3、精馏塔塔顶的冷凝方式 塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇和水不反应，并且也容易被水冷凝， 塔顶出来的汽相温度不高，故本设计选用全凝器。 4、塔顶的回流方式 对于小型塔采用重力回流，回流冷凝器一般安装在比精熘塔略高的地方，液 体依靠自身的重力回流。但是必须保证冷凝器内有一定持液量，或加入液封装置 防止塔顶汽相逃逸至冷凝器内。本设计采用重力回流，全凝器放置略高于塔顶的 位置，并且设置流量计检测和保证冷凝器内的液面高度。 5、精熘塔塔釜的加热方式 加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。间接蒸汽加热是通过再沸器使釜液 部分汽化，维持原来的浓度，重新再进入塔底。使上升蒸汽与回流下来的冷液再 进行热质交换。这样减少了理论板数，从而降低了成本，但是也存在着增加加热 装置的缺点。综合考虑以上两方面因素，本设计选用间接蒸汽加热。 四、操作条件及精熘塔工艺计算： 本设计任务是分离甲醇水的混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精 熘流程。设计中采用泡点进料将原料液通过预热器加热至泡点后送入精熘塔内。 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，其余部分冷
3、精馏塔塔顶的冷凝斱式 塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇和水丌反应，幵丏也容易被水冷凝， 塔顶出来的汽相温度丌高，故本设计逅用全凝器。 4、塔顶的回流斱式 对于小型塔采用重力回流，回流冷凝器一般安装在比精熘塔略高的地斱，液 体依靠自身的重力回流。但是必须保证冷凝器内有一定持液量，戒加入液封装置 防止塔顶汽相逃逸至冷凝器内。本设计采用重力回流，全凝器放置略高于塔顶的 位置，幵丏设置流量计检测和保证冷凝器内的液面高度。 5、精熘塔塔釜的加热斱式 加热斱式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。间接蒸汽加热是通过再沸器使釜液 部分汽化，维持原来的浓度，重新再进入塔底。使上升蒸汽不回流下来的冷液再 进行热质交换。这样减少了理论板数，从而降低了成本，但是也存在着增加加热 装置的缺点。综合考虑以上两斱面因素，本设计逅用间接蒸汽加热。 四、操作条件及精熘塔工艺计算： 本设计任务是分离甲醇水的混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精 熘流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精熘塔内。 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，其余部分冷
却后送至储罐。回流比设定为最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底 产品经冷却后送至储罐。 （一物料衡算 1、原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量：MA=32kg/kmol 水的摩尔质量：MB=18kg/kmo x'=41.3%,X0'=98.5%,Xw'=0.05%(均为质量比) XF =(XF'/MA)/[XF'/MA (1-xF')/MB] =(41.3/32)1(41.3/32+58.7118) =28.35% XD =(XD'/MA)/XD'/MA (1-xD)/MB =(98.5/32)1(98.5/32+1.5/18) =97.36% xw =(xw'/MA)/[xw'/MA (1-xw)/MB =(0.05/32)1(0.05/32+99.95/18) =0.028% 2、原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量 M=28.35%×32+71.65%×18=21.969kg/kmol MD=97.36%×32+2.64%×18=31.63kg/kmol Mw=0.028%×32+99.972%×18=18.891kg/kmol 3、物料衡算
