)較多可以減小塔徑，但一定會造成塔高過高，對塔的制造成本較高，操作的成本也會較高。 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 29 表 42 精餾段數(shù)據(jù) 所處位置 進料板 塔 頂（第一板） 質量分數(shù) xf＝ xl＝ yf＝ yl＝ 摩爾分數(shù) Xf＝ Xl＝ Yf＝ Yl＝ 摩爾質量 kg/kmol MLf＝ MLD＝ MVf＝ MVD＝ 溫度 ℃ 70 65 液相平均摩爾質量： k g / k m o MMM ????? LDLf 65702 ?????? Dfm ttt液相的平均溫度： 在平均溫度 ℃ 下查工具書得到： 33 k g / g / ?? 甲醇水 ， ?? 水甲醇那么液相的密度為： ??? LmLmLm xx ??? 11 8 4 8 9 9 9 9 6 ????? lfLm xxx而其中的 3m/ 7 9?Lm?所以， 那么精餾段的液相負荷為： L＝ RD＝ ＝ h/ 3???? Lmn LML ? k m o l/kg5 4 ????? VDVf MMM汽相平均摩爾質量為： 若氣體為理想氣體，那均溫 ℃ 下，均壓 103kPa 下： 3m/) 7 3(3 1 4 186 7 3 5 ??? ??? RTPM水? 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 30 3m/)(3 1 4 ??? ??? RTPM甲醇? 水甲醇汽相密度為： ??? VmVmVm xx ??? 11 ???Lmx其中的平均質量分數(shù)為 3m/?Vm?所以有 那么精餾段的汽相負荷為： V＝（ R＋ 1） D＝ ＝ h/ 7 5 9 4 8 5 4 4 1 0V 3n ???? VmVM? 精餾段的負荷情況 如 表 43。 表 44 提餾段數(shù)據(jù) 所處位置 進料板 塔釜 質量分數(shù) xf＝ xl＝ yf＝ yl＝ 摩爾分數(shù) Xf＝ Xl＝ Yf＝ Yl＝ 摩爾質量 kg/kmol MLf＝ MLw＝ MVf＝ Mvw＝ 溫度 ℃ 70 105 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 31 液相平均摩爾質量： M＝ k m o l/ ???? LWLf MM 液相平均溫度為： 105702 ????? Dfm ttt℃ 在平均溫度 ℃ 下查工具書得到： 3m/?水? [11]，3m/?甲醇?[1] 液相平均密度為：水甲醇 ???LmLmLmxx ??? 11 3 4 8 0 0 0 9 5 ????? lfLm xxx其中的平均質量分數(shù) 3m/?Lm?所以 h/k m o ????? FLL提餾段的液相負荷 h/ 3???? Lmm MLL ?