甲醇乙醇的精馏

1.2流程的说明及方案确实定流程的说明首先，甲醇和乙醇的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入甲醇的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成甲醇和乙醇的别离。设计方案确实定精馏操作可在常压，加压，减压下进行。应该根据处理物料的性能和设计总原则来确定操作压力。例如对于热敏感物料，可采用减压操作。本次设计甲醇和乙醇为一般物料因此，采用常压操作。进料状态有五种：过冷液，饱和液，气液混合物，饱和气，过热气。但在实际操作中一般将物料预热到泡点或近泡点，才送入塔内。这样塔的操作比较容易控制。不受季节气温的影响，此外泡点进料精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造上也叫方便。本次设计采用泡点进料，即q=1。精馏塔釜的加热方式一般采用间接加热方式，假设塔底产物基本上就是水，而且在浓度极稀时溶液的相对挥发度较大，便可以采用直接加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热，在釜内只需安装鼓泡管，不需安装庞大的传热面，这样，操作费用和设备费用均可节省一些，然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断涌入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下。塔釜中易于挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍微有增加。但对有些物系。当残液中易挥发组分浓度低时，溶液的相对挥发度大，容易别离故所增加的塔板数并不多，此时采用间接蒸汽加热是合适的。塔顶的冷却方式通常水冷却，应尽量使用循环水。如果要求的冷却温度较低。可考虑使用冷却盐水来冷却。精馏过程的特性是重复进行气化和冷凝。因此，热效率很低，可采用一些改良措施来提高热效率。因此，根据上述设计方案的讨论及设计任务书的要求，本设计采用常压操作，泡点进料，间接蒸汽加热以及水冷的冷却方式，适当考虑热能利用。二・塔的工艺设计精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质用的塔设备首先必须要能使气、液两相得到充分接触，以到达较高的传质效率。塔设备设计要具备以下各种基本要求：1、气、液处理量大，即当生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带，拦液或液泛等破坏操作的现象。2、操作稳定，弹性大，即当塔设备的气、液负荷有较大范围的变动，仍能在较高的传质效率下进行稳定操作，并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性3、流体流动的阻力少，可降低操作费用。4、结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。5、耐腐蚀和不易堵塞，方便操作，调节和检修。6、塔内的滞留量要小。物料衡算原始数据表3—1原始液：甲醇和乙醇的混合物原料液处理量28000t/y 〔ly=300d*24h/d〕原料液〔含甲醇〕46%〔质量分数〕原料液温度25T塔顶产品〔含甲醇〕96%〔质量尔分数〕塔底残液〔含甲醇〕%〔质量分数〕回流比min热损失Q]=5%Qb热源条件5kgf/cm2查阅文献，整理有关物性数据表3—2甲醇和乙醇的物理性质名称分子式相对分子质量密度(20°C)kg/m3沸点()C比热容(20C)Kg/(kg.C)黏度(20C)导热数(20C)€/(m.C)外表张力,X„0 3(20C)N/m

甲醇〔A〕CH3OH791乙醇〔B〕耿O78951.料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数原料组成：¥ 46/32.04F⑷一46/32.04 54/46.07"(B)=1-0.5505=0.449596馏出液组成：乂^⑷二ge320^ =71932.0446.07%)=】一0-9719=0-02810720.5072釜出液组成心⑷=云+虽=32.0446.07兀⑻=1-0.0072=0.9928物料衡算已知D=D已知D=Dm•竺!t叫总物料衡算0-^^28000x1000x96%m2— t-M2 280X24X32.04F=D+W=1+W28000x1000x4% =1kmol/h280x24x46.07易挥发组分物料衡算719€1+072W=F联立以上二式得：F=kmol/h W=kmol/h表3—3物料衡算数据记录Fkmol/hD1kmol/hXdWkmol/h%072塔温确定由于各操作阶段的甲醇和乙醇的质量百分含量已确定，所以根据甲醇和乙醇

的质量百分含量，利用表中数据用内插值法求得各组分的温度。表3—4塔温温度相对挥发度塔顶甲醇的摩尔分数：心=t=65・3°CDa=1.74985进料甲醇的摩尔分数：Xf=0.5505仁=66.9C（泡点温度）a=1.7379塔底甲醇的摩尔分数：S=072t=77.2Cwa=1.6672q值的计算假设为泡点进料，则q二1。3.1塔的结构设计3精馏塔塔径的计算1473.1T€1473.1T€230.01554.3T+222.65甲醇： 得：lgP，7.879-A乙醇： 得:lgP，8.045-B将P,P€代入P€X€PX，P进行试差，求塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度:AB AABB1） 塔顶：巴=101.3+0.7=102kPa,百=x=0.9789,试差得t'匚1 A D D2） 进料板位置：11精馏段实际板层数：N蛀=10/55.07%弋18精每层塔板压降：AP=0.7kPa进料板压力：PF:,卩=Xf=0.6080,试差得tF疋3提馏段实际板层数：N护=38-18=20提塔釜压力：Pw：37=127.2kPa塔釜：xA=xw,试差得切:匚求得精馏段及提馏段的平均压力及温度:

