甲醇-水物系的气液平衡数据
山东省2024年化工工程师资料：SBR工艺概况模拟试题
山东省2024年化工工程师资料：SBR工艺概况模拟试题本卷共分为2大题50小题，作答时间为180分钟，总分100分，60分及格。
一、单项选择题（共25 题，每题 2 分，每题的备选项中，只有 1 个事最符合题意）1、相变潜热是指____A：物质发生相变时汲取的热量或释放的热量;B：物质发生相变时汲取的热量;C：物质发生相变时释放的热量;D：不能确定2、如工艺上要求采纳差压式流量计测量气体的流量，则取压点应位于节流装置的____A：上半部;B：下半部;C：水平位置;D：上述三种均可3、含有10%(体积分数)C2H2的某种混合气体与水充分接触，系统温度为30℃，总压为105.0kPa。
已知30℃时C2H2在水中的亨利系数为1.48×105kPa，水的密度为995.7kg/m3。
则达平衡时液相中C2H2的摩尔组成为__。
A．(A) 3.924×10-3B．(B) 3.924×10-2C．(C) 2.717×10-3D．(D) 3.786×10-24、下列符号中代表指示、限制的是____A：TIC;B：TdRC;C：PdC;D：AC5、单程转化率指____A：目的产物量/进入反应器的原料总量′100%;B：目的产物量/参与反应的原料量′100%;C：目的产物量/生成的副产物量′100% ;D：参与反应的原料量/进入反应器的原料总量′100%6、一步法乙烯干脆氧化制乙醛，由于催化剂中含有盐酸，所以反应器的材质应为____A：橡胶;B：碳钢;C：不锈钢;D：碳钢外壳内衬两层橡胶再衬两层耐酸瓷砖7、在初步设计中工艺流程设计依据各个阶段不同要求，应绘制__。
A．(A) 工艺流程方框图、工艺流程草图和带限制点的工艺流程图B．(B) 工艺流程方框图、工艺流程草图、物料流程图和带限制点的工艺流程图C．(C) 管道布置图D．(D) 仪表布置图8、板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长宽高为810mm×810mm×42mm，总框数为10，滤饼体积与滤液体积比为v=0.1，已知过滤10min，得滤液量为1.31m3，再过滤10min，共得滤液量为1.905m3。
甲醇-水精馏化工原理课程设计
10000kg/h 甲醇~水精馏装置设计一、概述..................................................... 错误!未定义书签。
设计依据................................................ 错误!未定义书签。
技术来源................................................ 错误!未定义书签。
设计任务及要求.......................................... 错误!未定义书签。
二、计算过程................................................. 错误!未定义书签。
1 设计方案及设计工艺的确定............................... 错误!未定义书签。
设计方案............................................ 错误!未定义书签。
.设计工艺的确定.......................................... 错误!未定义书签。
、工艺流程简介........................................... 错误!未定义书签。
2. 塔型选择.............................................. 错误!未定义书签。
3. 操作条件的确定........................................ 错误!未定义书签。
操作压力............................................ 错误!未定义书签。
进料状态............................................ 错误!未定义书签。
加热方式的确定....................................... 错误!未定义书签。
化工原理课程设计甲醇和水.doc
目录摘要 (3)Abstract (3)引言 (1)第1章设计条件与任务 (2)1.1设计条件 (2)1.2设计任务 (2)第2章设计方案的确定 (3)2.1操作压力 (3)2.2进料方式 (3)2.3加热方式 (3)2.4热能的利用 (3)第3章精馏塔的工艺设计 (5)3.1全塔物料衡算 (5)3.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数 (5)3.1.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量 (5)3.1.3物料衡算进料处理量 (5)3.1.4物料衡算 (5)3.2实际回流比 (6)3.2.1最小回流比及实际回流比确定 (6)3.2.2操作线方程 (7)3.2.3汽、液相热负荷计算 (7)3.3理论塔板数确定 (7)3.4实际塔板数确定 (7)3.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 (8)3.5.1操作压力计算 (8)3.5.2操作温度计算 (8)3.5.3平均摩尔质量计算 (8)3.5.4平均密度计算 (9)3.5.5液体平均表面张力计算 (10)3.6精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (11)3.6.1塔径计算 (11)3.6.2精馏塔有效高度计算 (13)第4章塔板工艺尺寸的计算 (14)4.1精馏段塔板工艺尺寸的计算 (14)4.1.1溢流装置计算 (14)4.1.2塔板设计 (15)4.2提馏段塔板工艺尺寸设计 (15)4.2.1溢流装置计算 (15)4.2.2塔板设计 (16)4.3塔板的流体力学性能的验算 (16)4.3.1精馏段 (16)4.3.2提馏段 (18)4.4板塔的负荷性能图 (19)4.4.1精馏段 (19)4.4.2提馏段 (21)第5章板式塔的结构 (23)5.1塔体结构 (23)5.1.1塔顶空间 (23)5.1.2塔底空间 (23)5.1.3人孔 (23)5.1.4塔高 (23)5.2塔板结构 (24)第6章附属设备 (24)6.1冷凝器 (24)6.2原料预热器 (24)第7章接管尺寸的确定 (26)7.1蒸汽接管 (26)7.1.1塔顶蒸汽出料管 (26)7.1.2塔釜进气管 (26)7.2液流管 (26)7.2.1进料管 (26)7.2.2回流管 (26)7.2.3塔釜出料管 (26)第8章附属高度确定 (28)8.1筒体 (28)8.2封头 (28)8.3塔顶空间 (28)8.4塔底空间 (28)8.5人孔 (28)8.6支座 (28)8.7塔总体高度 (28)第9章设计结果汇总 (30)设计小结与体会 (32)参考文献 (33)摘要课程设计不同于平时的作业，在设计中需要我们自己做出决策，即自己确定方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备计算，并要求自己的选择作出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。
化工原理课程设计——水与甲醇精馏 精典版
目 录前 言............................................... 错误!未定义书签。
第一节 设计方案.................................................... 5 1.1操作条件的确定 ................................................ 5 1.操作压力的确定 ................................................ 5 2.进料状态 ...................................................... 5 3．加热方式 ..................................................... 6 4.回流比 ........................................................ 6 1.2确定设计方案的原则 ............................................ 7 第二节 工艺流程图................................................... 7 第三节 板式精馏塔的工艺计算........................................ 8 3.1 物料衡算 ...................................................... 8 3.3 理论塔板数的计算 .............................................. 9 3.4实际板数的确定 ............................................... 11 第四节 塔径塔板工艺尺寸的确定...................................... 13 4.1 各设计参数 .. (13)4.1.1 操作压力精m p ............................ 错误!未定义书签。
甲醇-水精馏课程设计—化工原理课程设计
甲醇-水分离过程板式精馏塔的设计1.设计方案的确定本设计任务为分离甲醇和水混合物。
对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。
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。
塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。
该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.8倍。
