50万吨年甲醇精馏系统毕业设计(8)

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第27页

L?R?D?0.6383×966.2289=617.0337kmol/h

L'?L?q?F?617.0337+1×2439.1201=3056.1538kmol/h

V'?V?1583.2626kmol/h

表2-4物料衡算表

物料

流量（kmol/h）

组成

物料 精馏段上升 蒸汽量V 提馏段上升

塔顶产品D 966.2289 甲醇0.994 水0.006

塔底残液W 1552.1203 甲醇0.67

物流（kmol/h） 1583.2626 1583.2626 617.0337 3056.1538

进料F 2439.1201 甲醇0.820 水0.18

蒸汽量V’ 精馏段下降 液体量L 提馏段下降 液体量L’ 水0.33 2.3.2热量衡算[3]

1.加热介质和冷却剂的选择

①加热介质的选择

常用的加热剂有饱和水蒸汽和烟道气。饱和水蒸汽是一种应用最广的加热剂。由于饱和水蒸汽冷凝时的传热膜系数很高，可以通过改变蒸汽的压力准确地控制加热温度。燃料燃烧所排放的烟道气温度可达100～1000℃，适用于高温加热。缺点是烟道气的比热容及传热膜系数很低，加热温度控制困难。本设计选用0.7MPa（温度为180℃）的低压蒸汽作为加热介质，水蒸汽易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。 ②冷却剂的选择

常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。受当地气温限制，冷却水一般为10～35℃.如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。

本设计建厂地区为永城。永城市夏季最热月份日平均气温为32℃。故选用32℃的冷却水,选升温10℃，即冷却水的出口温度为42℃. 根据资料所提供的数据，tD=128.1℃，tW=134.2℃ 注：下标1为甲醇，下标2为水。

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2.冷凝器的热负荷

冷凝器的热负荷 QC?V?IVD?ILD? 其中 IVD-----------塔顶上升蒸汽的焓 ILD-----------塔顶馏出液的焓 对于全凝器作热量衡算（忽略热量损失）

因塔顶馏出液几乎为纯甲醇，故其焓可近似按纯甲醇进行计算，则全凝器的热负荷为（塔顶温度为128.1℃下，甲醇的汽化热为953.4809kJ/kg）

QC?953.4809×1583.2626×32.04=4.84×107 kJ/h

tD?128.1℃下，水的比热容为Cpc?4.265kJ/kg??C

??QC4.84?107WC???1134818.29 kg/h

??Cpc?t2?t14.265??42?32?3.再沸器的热负荷和加热蒸汽消耗量

在tW=134.2℃下，甲醇的汽化热为1025.26kJ/kg，水的汽化热为2254.24 kJ/kg

选用0.7MPa（700kpa，180℃）低压蒸汽为加热介质 再沸器的热负荷为

QB?V'?IVW?ILW?

因釜残液几乎为水，故其焓可按纯水进行计算，即

IVW?ILW?rB'?2254.24×18.02=40621.40kJ/kmol

则 QB?1583.2626×40621.40=6.43×107 kJ/h 加热蒸汽消耗量为

Wc?QC

cpc?t2?t1?由附录查得P为700kpa时水的汽化热为2071.5 kJ/kg。则

QB6.43?107Wh???31040.31kg/h

r2071.5中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第29页

2.3.3理论塔板数计算[7]

由于本次设计时的相对挥发度是变化的，所以不能用简捷法求得，应用图解法。

xRx?D 精馏段操作线方程为 y?R?1R?1x0.994?0.6067 截距 D?R?10.6383?1x连接（xD，xD），（0，D）与q线交于d点，连接（xW，xW）与d点，

R?1得到提馏段操作线、然后，由平衡线与操作线可得精馏塔理论板数，但由于

xW极小，利用作图法画出理论板数，如图所示，梯级数为12块。

图2-3 加压塔求理论塔板数的图解法

?塔顶温度下：PA=804.252kpa PB?=130.652kpa

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?PA ?D???804.252/130.652=6.156

PB?塔底温度下：PA=945.304kpa PB?=308.248kpa

?PA?W???945.304/308.248=3.067

PB全塔平均挥发度：?m??D??W?4.345

因为塔底设有再沸器，所以精馏塔理论板数要比梯级数少1，所以精馏塔理论板数为11块，精馏段为10块，提馏段为1块。 2.3.4精馏塔主要尺寸的设计计算 1.精馏塔设计的主要依据和条件

表2-5 水在不同温度下的密度

温度/℃ 密度/(g/ cm3)

60 0.9832

70 0.9778

80 0.9718

90 0.9653

100 0.9584

110 0.9510

表2-6 甲醇在不同温度下的密度

温度/℃ 密度/(g/ cm3)

10 0.8008

20 0.7915

30 0.7825

40 0.7740

50 0.7650

60 0.7555

表2-7 水在不同温度下的黏度

温度/℃ 黏度/mPa?s 80 0.3565 90 0.3165 100 0.2838 110 0.2589 120 0.2373 130 0.2177 表2-8甲醇在不同温度下的黏度

温度/℃ 黏度/mPa?s

10 0.686

15 0.638

20 0.591

65.31 0.332

71.86 0.295

98.52 0.225

用内插法可以计算出水和甲醇在塔顶、塔底和进料温度下的密度和黏度 举例：

90?8084.1?80???水?0.9691 g/ cm3

0.9653?0.9718?水?0.9718中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第31页

54?5384.1?53???水?0.2648mPa?s

0.5146?0.5229?水?0.5229表2-9 水和甲醇在不同温度下的密度

温度/℃ 水密度/(g/ cm3) 甲醇密度/(g/ cm3)

tD?128.1

0.9376 0.6908

tW?134.2

0.9331 0.6851

tF?107.2

0.9531 0.7107

表2-10 水和甲醇在不同温度下的黏度

温度/℃ 水黏度/(mPa?s) 甲醇黏度/(mPa?s)

tD?128.1

0.2214 0.1473

tW?134.2

0.2099 0.1313

tF?107.2

0.2624 0.2022

2.塔顶条件下的流量和物性参数

M?M1?xD?M2??1?xD??32.04×0.994+18.02×（1-0.994）=31.96kg/kmol

V1?M?V?31.96×1583.2626=50601.07kg/h L1?M?L?31.96×617.0337=19720.4kg/h xD?0.994?a1=0.993，a2=0.007

1?a1?a2?

0.9930.007??1.4450cm3/g

0.69080.9376?L?1?2所以 ?L?0.6920 g/ cm3=692.0 kg/ m3

?V?pM101.325?31.96?? 0.9707 kg/ m3 RT8.314??273.15?128.1??L??1xD??2?1?xD??0.2214×0.994+0.1473×（1-0.994）

=0.2210mPa?s

塔顶出料口质量流量：D=966.2289×31.96=30880.68 kg/h

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