50万吨年甲醇精馏系统毕业设计(7)

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第22页

表2-3常压下甲醇-水平衡数据表 温 度t ℃ 100 96.4 93.5 91.2 89.3 87.7 84.4 81.7 78.0

液相中甲醇 的摩尔分数

0.0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.15 0.20 0.30

气相中甲醇 的摩尔分数

0.0 0.134 0.234 0.304 0.365 0.418 0.517 0.579 0.665

温 度t ℃ 75.3 73.1 71.2 69.3 67.6 66.0 65.0 64.5

液相中甲醇 的摩尔分数

0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 1.0

气相中甲醇 的摩尔分数 0.729 0.779 0.825 0.870 0.915 0.958 0.979 1.0

2.2预精馏塔工艺计算

2.2.1物料衡算

预精馏塔的目的是首先对从合成塔过来的粗甲醇进行初步精馏，主要目的是除去其中的轻馏分，将甲醇作为重组分留在塔底以作为后续塔的进料，通过后面的加压塔、常压塔和回收塔对甲醇精馏得到精甲醇，因此预精馏塔的主要产品是轻馏分，所以此塔的物料衡算应取轻馏分的量进行计算。 已知：进料的M =30.49kg/kmol M甲醇=32.04kg/kmol M水=18.02kg/kmol 进料流量 F=ws=67925kg/h，甲醇的质量分率Wt=95%，水的质量分率 Wt=3.72%，轻馏分的质量分率Wt=1.11%，另有杂醇和乙醇的量较少，这里忽略不计。摩尔分率单位：%，由于轻馏分的平均分子没法确定，因此通过对其它组分的摩尔分率计算推出轻馏分的摩尔分率。

w进料的摩尔流量 F?s=67925/30.49=2227.7796kmol/h

M甲醇的摩尔分率 （（95×67925/100）/32）/2227.7796=0.91 水的摩尔分率 （（3.72×67925/100）/18）/2227.7796=0.06 则 xF=1-0.91-0.06=0.03

根据工艺流程图，确定塔顶产品的摩尔流量和塔顶产品组成

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D=2360/32.82=71.9074kmol/h xD=0.47

根据物料衡算方程 F?D?W? W=2155.8722kmol/h F?xF?D?xD?W?xW

计算出 2227.7796×0.03=71.9074×0.47+2155.8722×xW?xW=0.015 由于轻馏分是多种物质的混合物，因此无法得到其物性参数以及轻馏分与重组分甲醇的平衡数据，所以无法计算对预精馏塔进行物料衡算和能量衡算，以及填料层高度，塔径的计算，但预精馏塔属于本设计第一个塔设备，也是关键设备之一，所以对预精馏塔的设备参数选取实际现场的数据，这里给予说明。

2.2.2全塔高度和塔径的确定[5]

1.填料层高度的确定

精馏段填料选择为TJW2型，精馏段填料高度为3650mm，提馏段填料选择为TJH50型，提馏段填料高度为11200mm，全塔填料高度为14850mm，即14.85m。 2.塔顶空间

塔顶空间是塔顶第一块塔板到塔顶切线距离。对于填料塔而言，塔顶空间即为第一层填料上线到塔顶切线的距离。为了减少塔顶出口气体中携带液体量，塔顶空间一般取1.2～1.5m，以利于气体中的液滴自由沉降。本设计取塔顶空间为1.5m。

3.塔内液体分布器高度

本设计选用的是槽式液体分布器和槽盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问题，压降小、负荷弹性大。

因填料分三段，则需两组液体分布器，确定液体分布器在塔内高度为1.41m，第二组高度为1.26m，其高度为1.41+1.26=2.67m。 4.塔底空间

塔底空间是指塔底第一块板到塔底切线的距离。对于填料塔而言，塔底空间是指最后一层填料底线到塔底切线的距离。本设计取塔底空间为4.8m。 5.裙座高度

裙式支座是由座圈、基础环和地脚螺栓座组成。座圈上开有人孔、引出管孔、排气孔和排污孔。座圈焊固在基础环上，基础环的作用，一是将载荷传给基础，二是在它的上面焊制地脚螺栓座，地脚螺栓座是由两块筋板、一

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块压板和一块垫板组成，地脚螺栓正是通过地脚螺栓座将裙座牢牢地固定在基础上。裙座高度是指从塔底封头切线到基础环之间的高度，今以圆柱型裙座为例，可知裙座高度是由塔底封头切线到出料管中心线的高度h和出料管中心线至基础环的高度H两部分组成。h 的最小尺寸是由釜液出口管尺寸决定，H则应按工艺条件确定。

图2-1 塔底裙座结构图

本设计中采用圆柱型裙座，裙座高度选取7.5m。 6.全塔高度为

全塔高度=塔顶空间+塔内液体分布器高度+塔底空间+裙座高度+填料层高度

H=1.5+2.67+4.8+7.5+14.85=31.32m

7.塔径

根据现场的数据选取塔径为2800mm。

2.3加压精馏塔工艺计算[3]

2.3.1物料衡算

已知：M =30.23kg/kmol M甲醇=32.04kg/kmol M水=18.02kg/kmol 进料流量 F=ws=73734.6kg/h 甲醇的质量分率 Wt=87% 水的质量分率

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Wt=13% 另外还有乙醇和杂醇的量较小，这里忽略不计。摩尔分率单位：% 进料的摩尔流量 F?ws=73734.6/30.23=2439.1201kmol/h M甲醇的摩尔分率 xF=（（87×73734.6/100）/32）/2439.1201=0.82 D=966.2289kmol/h W=1552.1203kmol/h xW=0.67 根据物料衡算方程 F?D?W

F?xF?D?xD?W?xW

计算出 2439.1201×0.82=966.2289×xD+1552.1203×0.67?xD=0.994 进料温度tF（1000kPa） tF?107.2℃，取泡点进料q=1 塔顶温度为tD?128.1℃

在tF?107.2℃温度下，根据安托因公式计算出甲醇和水的饱和蒸汽压，注：水的安托因常数为A=7.1827，B=1722.632，C=232.7987[4]。

BlgP??A?

t?C式中 P?------饱和蒸汽压，KPa； t-----物系温度，℃。

代入数据得，水的饱和蒸汽压PB=130.652kpa。 甲醇的安托因常数为A=18.5875，B=3626.55，C=-34.29

BlnP??A?

T?C式中 P?------饱和蒸汽压，mmHg； T-----物系温度，K。

?代入数据得，甲醇的饱和蒸汽压PA=442.77 kpa.

?回流比确定

由甲醇-水的平衡数据绘制x-y图 用作图法求最小回流比Rmin

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由于进料为泡点进料q=1，所以画q线与平衡线交点，用交点坐标x,y求最小回流比

图2-2作图法求最小回流比

??P?A442.77P??

?3.39 B130.652 RxD?yqmin?y?994?933.5818q?xq933.5818?820?0.5319

操作回流比可取为最小回流比的1.1～2.0倍，所以取

R?1.2Rmin?1.2×0.5319=0.6383

所以，回流比确定为R?0.6383

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