塔釜采用间接蒸汽加热①。
2.精馏塔的物料衡算2.1.原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量M A=32.04kg/kmol水的摩尔质量M B=18.02 kg/kmolx F=0.46/32.040.324 0.46/32.040.54/18.02=+x D=0.95/32.040.914 0.95/32.040.05/18.02=+x W=0.03/32.040.0171 0.03/32.040.97/18.02=+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(10.324)*18.0222.56+-=kg/kmol M D=0.914*32.04(10.914)*18.0230.83-=kg/kmol M W=0.0171*32.04(10.0171)*18.0218.26+-=kg/kmol 2.3.物料衡算原料处理量F=30000*1000184.724*300*22.56=kmol/h总物料衡算184.7=D+W甲醇物料衡算184.7*0.324=0.914D+0.0171W 联立解得D=63.21 kmol/hW=121.49 kmol/h3.塔板数的确定3.1.理论塔板层数N T的求取3.1.1.由手册查的甲醇-水物系的气液平衡数据温度饱和蒸汽压（甲醇）kPa 饱和蒸汽压（水）kPa 64.5 101.3 25.00370 125.1458 31.15775 150.8157 38.54480 180.667 47.34385 215.19957.80890 254.946970.09595 300.48384.513100 352.4169101.3由上数据可绘出x-y图和t-x(y)图。
甲醇与水填料精馏塔的设计任务书
食品工程原理课程设计说明书甲醇、水填料精f留塔的设计姓名:学号:班级:指导老师:一、设计任务书 (3)二、设计方案简介 (3)三、工艺计算 (5)1.基础物性数据 (5)(1)液相物性的数据 (5)(2)气相物性数据 (5)(3)......................................................................................................................... 气液相平衡数据.. (5)(4)......................................................................................................................... 物料衡算62.填料塔的工艺尺寸的计算 (7)(1)塔径的计算 (7)(2)填料层高度计算 (9)(3)填料塔附属高度及总高计算 (11)(4)填料层压降计算 (11)(5)液体分布器简要设计 (12)(6)吸收塔接管尺寸计算 (13)四、设计一览表 (13)五、主要符号说明 (14)六、参考文献 (15)七、附图 ..............................................................食品工程原理课程设计任务书设计题目：分离甲醇-水混合物的填料精馏塔第一章流程的确定和说明一、加料方式加料方式有两种，高位槽加料和泵直接加料。
采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。
通过重力加料，可以节省一笔动力费用。
但由于多了高位槽，建设费用相应增加，采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单、安装方便；如采用自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控制原理较复杂，且设备操作费用高。
甲醇--水
1、前言1．1塔设备的类型塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。
塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。
因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。
根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。
板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。
气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。
填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。
液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。
气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。
目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。
蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。
1．2板式塔的类型与选择板式塔为逐级接触式气液传质设备。
在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。
气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。
板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便。
按照塔内气液流动的方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。
错流塔板：塔内气液两相成错流流动，即流体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，但对整个塔来说，两相基本上成逆流流动。
错流塔板降液管的设置方式及堰高可以控制板上液体流径与液层厚度，以期获得较高的效率。
但是降液管占去一部分塔板面积，影响塔的生产能力；而且，流体横过塔板时要克服各种阻力，因而使板上液层出现位差，此位差称之为液面落差。
分离甲醇水混合液的筛板精馏塔的设计计算
化工原理课程设计分离甲醇-水混合液的筛板精馏塔设计潍坊学院小组成员：吴鑫李春阳袁旭目录第一章设计题目 (6)第二章工艺计算 (7)2.1精馏塔的物料衡算 (7)2.2塔板数的确定 (8)N的求取 (9)2.2.1理论板数T2.3工艺条件及有关物性数据计算 (10)2.3.1 图解法求理论塔板数 (10)2.3.2操作压力计算 (11)2.3.3 操作温度计算 (11)2.3.4相对挥发度的计算 (12)2.3.5平均摩尔质量计算 (12)2.3.6平均密度的计算 (13)2.3.7体平均表面张力计算 (15)2.3.8液体平均黏度计算 (16)2.3.9实际塔板数的计算 (17)2.4塔的主要工艺尺寸计算 (18)2.5塔板主要工艺尺寸的计算 (19)2.5.1溢流装置计算 (19)2.5.2塔板板面布置 (21)2.5.3筛孔计算及排列 (21)2.6筛板的流体力学验算 (22)2.6.1液面落差 (23)2.6.2液沫夹带 (23)2.6.3漏液 (23)2.7负荷性能图 (24)2.7.1漏液线（气相负荷下限线） (24)2.7.2 液体流量下限线 (24)2.7.3液体流量上限线 (25)2.7.4 过量液沫夹带线 (25)2.7.5 液泛线 (25)2.7.6塔板工作线 (28)第三章设计总结 (29)第四章附属设备的选型与设计 (31)4.1冷凝器的选择 (31)4.2再沸器的选择 (32)第五章塔附件的设计 (33)5.1接管的计算与选择 (33)5.1.1进料管 (33)5.1.2回流管 (33)5.1.3塔底出料管 (33)5.1.4塔顶蒸汽出料管 (34)5.1.5塔底进气管 (34)5.2 筒体 (34)5.3 封头 (34)5.4法兰的选取 (34)5.5裙座 (35)5.6人孔 (35)第六章塔总高度设计 (36)6.1塔顶部空间高度 (36)6.2塔总体高度计算 (36)第七章设计心得 (37)参考文献 (38)前言精馏是利用液体混合物中各组分挥发性的差异对其进行加热，然后进行多次混合蒸气的部分冷凝和混合液的部分加热汽化以达到分离目的的一种化工单元操作。
化工原理下天津大学版习题答案
第五章蒸馏1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。
苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。
t（℃）80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B*，P A*，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-P B*)/(P A*-P B*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。
以t = 80.1℃为例x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃2.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。
