化工原理甲醇—水精馏塔设计

10.90.80.70.60.50.40.30.20.1000.2甲醇－水X-Y图y0.4x0.60.81 图一 甲醇-水----X-Y图 第三章 塔板的工艺设计 第一节 物料衡算 一．精馏塔全塔物料衡算 1.原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率 已知F=1万吨 质量分数 Xf=30% XD=95% Xw=0.3% 水的摩尔质量 M水=18.02 kg/kmol 甲醇的摩尔质量 M甲醇=32.04 kg/kmol 10000?103?1388.89kg/h F?300?24' 进料液、馏出液、釜残液的摩尔分数分别为xF、xD、xW： ?F?30/32.04?0.1942 30/32.04?70/18.0298/32.04?D??0.9144 98/32.04?2/18.02?w?0.3/32.04?0.0016 0.3/32.04?99.7/18.02 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 （1?0.1942）?18.02?20.72kg/kmol M?0.1942?32.04? MD?32.0?0.9144?18.02?(1?0.9144)?30.80kg/kmol Mw?32.04?0.0016?18.02?(1?0.0016)?18.04kg/kmol WD?MDD?30.80?14.15?435.82kg/h Ww?MwW?52.88?18.04?953.96kg/h 3.物料衡算原处理量 F'1388.89F???67.03kmol/h 20.72M 物料衡算 F=D+W （1） FxF?DxD?WxW （2） 联立（1）（2）解得 W=52.88 kmol/h D=14.15 kmol/h 质量分数（%） 摩尔质量Kg/kmol 摩尔流量 kmol/h 质量流量kg/h 塔顶 进料 塔斧 91.44 30.80 14.15 435.82 19.42 20.72 67.03 1388.89 0.16 18.04 52.88 952.89 表二 物料衡算结果表 温度t/℃ 100 92.9 90.3 88.9 85.0 81.6 78.0 76.7 甲醇摩尔分数 液相x/％ 0 5.31 7.67 9.26 13.15 20.83 28.18 33.33 气相y/％ 0 28.34 40.01 43.53 54.55 62.73 67.75 69.18 温度t/℃ 73.8 72.7 71.3 70.0 68.0 66.9 64.7 甲醇摩尔分数 液相x/％ 46.20 52.92 59.37 68.49 85.62 87.41 100 气相y/％ 77.56 79.71 81.83 84.92 89.62 91.94 100 二．精馏塔物性数据计算 1.操作温度计算 利用上表一中的数据由内插法可求得tF、tD、tW 进料：59.37?52.9271.3?72.7??tF ?82.22?C 19.42?52.92tF?72.791.44?87.41tLD?66.9??tLD?66.195?C 100?87.4164.7?66.964.7?tVD100?91.44??tVD?67.04?C 100?91.9464.7?66.9100?tw0?0.16??tw?99.78?C 0?5.31100?92.9塔顶： 塔釜： 则精馏段的平均温度 t1=提馏段的平均温度 t2=??tF?tD= 74.71℃ 2tF?tW=91 ℃ 2 2. 相对挥发度的计算 精馏段相对挥发度的计算 XA=0.5543 YA=0.7644 XB=0.4457 YB=0.2356 ??XBYA?2.61 XAYB提馏段相对挥发度计算 X’A=0.0979 Y’A=0.3106 X’B=0.9021 Y’B=0.6894 ??X'BY'A?4.15 X'AY'B3. 回流比的计算 根据1.01325×105 Pa下甲醇-水的气液平衡组成可绘出平衡曲线，即x-y曲线图。泡点进料，所以q=1，即q为一直线。本平衡具有下凹部分,操作线尚未落到平衡线，已与平衡线相切。 xq?xF?0.1942 13.15?20.8313.15?19.42??yq?0.6123 54.55?62.7354.55?100yqRminx?y?y?xDqq?0.7226 R?1.5Rmin?1.08 q 第二节 热量衡算 一．冷凝器的热负荷 冷凝器的热负荷 Qc＝(R＋1) D (IVD－ILD) 其中 IVD ——塔顶上升的蒸汽的焓 ILD ——塔顶熘出液的焓 IVD－ILD＝xD ?HV甲＋(1－xD) ?HV水 其中 ?HV甲 ——甲醇的蒸发潜热 ?HV水 ——水的蒸发潜热 组分 沸点 t /°C 蒸发潜热 ?Hr / Tc / K (kJ/ kg) 1105 512.6 甲醇 64.7