却后送至储罐。回流比设定为最小回流比的 2 倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底 产品经冷却后送至储罐。 (一)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：MA＝32 kg/kmol 水的摩尔质量： MB＝18 kg/kmol xF’＝41.3% ， xD’＝98.5% ， xw’＝0.05% (均为质量比) xF ＝(xF’ / MA ) / [ xF’/MA ＋ (1－xF’)/ MB ] ＝(41.3/ 32) / (41.3/ 32 ＋58.7/ 18 ) ＝28.35% xD ＝(xD’ / MA ) / [ xD’ /MA ＋ (1－xD’) / MB ] ＝(98 .5/ 32) / ( 98.5 / 32 ＋ 1.5 / 18 ) ＝97.36% xW ＝(xW’ / MA ) / [ xW’ / MA ＋ (1－xW’) / MB ] ＝(0.05 / 32) / ( 0.05 / 32 ＋ 99.95 / 18 ) ＝0.028% 2、原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量 MF＝28.35% ×32 ＋71.65% ×18＝21.969kg/kmol MD＝97.36%×32＋2.64%×18＝31.63 kg/kmol MW＝0.028%×32 ＋99.972%×18＝18.891 kg/kmol 3、物料衡算
原料处理量：F=12000ty=（12×10/7200)21.969=75.86 kmol/h 总物料衡算：75.86=D+W 甲醇物料衡算：75.86×28.35%=D×97.36%+W×0.028% 得D=22.074kmol/h W=53.786kmol/h 表一 塔顶、塔底、进料液的物料数据 塔顶 x知'=98.5% X知=97.36% Me= F=75.86kmol/h 21.969kg/kmol 进料 M=31.63 D=22.074 X'=41.3% X=28.35% 举 kg/kmol kmol/h 塔底 xw=0.05% Xw=0.028% Mw= w- 18.891kg/kmol 53.786kmol/h (二)理论塔板数的确定 甲醇-水属于理想物系，可采用以下三种方法求解理论塔板数： 1、拟合相平衡曲线后逐板计算法 在101.3kp阳的总压下，甲醇和水的混合物系的x~y图是建立在汽液平衡 数据下，表示的是不同温度下互成平衡的汽液两相组成y与×的关系。对于理想 物系，汽相组成y恒大于液相组成x,因此相平衡线位于y=x对角线上方。平 衡线偏离对角线越远，表示该溶液越容易分离。如果已知甲醇和水的混合物系的 汽液平衡关系，即汽液平衡数据，则离开理论板的互成平衡、温度相等的汽液两 相组成y与Xm之间的关系就可以确定。若知道由该板下降的液体组成x及由它
原料处理量：F＝12000 t/y＝（12×106 / 7200）/21.969＝75.86kmol/h 总物料衡算：75.86 ＝D ＋ W 甲醇物料衡算：75.86×28.35% ＝ D×97.36% ＋ W×0.028% 得 D＝22.074kmol/h W＝53.786kmol/h 表一 塔顶、塔底、进料液的物料数据 塔顶 xD’＝98.5% xD＝97.36% MF＝ 21.969kg/kmol F＝75.86kmol/h 进料 液 xF’＝41.3 % xF＝28.35% MD＝31.63 kg/kmol D＝22.074 kmol/h 塔底 xW’＝0.05% xW＝0.028% MW＝ 18.891kg/kmol W＝ 53.786kmol/h (二)理论塔板数的确定 甲醇－水属于理想物系，可采用以下三种斱法求解理论塔板数： 1、拟合相平衡曲线后逐板计算法 在 101.3kpa 的总压下，甲醇和水的混合物系的 x－y 图是建立在汽液平衡 数据下，表示的是丌同温度下互成平衡的汽液两相组成 y 不 x 的关系。对于理想 物系，汽相组成 y 恒大于液相组成 x，因此相平衡线位于 y＝x 对角线上斱。平 衡线偏离对角线越远，表示该溶液越容易分离。如果已知甲醇和水的混合物系的 汽液平衡关系，即汽液平衡数据，则离开理论板的互成平衡、温度相等的汽液两 相组成 yn 不 xn 之间的关系就可以确定。若知道由该板下降的液体组成 xn 及由它
的下一层塔板上升的汽相组成y1之间的关系，从而塔内各板的汽液相组成可逐 板予以确定，从而便可以求得在指定分离条件下的理论板层数。 (1)由手册查出甲醇-水汽液相平衡数据，拟合出相平衡方程及作出x~y图， 表二甲醇-水汽液相平衡数据叫 汽相中甲 温度 液相中甲醇汽相中甲醇 温度 液相中甲醇 醇的摩尔 的摩尔分数的摩尔分数 C 的摩尔分数 分数 100 0 0 78.14 0.2942 0.6658 99.41 0.0017 0.0125 76.52 0.3524 0.7044 99.25 0.0035 0.0250 75.34 0.4021 0.7341 97.80 0.0123 0.0889 74.22 0.4543 0.7595 97.35 0.0141 0.0975 7321 0.5022 0.7853 96.92 0.0198 0.1214 71.95 0.5628 0.8123 95.82 0.0258 0.1589 70.90 0.6243 0.8350 95.06 0.0330 0.1882 69.15 0.7173 0.8773 94.13 00357 02145 68.07 0.7898 0.9098 92.24 0.0525 0.2746 67.57 0.8231 0.9225 90.00 0.0740 0.3560 67.17 0.8426 0.9300 88.57 0.0872 0.3950 66.90 0.8574 0.9385 86.93 0.1079 0.4400 66.89 0.8720 0.9422 85.37 0.1289 0.4776 65.98 0.9185 0.9638 83.38 0.1635 0.5370 65.73 0.9295 0.9682 81.95 0.1912 0.5724 65.71 0.9380 0.9712 80.25 0.2327 0.6162 64.68 09885 0.9947 79.06 0.2684 0.6483 64.65 1