温度C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3K C6H14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3解：根据附表数据得出相同温度下C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时P B* = 1.3kPa查得P A*= 6.843kPa得到其他温度下A¸B的饱和蒸汽压如下表t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3P A*(kPa) 6.843 8.000 12.472 13.300 26.600 29.484 33.425 48.873 53.200 89.000 101.300P B*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以260.6℃时为例当t= 260.6℃时x = (P-P B*)/(P A*-P B*)=（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1平衡气相组成以260.6℃为例当t= 260.6℃时y = P A*x/P = 13.3×1/13.3 = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0根据平衡数据绘出t-x-y曲线3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。
化工原理甲醇—水精馏塔设计
沈阳化工大学化工原理课程设计说明书专业: 制药工程班级：制药1102学号：设计时间：2014.5.20----2014.6.20成绩：化工原理课程设计任务书设计题目：分离甲醇-水混合液的填料精馏塔二原始数据及条件生产能力：年生产量甲醇1万吨（年开工300天）原料：甲醇含量为30%（质量百分数，下同）的常温液体分离要求：塔顶甲醇含量不低于95%，塔底甲醇含量不高于0.3%。
建厂地区：沈阳三设计要求（一）.一份精馏塔设计说明书，主要内容要求：（1）.前言（2）.流程确定和说明（3）.生产条件确定和说明（4）.精馏塔设计计算（5）.主要附属设备及附件选型计算（6）.设计结果列表（7）.设计结果的自我总结与评价（8）.注明参考和试用的设计资料（9）.结束语（二）．绘制一份带控制点工艺流程图。
（三）．制一份精馏塔设备条件图四．设计日期：2013年5月20日至6月20日前言精馏塔分为板式塔和填料塔两大类。
填料塔又分为散堆填料和规整填料两种。
板式塔虽然结构较简单，适应性强，宜于放大，在空分设备中被广泛采用。
但是，随着气液传热、传质技术的发展，对高效规整填料的研究，一些效率高、压降小、持液量小的规整填料的开发，在近十多年内，有逐步替代筛板塔的趋势。
实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。
对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。
精馏塔的优点：归纳起来，规整填料塔与板式塔相比，有以下优点：1)压降非常小。
气相在填料中的液相膜表面进行对流传热、传质，不存在塔板上清液层及筛孔的阻力。
在正常情况下，规整填料的阻力只有相应筛板塔阻力的1/5～1/6；2)热、质交换充分，分离效率高，使产品的提取率提高；3)操作弹性大，不产生液泛或漏液，所以负荷调节范围大，适应性强。
汽液平衡
一、实验目的1．测定甲醇—水二元体系在常压下的气液平衡数据，绘制相图。
2．通过实验了解平衡釜的结构，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。
3．应用NRTL方程关联实验数据。
二、实验原理气液平衡数据是化学工业发展新产品、开发新工艺、减少能耗、进行三废处理的重要基础数据之一。
化工生产中的蒸馏和吸收等分离过程设备的设计、改造以及对最佳工艺条件的选择，都需要精确可靠的气液平衡数据。
化工生产过程均涉及相间物质传递，故气液平衡数据的重要性是显而易见的。
随着化工生产的不断发展，现有气液平衡数据远不能满足需要。
许多物系的平衡数据，很难由理论直接计算得到，必须由实验测定。
相平衡研究的经典方法是首先测定少量的实验数据，然后选择合适的模型关联，进而计算平衡曲线；这其中，最常用到的是状态方程法和活度系数法。
气液平衡数据实验测定方法有两类，即间接法和直接法。
直接法中有静态法、流动法和循环法等。
其中以循环法应用最为广泛。
若要测得准确的气液平衡数据，平衡釜的选择是关键。
现已采用的平衡釜形式有多种，且各有特点，应根据待测物系的特征，选择适当的釜型。
平衡釜的选择原则是易于建立平衡、样品用量少、平衡温度测定准确、气相中不夹带液滴、液相不返混及不易爆沸等。
用常规的平衡釜测定平衡数据，需样品量多，测定时间长。
本实验用的小型平衡釜主要特点是釜外有真空夹套保温，釜内液体和气体分别形成循环系统，可观察釜内的实验现象，且样品用量少，达到平衡速度快。
以循环法测定气液平衡数据的平衡釜类型虽多，但基本原理相同，如图1所示。
当体系达到平衡时，两个容器的组成不随时间变化，这时从A和B两容器中取样分析，即可得到一组平衡数据。
图1 平衡法测定气液平衡原理图当达到平衡时，除了两相的压力和温度分别相等外，每一组分的化学位也相等，即逸度相等，其热力学基本关系为：常压下，气相可视为理想气体，1=i ϕ；再忽略压力对液体逸度的影响，i p =i f 从而得出低压下气液平衡关系式为：式中P ——体系压力（总压）；0i p ——纯组分i 在饱和温度下饱和蒸汽压；i i x y 、——分别为组分i 在液相和气相中的摩尔分率；i γ——组分i 的活度系数。
山西省2016年下半年化工工程师《基础知识》：热力学第二定律试题
山西省2016年下半年化工工程师《基础知识》：热力学第二定律试题一、单项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，只有1个事最符合题意）1、某理想气体反应，反应式中各物质计量数的代数和ΣνB(g)=-1.5，反应的△rCV,m。
A．(1.5RB．(3RC．(0D．(2.5R2、用铁制成三个大小不同的球体，则三个球体的密度是____A：体积小的密度大;B：体积大的密度也大;C：三个球体的密度相同;D：不能确定3、在苯氯化生产氯苯过程中，已知：氯化塔每小时生产纯氯苯800kg，从氯化塔出来的氯化液的组成为：C6H668%(质量百分数，下同)、C6H5Cl 30%、C6H4 1.5%、HCl 0.5%。
操作温度82℃，进料苯的纯度为100%、氯气纯度为95%(体积百分数)。
假定氯气全部参与反应，则排出气体的质量为__。
A．(278.07kgB．(294.67kgC．(291.4kgD．(308.0kg4、如图所示为同一温度下A、B、C三种气体在水中的溶解度曲线。
由图可知，它们的溶解度由大到小的次序为（）。
A．A，B，CB．C，B，AC．C，A，BD．A，C，B5、有一湿纸浆含水50%，干燥后原有水分的50%除去，干纸浆中纸浆的组成为____A：50%;B：25%;C：75%;D：67%6、如果1mol的理想气体(绝热指数k=1.66)进行可逆绝热膨胀，初态压力为p1=300kPa，温度T1=300K，终态压力p2=150kPa，则这一过程中体系对环境所做的功为__。
A．(A) 1728.8J·mol-1B．(B) 910.3J·mol-1C．(C) -1727.8J·mol-1D．(D) -910.3J·mol-17、一台离心泵开动不久，泵入口处的真空度正常，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。
发生故障的原因是____A：忘了灌水;B：吸入管路堵塞;C：压出管路堵塞;D：吸入管路漏气8、在控制系统中，调节器的主要功能是____A：完成偏差的计算;B：完成被控量的计算;C：直接完成控制;D：完成检测9、带控制点流程图一般包括图形、标注、____ 、标题栏等。
甲醇精馏塔计算
甲醇精馏塔的工艺计算.1 物料衡算甲醇摩尔质量 M A =32.04kg/kmol 水的摩尔质量 M B =18.02kg/mol4032.040.27274032.046018.02F x ==+9532.040.91439532.04518.02D x ==+3.532.040.02043.596.518.02W x ==+⑵原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量0.272732.04(10.2727)18.0221.84/F M kg kmol =⨯+-⨯= 0.914332.04(10.9143)18.0230.83/D M kg kmol =⨯+-⨯= 0.020432.04(10.0204)18.0218.31/W M kg kmol =⨯+-⨯=年操作时间为8000h 计算原料量为：9.8710/800021.84560.9/kmol h ⨯⨯= 总物料衡算：F=D+W （2.1）560.9/kmol h =D+WF D W x F x D x W =+ （2.2）560.9⨯0.2727=D ⨯0.9143+W ⨯0.0204 联立解得W=402.5/kmol hD=158.4/kmol h第2.3节 精馏装置的热量衡算2.3.1 冷凝器冷凝器热负荷为：(1)()()C V L V L Q R D I I V I I =+⨯-=- （2.3）由于塔顶流出液几乎为甲醇，可按纯甲醇的摩尔焓计算，若回流在饱和温度下进 入塔内，则, V L I I r -= （2.4） 查X-Y 图，当D X =0.9143时，泡点温度为65℃，查的该温度下汽化潜热为 610/kJ kmol故 r=610⨯32.04=19544.4/kJ kmol所以 C Q = V r （2.5）C Q = V r =441.8 ⨯19544.4=8.63⨯610/kJ h由于冷却水进出冷凝器的温度分别为25℃及35℃，所以冷却水消耗量为：21()CC PCQ W t t C =- （2.6）6218.6310() 4.187(3525)C C PC Q W t t C ⨯===-⨯- 2.06510⨯/kg h2.3.2 再沸器再沸器热负荷为：'''()B V L Q V I I =- （2.7）同样，釜液为甲醇溶液，古其焓可以按甲醇的摩尔焓计算'''V L I I r -=查图，W X =0.0204 时，泡点温度为94.95℃，查的该温度下得汽化潜热为：'r =675⨯32.04=21627/kJ kmol所以，''V r =44.18⨯21627=9.55⨯610/kJ h 查的水的汽化潜热为： 11785/kJ kgBQ Wh r=(2.8) B Q Wh r ==639.55100.811011785⨯=⨯/kJ h 第3章 