化工原理课程设计】甲醇和水筛板精馏塔分离

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1、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/kmolXF=XD=XW=2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.273×32

2、.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/kmol3、物料衡算原料处理量：F=kmol/h总物料衡算：F=D+W115.57=D+W甲醇物料衡算：FXF=DXD+WXW115.57×0.273=D×0.9947+W×0.002818联立解得D=31.48kmol/hw=84.09kmol/h<三>塔板数的确定1、理论板数的求取①由y=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

3、相气相a92.90.05310.28347.0581.60.20830.62736.490.30.07670.40018.0380.20.23190.64856.1188.90.09260.43537.55780.28180.67755.3586.60.12570.48316.577.80.29090.68015.18850.13150.54557.9376.70.33330.69184.4983.20.16740.55866.2976.20.35130.73475.1182.30.18180.57756.1573.80.4620.77564.0272.70.52920.79713.496

4、80.77010.89622.5771.30.59370.81833.0866.90.87410.91941.64700.68490.84922.59am==4.83得到相平衡方程y=因为泡点进料，所以q=1且Xq=XF=0.273且q点过相平衡线则yq==0.645Rmin==0.94取操作回流比2、求精馏塔的气液相负荷1.88×31.48=59.18kmol/hV=(R+1)D=2.88×31.48=90.66kmol/h=L+F=59.18+115.57=174.75kmol/h=V=90.66kmol/h3、求操作线方程精馏段操作线方程=+=0.6528Xn+0.3454提馏段操作

5、线方程=1.927Xn-2.614×10-35、逐板计算法求理论板数因为塔顶为全凝器通过相平衡方程求X1=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=0.9179y3=0.9446x3=0.7793y4=0.8541x4=0.5482y5=0.7032x5=0.3291y6=0.5603x6=0.2087<0.273当X6

6、585y9=0.1101x9=0.025y10=0.0455x10=0.1474y11=0.02578x11=5.45×10-3y12=7.88×10-3x12=1.64×10-3<0.002818可得到进料板位置NF=6总理论板数NT=12<包括再沸器>2、实际板层数的求取精馏段实际板层数：N精==8.3≈9提馏段实际板层数：N提=≈10（不包括再沸器）<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DP=0.7KPa进料板压力PF=105.3+0.7×9=111.6KPa塔底压力Pw=PF+0.7×10=118.6

7、KPa精馏段平均压力Pm=KPa提馏段平均压力Pm′=KPa2、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tD=64.79℃进料板温度tF=78.3℃塔釜温度tw=99.6℃精馏段平均温度tm=℃提馏段平均温度tm′=℃3、平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量计算由XD=y1=0.9947通过相平衡方程求得X1=0.9749MVDM=y1M甲+（1-y1）M水=0.9947×32.04