的下一层塔板上升的汽相组成 yn+1 之间的关系，从而塔内各板的汽液相组成可逐 板予以确定，从而便可以求得在指定分离条件下的理论板层数。 (1) 由手册查出甲醇－水汽液相平衡数据，拟合出相平衡斱程及作出 x－y 图， 表二 甲醇－水汽液相平衡数据[1] 温度 t/°C 液相中甲醇 的摩尔分数 汽相中甲醇 的摩尔分数 温度 t/°C 液相中甲醇 的摩尔分数 汽相中甲 醇的摩尔 分数 100 0 0 78.14 0.2942 0.6658 99.41 0.0017 0.0125 76.52 0.3524 0.7044 99.25 0.0035 0.0250 75.34 0.4021 0.7341 97.80 0.0123 0.0889 74.22 0.4543 0.7595 97.35 0.0141 0.0975 73.21 0.5022 0.7853 96.92 0.0198 0.1214 71.95 0.5628 0.8123 95.82 0.0258 0.1589 70.90 0.6243 0.8350 95.06 0.0330 0.1882 69.15 0.7173 0.8773 94.13 0.0357 0.2145 68.07 0.7898 0.9098 92.24 0.0525 0.2746 67.57 0.8231 0.9225 90.00 0.0740 0.3560 67.17 0.8426 0.9300 88.57 0.0872 0.3950 66.90 0.8574 0.9385 86.93 0.1079 0.4400 66.89 0.8720 0.9422 85.37 0.1289 0.4776 65.98 0.9185 0.9638 83.38 0.1635 0.5370 65.73 0.9295 0.9682 81.95 0.1912 0.5724 65.71 0.9380 0.9712 80.25 0.2327 0.6162 64.68 0.9885 0.9947 79.06 0.2684 0.6483 64.65 1 1
甲醇一水X-Y图 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4x0.6 0.8 在对甲醇和水二元物系汽液平衡数据做拟合之后，可得出汽相组成y和液相组成 x的函数关系式： Y=0.00187+7.03393X-40.64685X2+157.6139X3-388035736X4+ 598.11499X3-554.46395X6+282.15362X7-60.45038X8 (2)求最小回流比及操作回流比 由于本设计采用的是泡点进料，q=1,X=X年=0.2835根据拟合得到的y -x方程，可得到ya=0.658最小回流比Rmin=(xo-ya)/yg-xg)可得到 Rmin=0.843 所以回流比R=2Rmin=2×0.843=1.686 (3)求精熘塔的汽、液相负荷 L=RD=1.686×22.074=37.217kmol/h V=(R+1)D=2.686×22.074=59.291kmol/h L=L+F=37.217+75.86=113077 kmol/h V'=V=59.291kmol/h
甲醇－水X-Y图 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.2 0.4 x 0.6 0.8 1 y 在对甲醇和水二元物系汽液平衡数据做拟合之后，可得出汽相组成 y 和液相组成 x 的函数关系式： Y ＝ 0.00187＋7.03393X －40.64685X 2 ＋157.6139X 3 －388035736X 4 ＋ 598.11499X 5 －554.46395X 6 ＋282.15362X7－60.45038X8 (2) 求最小回流比及操作回流比 由于本设计采用的是泡点进料，q＝1， xq＝xF＝0.2835 根据拟合得到的 y －x 斱程，可得到 yq＝0.658 最小回流比 Rmin＝(xD－yq) / (yq – xq) 可得到 Rmin＝0.843 所以回流比 R＝2Rmin＝2×0.843＝1.686 (3)求精熘塔的汽、液相负荷 L＝RD＝1.686×22.074＝37.217kmol/h V＝(R＋1) D＝2.686×22.074＝59.291kmol/h L’＝L＋F＝37.217＋75.86＝113.077kmol/h V’＝V＝59.291kmol/h