塔板数的确定第3.1节 最小回流比及操作回流比3.1.1 挥发度计算由于甲醇-水溶液属于理想物系，则甲醇-水溶液的 t-x-y 表得：表3.1 甲醇-水物系的气液平衡相图数据如下：甲醇-水的取t=72.15℃时计算相对挥发度A A Ay pp x ︒=(3.1) 0.802101.3147.70.55A A A y p p x ︒⨯===a kP A A p y p = (3.2)0.802101.381.24A A a p y p kP ==⨯=1A ABAp x p p x ︒︒-=- (3.3) 101.30.5514.7744.58110.55A ABa A p x p p kP x ︒︒--⨯===--(1)B B A P P x ︒=- (3.4)(1)44.58(10.55)20.06B B A P P x ︒=-=⨯-=a kP(1)B A x x =- (3.5)(1)10.550.45B A x x =-=-=A BAB B Ap xa P x =(3.6)81.240.453.31520.060.55A BAB B Ap xa P x ⨯===⨯3.1.2 求最小回流比及操作回流比0.2727q F x x ==1(1)q q qax y a x =-- (3.7)3.3150.27270.55431(1)1(3.3151)0.2727q q qax y a x ⨯===--+-⨯故最小回流比为：min D q q qx y R y x -=- (3.8)min 0.91340.55431.2780.55340.2727D q q qx y R y x --===--min 1.4 1.4 1.278 1.789R R ==⨯=3.1.3 求精馏塔的气液相负荷L=R ⨯D=1.789⨯158.4=283.4/kmol hV=(R+1)⨯D=(1+1.789)⨯158.4=441.8/kmol h'L L Fq =+ =283.4+1⨯560.9=844.3/kmol h'V =V =441.8/kmol h3.1.4 求操作线方程精馏段操作线方程D L Dy x x V V=+ (3.9) '283.4158.40.91430.6450.3178441.8441.8D L D y x x x x V V ⨯=+=+=+ 提留段操作线方程'''''W L Wy x x V V=- (3.10)'''''''844.340.250.0204 1.9110.01859441.8441.8W L W y x x x x V V ⨯=-=-=-第3.2节 逐板法求理论塔板层数由于进料采用泡点进料，则：1y =D x(1)yx y a y =+- (3.11)10.9143D y x == 代入 1111(1)y x y a y =+-2223.315(1)y y y =+- 解得： 1x =0.7632代入 20.64150.3278y x =+ 解得： 2y =0.8174代入 2222(1)y x y a y =+-2223.315(1)y y y =+- 解得 2x =0.5745 同理解得，3y = 0.6963 ;3x =0.4088 4y =0.59 ;4x =0.3027 5y = 0.522 ;5x =0.24775F x x <'5x =0.2477 代入 ''6 1.9110.01859y x =- 解得， '6y =0.4548 代入 '66''66(1)y x y a y =+-'6''663.315(1)y y y =+- 解得，'6x =0.2010同理解得，'7y =0.3655 ;'7x = 0.1480 '8y =0.2642 ;'8x =0.09774 '9y =0.1682 ;'9x =0.05750 '10y =0.09131 ;'10x =0.02943 '11y =0.03765 ;'11x =0.01166 '11x <W x 求解的结果为：总理论塔板数： T N =11 块（包括再沸器） 理论进料板数 ：F N =5 块第3.2节 实际板层数的求解精馏段实际板层数：4852%N ==精 块提留段实际板层数：71452%N==提块TTPNEN=（3.12）实际塔板数：112252%TPTNNE===块。
甲醇水汽液平衡
ropt 1.01670 1.01772 1.02178 1.02687 1.03195 1.03703 1.04212 R/Rmin 1.000 1.001 1.005 1.01 1.015 1.02 1.025年总费用1344560.33 1329387.811318482.11314831.5% 2.37% 1.22% 0.39% 0.07% 0.06% 0.08% 0.11% ropt 1.04720 1.05228 1.05533 1.05737 1.06754 1.07770 1.08787 R/Rmin 1.03 1.035 1.038 1.04 1.05 1.06 1.07年总费用% 0.25% 0.36% 0.42% 0.46% 0.77% 1.05% 1.41% ropt 1.09804 1.10820 1.11837 1.22004 1.32171 1.42338 1.52505 R/Rmin 1.08 1.09 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5年总费用% 1.73% 2.06% 2.67% 6.57% 10.67% 14.94% 19.25% ropt 1.62672 1.72839 1.83006 1.93173 2.0334 0 0R/Rmin 1.6 1.7 1.8 1.9 2 0 0年总费用1557936.51607201.2% 36.56% 41.37% 46.48% 51.27% 56.16% 31.05% 35.19%附录二甲醇—水汽液平衡数据(摩尔组成)t x y t x y100.00 0.00 0.000 75.30 0.40 0.729 96.40 0.02 0.134 73.10 0.50 0.779 93.50 0.04 0.234 71.20 0.60 0.825 91.20 0.06 0.304 69.30 0.70 0.870 89.30 0.08 0.365 67.60 0.80 0.915 87.70 0.10 0.418 66.00 0.90 0.958 84.40 0.15 0.517 65.00 0.95 0.979 81.70 0.20 0.579 64.50 1.00 1.000 78.00 0.30 0.665附录一甲醇—水系统的主要物理性质附录三优化设计程序源代码优化程序'定义全局变量Dim J1#, J2#, J3#, J4#, JJ#Dim N#, R#, Ropt#Dim lilunbanshu#, jinliaoweizhi%, tajing#, chukouwendu#, chuanremianji#, zongtagao#, tiliuduanbanshu#, jinliuduanbanshu#Dim XF#, F#, q#, XD#, D#, td#, rD#, po#, u#, Rmin#, t1#, Cw#, Cp#, SI#, HETP#Dim Co#, HA#, f1#, f2#, a#, b#, FL#, θ#, ρ#, bo#, Fc#'优化所需参数Public Sub Form_Load()XF = 0.3151: F = 402.34: q = 1XD = 0.982: D = 128.97: td = 64.93: rD = 35373.48: po = 101.3u = 5.4464: Rmin = 1.0167t1 = 20: Cw = 0.0002: Cp = 4.1875: Co = 0.03: cpa = 15674.4HETP = 0.462: HA = 6f1 = 1: f2 = 6.5: a = 487: b = 0.72: SI = 3.73FL = 6.22: θ= 7200: ρ= 7860: bo = 0.005: Fc = 0.125Text1.Text = 402.34Text2.Text = 0.3151Text3.Text = 128.97Text4.Text = 0.982Text5.Text = 35373.48Text6.Text = 64.93Text7.Text = 1Text8.Text = 1.0167Text9.Text = 7200Text10.Text = 3.73Text11.Text = 0.125Text12.Text = 6.22Text13.Text = 0.005Text14.Text = 7860Text15.Text = 5.4464Text16.Text = 0.462Text17.Text = 6Text18.Text = 15674.4Text19.Text = 0.0002Text20.Text = 4.1875Text21.Text = 20Text22.Text = 2000Text23.Text = 1Text24.Text = 6.5Text25.Text = 487Text26.Text = 0.72Text27.Text = 0.03Text28.Text = 1.01Text29.Text = 2Text30.Text = 0.0001Text31.Text = " "Text32.Text = " "Text33.Text = " "Text34.Text = " "Text35.Text = " "Text36.Text = " "Text37.Text = " "Text38.Text = " "Text39.Text = " "Text40.Text = " "Text41.Text = " "Text42.Text = " "Text43.Text = " "Text44.Text = " "Text45.Text = " "Text46.Text = " "Text47.Text = " "End Sub'主程序Private Sub Command1_Click() '菲波拿契法求RoptDim Aa#, Bb#, W#(1 To 50), i%, K%, N#, M%, R1#, R2#, ε# Dim JJ1#, JJ2#Aa = 1.01 * Rmin: Bb = 2 * Rmin '搜索区间[Aa,Bb]W(1) = 1: W(2) = 2: W(3) = 3: i = 1: ε= 0.0001Do While W(i + 2) <= ((Bb - Aa) / ε)i = i + 1W(i + 2) = W(i) + W(i + 1)LoopR1 = Aa + (Bb - Aa) * W(i) / W(i + 2): JJ1 = j(R1)N = i + 2: K = 1: M = 0Do While K <> N - 1If M = 0 ThenR2 = Aa + (Bb - Aa) * W(N - K) / W(N - K + 1)JJ2 = j(R2)ElseR1 = Aa + (Bb - Aa) * W(N - K - 1) / W(N - K + 1)JJ1 = j(R1)End IfIf JJ1 < JJ2 ThenBb = R2: R2 = R1: JJ2 = JJ1: M = 1ElseAa = R1: R1 = R2: JJ1 = JJ2: M = 0End IfK = K + 1LoopR = (Aa + Bb) / 2Ropt = RJJ = j(R)Text31.Text = RoptText32.Text = RminText45.Text = Ropt / RminText33.Text = lilunbanshuText34.Text = zongtagaoText40.Text = J1Text41.Text = J2Text42.Text = J3Text43.Text = J4Text44.Text = JJText37.Text = tajingText38.Text = chukouwenduText39.Text = chuanremianjiText46.Text = Ropt * DText47.Text = (Ropt + 1) * DText35.Text = tiliuduanbanshu * HETPText36.Text = jinliuduanbanshu * HETPEnd Sub'J函数Public Function j(R#) As DoubleCall jjj1(R#, J1#)Call jjj2(R#, J2#)Call jjj3(R#, J3#)Call jjj4(R#, J4#)j = J1 + J2 + J3 + J4End Function'求J1Public Sub jjj1(R#, J1#)Dim DT#, H#, Ws#, CH#Call tabanshu(R#, N#)DT = Sqr((R + 1) * D * 22.4 / (3600 * 0.785 * u) * (273 + td) / 273 * 101.3 / po)H = N * HETP + HAWs = 3.14 * DT * (H + 0.8116 * DT) * bo * ρ'ρ为碳钢的密度CH = FL * Exp(6.95 + 0.1808 * Log(Ws) + 0.02468 * (Log(Ws)) ^ 2 + 0.0158 * H / DT)J1 = SI * (Fc + 0.06) * CHtajing = DTzongtagao = HEnd Sub'求J2Public Sub jjj2(R#, J2#)Dim xx1#, xx0#, CD#, ff#, df#, t2#, AD#, KD#KD = 2000: xx1 = 70Do '牛顿迭代法求冷却水最佳出口温度t2xx0 = xx1CD = 1.3 * SI * a * b * f1 * f2 * Fc * ((R + 1) * D * rD / (td - t1)) ^ (b - 1) / KD ^ bff = -Cw * θ/ Cp + CD * ((xx0 - 1) / xx0 / Log(xx0)) ^ (1 - b) * (xx0 - 1 - Log(xx0))df = CD * ((xx0 - 1) / xx0 / Log(xx0)) ^ (2 - b) * ((b - 1) * (xx0 - 1 - Log(xx0)) ^ 2 / (xx0 - 1) ^ 2 + Log(xx0))xx1 = xx0 - ff / dfLoop Until Abs(xx1 - xx0) < 0.000001t2 = td - (td - t1) / xx1 't2optchukouwendu = t2AD = (R + 1) * D * rD * Log((td - t1) / (td - t2)) / KD / (t2 - t1) '传热面积chuanremianji = ADJ2 = Cw * θ* (R + 1) * D * rD / Cp / (t2 - t1) + 1.3 * SI * Fc * f1 * f2 * a * AD ^ bEnd Sub'求J3Public Sub jjj3(R#, J3#)Dim Z#, Cz#Cz = 0.03Z = ((R + 1) * D - (1 - q) * F) * 18J3 = Z * Cz * θEnd Sub'求J4Public Sub jjj4(R#, J4#)Dim ho#, cpa!, HETP!cpa = 15674.4: HETP = 0.462Call tabanshu(R#, N#)ho = N * HETPDT = Sqr((R + 1) * D * 22.4 / (3600 * 0.785 * u) * (273 + td) / 273 * 101.3 / po)J4 = 3.14 / 4 * DT ^ 2 * ho * cpa * FcEnd Sub'塔板数的计算Public Sub tabanshu(R#, N#)Dim ye#, XW#Dim X!(100), Y!(100), xx!(100), i%, n1#td = 64.93: F = 402.34: XD = 0.982: XF = 0.3151: ηd = 0.999: D = 128.97: Rmin = 1.0167V = (R + 1) * D: W = F + V - D: XW = (F * XF - D * XD) / Wi = 1: Y(1) = 0.982: X(1) = 0.9702DoIf X(i) > XF ThenY(i + 1) = R * X(i) / (R + 1) + XD / (R + 1)n1 = i + 1 + (X(i) - XF) / (X(i) - X(i + 1))ElseY(i + 1) = W * (X(i) - XW) / VIf X(i) < XW Then Exit DoEnd Ifi = i + 1xx(i) = (Y(i) / (3.3874 * (1 - Y(i)))) ^ (1 / 0.7977)X(i) = xx(i) / (1 + xx(i))LoopN = i - 1 + (X(i - 1) - XW) / (X(i - 1) - X(i))lilunbanshu = Ntiliuduanbanshu = n1jinliuduanbanshu = N - n1End Sub调整ROPT程序：'定义全局变量Dim J1#, J2#, J3#, J4#, JJ#Dim N#, R#, Ropt#Dim lilunbanshu#, jinliaoweizhi%, tajing#, chukouwendu#, chuanremianji#, zongtagao#, tiliuduanbanshu#, jinliuduanbanshu#Dim XF#, F#, q#, XD#, D#, td#, rD#, po#, u#, Rmin#, t1#, Cw#, Cp#, SI#, HETP#Dim Co#, HA#, f1#, f2#, a#, b#, FL#, θ#, ρ#, bo#, Fc#'优化所需参数Public Sub Form_Load()XF = 0.3151: F = 402.34: q = 1XD = 0.982: D = 128.97: td = 64.93: rD = 35373.48: po = 101.3u = 5.4464: Rmin = 1.0167t1 = 20: Cw = 0.0002: Cp = 4.1875: Co = 0.03: cpa = 15674.4HETP = 0.462: HA = 6f1 = 1: f2 = 6.5: a = 487: b = 0.72: SI = 3.73FL = 6.22: θ= 7200: ρ= 7860: bo = 0.005: Fc = 0.125Text1.Text = 402.34 Text2.Text = 0.3151 Text3.Text = 128.97 Text4.Text = 0.982 Text5.Text = 35373.48 Text6.Text = 64.93 Text7.Text = 1Text8.Text = 1.0167 Text9.Text = 7200 Text10.Text = 3.73 Text11.Text = 0.125 Text12.Text = 6.22 Text13.Text = 0.005 Text14.Text = 7860 Text15.Text = 5.4464 Text16.Text = 0.462 Text17.Text = 6Text18.Text = 15674.4 Text19.Text = 0.0002 Text20.Text = 4.1875 Text21.Text = 20 Text22.Text = 2000 Text23.Text = 1Text24.Text = 6.5 Text25.Text = 487 Text26.Text = 0.72 Text27.Text = 0.03 Text28.Text = 1.01 Text29.Text = 2Text30.Text = 0.0001 Text31.Text = " " Text32.Text = " " Text33.Text = " " Text34.Text = " " Text35.Text = " " Text36.Text = " " Text37.Text = " " Text38.Text = " " Text39.Text = " " Text40.Text = " " Text41.Text = " " Text42.Text = " " Text43.Text = " " Text44.Text = " "Text45.Text = " "Text46.Text = " "Text47.Text = " "End Sub'主程序Private Sub Command1_Click() '菲波拿契法求Ropt R = Text31.TextRopt = RJJ = j(R)Text32.Text = RminText45.Text = Ropt / RminText33.Text = lilunbanshuText34.Text = zongtagaoText40.Text = J1Text41.Text = J2Text42.Text = J3Text43.Text = J4Text44.Text = JJText37.Text = tajingText38.Text = chukouwenduText39.Text = chuanremianjiText46.Text = Ropt * DText47.Text = (Ropt + 1) * DText35.Text = tiliuduanbanshu * HETPText36.Text = jinliuduanbanshu * HETPEnd Sub'J函数Public Function j(R#) As DoubleCall jjj1(R#, J1#)Call jjj2(R#, J2#)Call jjj3(R#, J3#)Call jjj4(R#, J4#)j = J1 + J2 + J3 + J4End Function'求J1Public Sub jjj1(R#, J1#)Dim DT#, H#, Ws#, CH#Call tabanshu(R#, N#)DT = Sqr((R + 1) * D * 22.4 / (3600 * 0.785 * u) * (273 + td) / 273 * 101.3 / po)If DT < 1 ThenDT = Int(DT * 10 + 1) / 10ElseDT = Int(DT * 5 + 1) * 0.2End IfH = N * HETP + HAWs = 3.14 * DT * (H + 0.8116 * DT) * bo * ρ'ρ为碳钢的密度CH = FL * Exp(6.95 + 0.1808 * Log(Ws) + 0.02468 * (Log(Ws)) ^ 2 + 0.0158 * H / DT)J1 = SI * (Fc + 0.06) * CHtajing = DTzongtagao = HEnd Sub'求J2Public Sub jjj2(R#, J2#)Dim xx1#, xx0#, CD#, ff#, df#, t2#, AD#, KD#KD = 2000: xx1 = 70Do '牛顿迭代法求冷却水最佳出口温度t2xx0 = xx1CD = 1.3 * SI * a * b * f1 * f2 * Fc * ((R + 1) * D * rD / (td - t1)) ^ (b - 1) / KD ^ bff = -Cw * θ/ Cp + CD * ((xx0 - 1) / xx0 / Log(xx0)) ^ (1 - b) * (xx0 - 1 - Log(xx0))df = CD * ((xx0 - 1) / xx0 / Log(xx0)) ^ (2 - b) * ((b - 1) * (xx0 - 1 - Log(xx0)) ^ 2 / (xx0 - 1) ^ 2 + Log(xx0))xx1 = xx0 - ff / dfLoop Until Abs(xx1 - xx0) < 0.000001t2 = td - (td - t1) / xx1 't2optchukouwendu = t2AD = (R + 1) * D * rD * Log((td - t1) / (td - t2)) / KD / (t2 - t1) '传热面积chuanremianji = ADJ2 = Cw * θ* (R + 1) * D * rD / Cp / (t2 - t1) + 1.3 * SI * Fc * f1 * f2 * a * AD ^ bEnd Sub'求J3Public Sub jjj3(R#, J3#)Dim Z#, Cz#Cz = 0.03Z = ((R + 1) * D - (1 - q) * F) * 18J3 = Z * Cz * θEnd Sub'求J4Public Sub jjj4(R#, J4#)Dim ho#, cpa!, HETP!cpa = 15674.4: HETP = 0.462Call tabanshu(R#, N#)ho = N * HETPDT = Sqr((R + 1) * D * 22.4 / (3600 * 0.785 * u) * (273 + td) / 273 * 101.3 / po)J4 = 3.14 / 4 * DT ^ 2 * ho * cpa * FcEnd Sub'塔板数的计算Public Sub tabanshu(R#, N#)Dim ye#, XW#Dim X!(100), Y!(100), xx!(100), i%, n1#td = 64.93: F = 402.34: XD = 0.982: XF = 0.3151: ηd = 0.999: D = 128.97: Rmin = 1.0167 V = (R + 1) * D: W = F + V - D: XW = (F * XF - D * XD) / Wi = 1: Y(1) = 0.982: X(1) = 0.9702DoIf X(i) > XF ThenY(i + 1) = R * X(i) / (R + 1) + XD / (R + 1)n1 = i + 1 + (X(i) - XF) / (X(i) - X(i + 1))ElseY(i + 1) = W * (X(i) - XW) / VIf X(i) < XW Then Exit DoEnd Ifi = i + 1xx(i) = (Y(i) / (3.3874 * (1 - Y(i)))) ^ (1 / 0.7977) X(i) = xx(i) / (1 + xx(i))LoopN = i - 1 + (X(i - 1) - XW) / (X(i - 1) - X(i))lilunbanshu = Ntiliuduanbanshu = n1jinliuduanbanshu = N - n1End Sub目录1 前言------------------------------------------------------------------------------------------------12 方案论证2.1 精馏塔类型----------------------------------------------------------------------------------1 2.2 精馏压力-------------------------------------------------------------------------------------1 2.3 进料方式-------------------------------------------------------------------------------------1 2.4 填料类型-------------------------------------------------------------------------------------2 2.5 加热方式-------------------------------------------------------------------------------------22.6 塔材料类型----------------------------------------------------------------------------------23 数学模型的建立3.1 精馏塔塔体年投资折旧费及维修费用-------------------------------------------------3 3.2 冷凝器年运转费用-------------------------------------------------------------------------4 3.3 直接蒸汽加热费用-------------------------------------------------------------------------53.4 填料年折旧费-------------------------------------------------- --54 数学模型的求解4.1 数学模型决策变量分析-------------------------------------------------------------------5 4.2 主要工艺参数的求解----------------------------------------------------------------------54.2.1 塔径的计算-----------------------------------------------------------------------------54.2.2 塔板数的计算-------------------------------------------------------------------------64.2.2.1 相平衡关系的表示--------------------------------------------------------------64.2.2.2 N的计算--------------------------------------------------------------------------64.2.3 冷凝器年运转费用的计算------------------ ----------------------- ----------------74.2.3.1 冷却水用量及冷凝器传热面积的计算- -------------------------------------74.2.3.2 