P=Pd+Pf€108kPam2提馏段：t'm=Im2仃€73.5°CP+Pp=_w f=120.5kPam22.平均摩尔质量的计算：塔顶：MvDm；+(1一0.9789)xMl叶：+(1-0.9645)x进料板：MVFmX+(1—0.7272)x46.07=35.88kg/kmolMLFmX+(1—0.6095)x46.07=37.52kg/kmol塔釜：MVWmX+(1—0.0468)x46.07=45.41kg/kmolMLWmX+(1—0.0279)x46.07=45.69kg/kmol精馏段平均摩尔质量:My肌=%怙2M= MbFmkg/kmolLm2提馏段平均摩尔质量：M，ym=M"m吟“皿=40.65kg/kmol2MMMl肌= LWm=41.60kg/kmol23.平均密度的计算：1）汽相平均密度计算：PVm=PMRT精馏段汽相平均密度:Pym1）汽相平均密度计算：PVm=PMRT精馏段汽相平均密度:PymPmxMVmRT108,34.118.314,(273.15+64.75)kg/m3p,xM，提馏段汽相平均密度：叽=F皿=120.5,40.658.314,(273.15+73.5)=kg/m32）液相平均密度计算：丄=Y竺Pl Pi塔顶：卩人=749.25kg/m3,pB=750.11kg/m3得：PLDm=得：PLDm=1WaWrPaPb0・97749.25€°.03750.11进料板：P严3，Pb=747.4kg/m3得:P得:PLFm 1猜衿 °54746.4坛二kg/m3塔釜：p严3，Pb=735.04kg/m3得：PLWm a血PaPb精馏段液相平均密度:得：PLWm a血PaPb精馏段液相平均密度:=1-003 70.97733.5十735.04749.29+746.88,/QPLm= kg/m3kg/m3提馏段液相平均密度:PLm=2734.97+746・8825kg/m34•液体平均外表张力计算液体平均外表张力按下式计算:o ，工液体平均外表张力按下式计算:o ，工xoLm ii塔顶：-=6：匚，由《化工原理》〔第三版，化学工业出版社，陈敏恒〕附录得：aLDm=x1aA+（1-%1）°B645；18.35+0X18.40进料板：tF=6匚，查手册：aA，得：GLFm=xfga+（1-"f）aB=°・628><）X18.00mN/m塔釜：tw=匚，查附录：aA=16.80mN/m，%得：aLwm=XFaA+（1-%F）%426；）X17.18mN/m精馏段液体外表平均张力：近机=T勺丽mN/m提馏段液体外表平均张力：丐=抵咲认mN/mLm 25•液体平均黏度计算：

液体平均黏度按下式计算：lg"Lm=丫叫血坨塔顶：如C查由《化工原理》〔第三版，化学工业出版社，陈敏恒〕附录匕=0.315mPa・s, 陶=0.520mPa・s得："厶Dm=10^Xil9^imPa・s进料板：tFC,查附录:“A=0.305mPa・s,陶=0.485mPa・s得：^LFm=10^xilg^imPa・s塔釜：twC,查附录：“A=0.256mPa・s,陶=0.394mPa・s得:^LWm=1°对叽mPa・s精馏段液体平均黏度：如肌mPa・s提馏段液体平均黏度：舛mPa・s'Lm气液相体积流率计算精馏段汽相体积流率：匕=UMym=m3/ss 3600Pvm液相体积流率：L=LMm0216m3/sS 3600%V'M'提馏段汽相体积流率：V：= =m3/ss 3600p'VmL'M'液相体积流率：L= l—0385m3/ss 3600p'Lm塔径确实定塔径确实定，需求仏 =C”伽伽,C由下式计算：C二C（二）027Pvm 20200.40mC20由Smith0.40m取板间距HT二0.45m，板上液层高度hl二0.05m，则HT—hL二0.45—0.05匸（1）段塔径确实定图的横坐标为®（乩）1/2=O.02]748.085）。^,查smith图：冬Pv 15.66 1.311

SmithSmith图C20由Smith图查取。取板间距HT，0.45m,板上液层高度hl，°.°5m，则HT-hL，0.45-°.°5，°.4