甲醇—水分离过程填料精馏塔设计

甲醇—水分离过程填料精馏塔设计

1.设计方案的确定

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馏塔内。甲醇常压下的沸点为64.7℃，故可采用常压操作。用30℃的循环水进行冷凝。塔顶上升蒸汽用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储槽。因所分离物系的重组分为水，故选用直接蒸汽加热方式，釜残液直接排放。甲醇-水物系分离难易程度适中，气液负荷适中，设计中选用金属环矩鞍DN50填料。

2.精馏塔的物料衡算

2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率

甲醇的摩尔质量： M

甲

=32.04kg/kmol

水的摩尔质量: M

水

=18.02kg/kmol

X

F

=(0.46/32.04)/[0.46/32.04+0.54/18.02]=0.324

X

D

=(0.997/32.04)/[0.997/32.04+0.003/18.02]=0.995

X

W

=(0.005/32.04)/(0.005/32.04+0.995/18.02)=0.0028

2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

M

F

=0.324*32.04+(1-0.324)*18.02=22.56kg /kmol

M

D

=0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kg/kmol

M

W

=0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.06kg/kmol

2.3物料衡算

原料处理：q

n,F

=3000/22.56=132.98 kmol/h

总物料衡算: 30.728=q

n,D +q

n,W

甲醇物料衡算: 132.98*0.324=0.995 q

n,D +0.0028q

n,W

解得: q

n,D =43.05kmol/h q

n,W

=89.93kmol/h

3塔板数的确定

3.1甲醇-水属理想物系,故可用图解法求理论板层数.

3.1.1由以知的甲醇-水物系的气液平衡数据,绘出x-y图.

3.1.2求最小回流比及操作回流比

采用作图法求最小回流比:在x-y 图中对角线上，自点e （0.324,0.324）作垂线即为进料线.该线与平衡线的交点坐标: y =0.682 x =0.324 故最小回流比; R min=(x D –y q )/(y q –x q )=(0.995-0.682)/(0.682-0.324)=0.87. 取操作回流比:R=1.74

3.1.3求精馏塔的气液相负荷

q n,L =R* q n,D =1.74*43.05=74.91kmol/h

q n,V =(R+1)* q n,D =2.74*43.05=117.96kmol/h q 、n,L= q n,L +q n,F =74.91+132.98=207.89 kmol/h q 、n,V = q n,V =117.96 kmol/h 3.1.4操作线方程 精馏段：y=

=

=0.635x+0.363

提馏段：y ’===1.762-0.0021

3.1.5采用图解法求理论

求解结果为：总理论板数: N T =11 进料位置为: N F =7 3.2全塔效率E

绘出甲醇-水的气液平衡数据作t-x/y 图,

查得:

塔顶温度: t=64.6℃ 塔平均温度:t=82.0℃

塔釜温度: t=99.3℃ 精馏段平均温度:t=70.75℃ 进料温度: t=76.8℃ 提馏段平均温度:t=88.05℃ 82.0℃下进料液相平均粘度:

查手册有:μ甲=0.272mpas, μ水=0.3478mpas ，x 甲=0.192 y 甲=0.565

μ=X μ甲+(1-X) μ水=0.324*0.272+(1-0.324)*0.3478=0.323mpas

α===5.47

=0.49=0.49=0.43

3.3实际塔板数的求取

精馏段实际板层数: N=N/=6/0.43=13.95≈14块

提留段实际板层数: N =N/=5/0.43=11.63≈12块.

4 精馏塔的工艺条件及物性数据的计算

4.1平均摩尔质量

塔顶平均摩尔质量:

X=Y=0.995. 查平衡曲线(X-Y图)得:X=0.98 M

VD

=0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kmol/h

M

LD

=0.98*32.04+(1-0.98)*18.02=31.76kmol/h 进料板层平均摩尔质量:

查X-Y图得: Y

F =0.578 X

F

=0.196

M

VF

=0.578*32.04+(1-0.578)*18.02=26.12kmol/h

M

LF

=0.196*32.04+(1-0.196)*18.02=20.77kmol/h 塔底平均摩尔质量:

X

W =0.0028. Y

W

=0.013

M

VW

=0.013*32.04+(1-0.013)*18.02=18.20 kmol/h

M

LW

=0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.06kmol/h 精馏段平均摩尔质量:

M

VJ

=(+)/2=(31.97+26.12)/2=29.05 kmol/h

M

LJ

=(+)/2=(31.76+20.77)/2=26.27 kmol/h

提馏段平均摩尔质量:

M’

VJ

=(+)/2=(26.12+18.20)/2=22.16 kmol/h

M’

LJ

=(+)/2=(20.77+18.06)/2=19.41kmol/h

4.2平均密度计算

(1).气相平均密度:

由气液平衡图求得蒸汽平均温度：t

J = 70.75℃，t

T

=88.05℃

故得精馏段的蒸汽密度：

ρY，J =M T，J /22.4*[T0 /（T0 +t J）] =1.063kg/m3提留段的蒸汽密度：

Y，T =M

T，T

/22.4*[T

/（T

+t

T

）] =0.748kg/m3