冷凝器冷却水最佳出口温度的确定-----------------------------------------74.2.4 直接加热蒸气费用的计算----------------------------------------------------------8 4.3 数学模型的求解------------------------------------------------------- --------------------84.3.1 单变量最优化方法--------------------------------------------- ----------------------84.3.2 优化设计程序框图-------------------------------------------- -----------------------84.3.2.1 函数调用关系--------------------------------------------------------------------95 优化设计计算5.1 数据预处理---------------------------------------------------------------------------------105.1.1 进塔物料的计算----------------------------------------------------------------------105.1.2 塔顶蒸气温度的计算----------------------------------------------------------------105.1.3 等板高度的计算----------------------------------------------------------------------10Ⅰ5.1.4 产品汽化潜热的计算----------------------------------------------------------------115.1.5 最小回流比的确定-------------------------------------------------------------------115.1.6 填料单价的计算----------------------------------------------------------------------115.2. 塔径的计算---------------------------------------------------------------------------------13 5.3 填料层高度的计算-------------------------------------------------------------------------13 5.4 精馏塔塔体年投资折旧费及维修费用的计算-----------------------------------------13 5.5 冷凝器年运转费用的计算----------------------------------------------------------------145.5.1 冷凝器冷却水最佳出口温度的确定----------------------------------------------145.5.2 冷却水用量及冷凝器传热面积的计算-------------------------------------------145.5.3 精馏塔塔体年投资折旧费及维修费用的计算----------------------------------15 5.6 再沸器年运转费用的计算----------------------------------------------------------------15 5.7 填料年折旧费用的计算-------------------------------------------------------------------15 5.8 汽液负荷-------------------------------------------------------------------------------------155.8.1 气相负荷-------------------------------------------------------------------------------155.8.2 液相负荷-------------------------------------------------------------------------------155.9 年总费用与回流比的关系--------------------------------------------------------------156 填料塔水力学性能校核6.1 泛点率校核--------------------------------------------------------------------------------- 17 6.2 径比校核-------------------------------------------------------------------------------------17 6.3 喷淋密度校核-------------------------------------------------------------------------------176.4 填料塔压降----------------------------------------------------------------------------------177 附属设备的设计与选型7.1 塔顶冷凝器--------------------------------------------------------------------------------- 187.1.1 冷凝器传热量-------------------------------------------------------------------------187.1.2 冷凝器传热推动力-------------------------------------------------------------------187.1.3 初估冷凝器传热面积----------------------------------------------------------------197.1.4 冷凝器传热系数的校核-------------------------------------------------------------197.1.5 冷凝器传热面积的校核-------------------------------------------------------------227.1.6 冷凝器壳程、管程流动阻力-------------------------------------------------------22 7.2 接管选型------------------------------------------------------------------------------------ 247.2.1 进料口接管的选型-------------------------------------------------------------------247.2.2 冷却水接管的选型-------------------------------------------------------------------257.2.3 塔顶蒸气接管选型------------------------------------------------------------------ 25Ⅱ7.2.4 塔顶产品接管选型-------------------------------------------------------------------257.2.5 塔底产品接管选型-------------------------------------------------------------------267.2.6 塔顶产品回流接管选型-------------------------------------------------------------267.2.7 塔底加热蒸气接管选型------------------------------------------------------------- 26 7.3 冷却水输送泵7.3.1 塔高的计算---------------------------------------------------------------------------277.3.2 冷却水输送泵选型------------------------------------------------------------------27 7.4 填料支承结构-------------------------------------------------------------------------------28 7.5 液体分布装置-------------------------------------------------------------------------------287.7 液体收集再分布装置----------------------------------------------------------------------298 设计结果汇总------------------------------------------------------------------------------------299 设计心得------------------------------------------------------------------------------------------31 参考文献---------------------------------------------------------------------------------------------- 31 附录一甲醇和水部分物性参数-----------------------------------------------------------------32 附录二甲醇—水汽液平衡数据（摩尔组成）-------------------------------------------------33 附录三优化设计程序源代码--------------------------------------------------------------------34化工原理课程设计学生姓名：黄圣楠学号：081000115专业班级：10级生工（1）班____指导教师：张星___2013年1月24日。
化工原理课程设计
化工原理教研室化工原理课程设计设计题目：甲醇------水二元物料板式精溜塔设计者姓名：指导教师：系别：化学工程系专业：化学工程与工艺班级：学号：说明书共27 页图纸共张设计时间年月至年月完成时间2007 年01月02 日于课程设计任务书1, 设计题目: 甲醇------水二元物料板式精溜塔2, 设计条件:(1), 加料组成:(2), 进料组成: ;(3), 溜出液组成:(4), 釜液组成:(5), 加料状态: .q=1（6）, 塔顶压力: p=100kpa（7），单板压降≦0.7kPa3, 设计要求:(1), 精溜塔工艺设计计算;(2), 精溜工艺过程流程图;(3), 精溜塔设备结构图;(5), 设计说明书.目录1.前言 (7)2.精馏塔工艺设计计算 (8)2.1 设计方案的确定 (8)2.2 精馏塔物料衡算 (8)2.3 塔板数的确定 (8)2.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (10)2.4.1 平均摩尔质量计算 (10)2.4.2 平均密度计算 (11)2.4.3 液相平均表面张力计算 (12)2.4.4 液体平均粘度计算 (12)3.板式塔主要工艺尺寸的设计计算 (13)3.1 塔径的计算 (13)3.2 精馏塔有效高度的计算 (14)3.3 塔板主要工艺尺寸的计算 (14)3.3.1溢流装置计算 (14)3.3.2 塔板布置 (15)3.3.3 浮阀计算及其排列 (16)3.3.4 浮阀塔的流体力学性能验算 (17)3.3.5塔板的负荷性能图 (19)3.3.6小结 (22)4.塔的附属设备的计算 (23)4.1热量衡算 (23)4-2塔顶冷凝器的设计计算 (24)4-2-1初选换热器 (24)4-2-2传热系数的校核 (27)5.1计算机程序 (30)摘要及关键词Abstract and Keywords摘要化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中大部分是均相混合物。
化工原理课程设计说明书——(甲醇-水)
目录一．概述 (3)1.设计原始条件 (3)2.板式塔类型 (3)3.工艺流程选定 (4)二．精馏塔物料衡算 (4)三、经济费用估算 (5)1.最小回流比Rmin计算（图解法） (5)2.精馏塔气、液相负荷 (7)3.精馏、提镏段操作方程 (7)4.理论塔板数N (8)5.总板效率ET和实际板数NT (8)6.塔径估算 (9)7.年总费用估算 (11)四．精馏塔塔体工艺尺寸计算 (14)1.最适回流比Ropt的求取 (14)2.精馏塔气、液相实际负荷 (15)3.精馏、提镏段操作方程 (15)4.理论塔板数N (15)五、塔板主要工艺尺寸及流体力学性能计算 (16)1.塔径初选 (16)2．塔径初步核算 (17)3.堰及降液管设计（选用齿形堰） (18)4.孔布置 (19)5.干板压降h和塔板压降P h (19)c6.漏液计算并验其稳定性 (20)7.校核液泛情况 (20)8.雾沫夹带 (21)9.计算结果整理 (21)六．描绘负荷性能图（第一块塔板） (22)1.漏液线 (22)2.过量雾沫夹带线 (22)3.液泛线 (22)4.液相上限线 (23)5.液相下限线 (23)6.操作线 (23)七描绘负荷性能图 (24)第一块板(精馏段第一块板) (24)八附属设备的设计 (29)1.塔高计算 (29)2.泵的设计和选型 (29)4.冷却器选用 (32)5.塔底再沸器的选用 (33)6.全凝器选用 (33)(图一) 由图一查得，x F =0.3152时，泡点进料t b =77.1℃ 此时进料状况 参数q=1， 所以q 线方程为：f x x用图解法，在图二上做q 线，与相平衡线交与e 点（0.3152， 0.6758），所以，最小回流比为： 8889.03152.06758.06758.09964.0min =--=--=e e e D x y y x R取操作回流比为：33.18889.05.15.1min =⨯=⨯=R R2.精馏塔气、液相负荷精馏段：)/(26.4269.3133.1h kmol D R L =⨯=⨯= ())/(95.7369.3133.21h kmol D R D L V =⨯=+=+= 提镏段：)/(65.14239.10026.42h kmol qF L L =+=+=')/(95.7370.6865.142h kmol W L V =-=-'='3.精馏、提镏段操作方程换热器费用)/(1645002000年元==A C F 7.3冷却水费用30℃时，)/(174.4,K kg kJ C pc ⋅=水 5=∆t ℃ s kg t C Q Q m pc /296.375174.413.1724.76132=⨯+=∆⋅+=冷)/(44.3222371000/3.080003600296.37年元=⨯⨯⨯=Cw 7.4蒸气费用150.9℃时，水的潜热kg kj r /4.21159.150=s kg r Q Q m /4647.0)(9.15041=+=蒸年）（元/22.29442421000/220800036004647.0s =⨯⨯⨯=C7.5 年总费用年）（元/368065805.1)(33.0=+++⨯=w s F D C C C C C 四．精馏塔塔体工艺尺寸计算1.最适回流比Ropt 的求取通过对R/Rmin 与费用关系的优化计算，选取Ropt=1.1Rmin总费用与R/Rmin 的关系如图所示。
甲醇-水体系浮阀精馏塔的设计
进料流量：F＝210kmol/h进料组成：X f=0.20（摩尔分率）进料热状态：泡点进料要求塔顶产品浓度X D=0.99易挥发组分回收率η≥0.99∴操作压强:P=1atm=0.1MPa=1.013×103KPa1.2 物料的进料热状态：进料热状态有五种。
原则上，在供热一定的情况下，热量应尽可能由塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用，即宜冷也进料。
但为使塔的操作稳定，免受季节气温的影响，常采用泡点进料。
这样，塔内精馏段和提留段上升的气体量变化较小，可采用相同的塔径，便于设计和制造。
但将原料预热到泡点，就需要增设一个预热器，使设备费用增加。
综合考虑各方面因素，决定采用泡点进料，即q=1 。
1.3 回流比的确定：对于一定的分离任务，采用较大的回流比时，操作线的位置远离平衡线向下向对角线靠拢，在平衡线和操作线之间的直角阶梯的跨度增大,每层塔板的分离效率提高了，所以增大回流比所需的理论塔板数减少，反之理论塔板数增加。
但是随着回流比的增加，塔釜加热剂的消耗量和塔顶冷凝剂的消耗量液随之增加，操作费用增加，所以操作费用和设备费用总和最小时所对应的回流比为最佳回流比。
本次设计任务中，综合考虑各个因素，采用回流比为最小回流比的1.6倍。
即：R=1.6 Rmin3. 理论板数的确定3.1 物料衡算：∵η=DXDFXf∴D=ηFXf/XD=0.99×210×0.20/0.99=42 kmol/h∵F=D+W ∴W=F- D=210-42=168 kmol/h∵FXf = DXD+WXw∴Xw =(FXf-DXD)/W=(210×0.20-42×0.99)/168=0.00253.2 物系相平衡数据a. 基本物性数据b. 常压下甲醇和水的气液平衡表(t—x—y)3.3 确定回流比:根据甲醇—水气液平衡组成表和相对挥发度公式x 1y1xy --=α ，m a =求得：算得相对挥发度α=4.83 ∴平衡线方程为：y=αx1+(α-1)x=4.83x/(1+3.83x)因为泡点进料 所以 x e = X f =0.20 代入上式得 y e = 0.5470 ∴ R min =X D - y ey e - x e=(0.99-0.5470)/(0.5470-0.2)=1.2767∴ R=1.6 R min =1.6*1.2767=2.04273.4理论板数N T 的计算以及实际板数的确定 1）塔的汽、液相负荷L=RD=2.0427×42=85.792 kmol/hV=(R+1)D=(2.0427+1) ×42=127.79 kmol/hV ’=V=127.79 kmol/hL ’=L+F=85.792 kmol/h+210 kmol/h=295.792kmol/h 2）求操作线方程精馏段操作线方程： y=R R+1 x + X DR+1=0.6713x+0.3254提馏段操作线方程为:W X V WX V L y '''-==2.3147x-0.3)逐板计算法求理论板层数 精馏段理论板数：平衡线方程为：y=αx1+(α-1)x =4.83x/(1+3.83x)精馏段操作方程：y=R R+1 x + X DR+1=0.6713x+0.3254 由上而下逐板计算，自X 0=0.99开始到X i 首次超过X q =0.2时止 操作线上的点 平衡线上的点 （X 0=0.99,Y 1=0.99） (X 1=0.95, Y 1=0.99) （X 1=0.95,Y 2=0.97） （X 2=0.87,Y 2=0.97） （X 2=0.87,Y 3=0.91） （X 3=0.67,Y 1=0.91） （X 3=0.67,Y 4=0.78） （X 4=0.42,Y 4=0.78） （X 4=0.42,Y 5=0.61） （X 5=0.24,Y 5=0.61） （X 5=0.24,Y 6=0.49） （X 6=0.17,Y 6=0.49）因为X 6 时首次出现 X i <X q 故第6块理论版为加料版，精馏段共有5块理论板。