甲醇水气液平衡关系
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/kmolXF=(0.46/32.04)/[0.46/32.04+0.54/18.02]=0.324XD=(0.997/32.04)/[0.997/32.04+0.003/18.02]=0.995XW=(0.005/32.04)/(0.005/32.04+0.995/18.02)=0.00282.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.324*32.04+(1-0.324)*18.02=22.56kg /kmolMD=0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kg/kmolMW=0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.06kg/kmol2.3物料衡算原料处理：qn,F=3000/22.56=132.98 kmol/h总物料衡算: 30.728=qn,D +qn,W甲醇物料衡算: 132.98*0.324=0.995 qn,D +0.0028qn,W解得: qn,D =43.05kmol/h qn,W=89.93kmol/h3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=1.743.1.3求精馏塔的气液相负荷q n,L =R* q n,D =1.74*43.05=74.91kmol/hq 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 ’===1.762-0.00213.1.5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=0.565μ=X μ甲+(1-X) μ水=0.324*0.272+(1-0.324)*0.3478=0.323mpasα===5.47=0.49=0.49=0.433.3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 MVD=0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kmol/hMLD=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: YF =0.578 XF=0.196MVF=0.578*32.04+(1-0.578)*18.02=26.12kmol/hMLF=0.196*32.04+(1-0.196)*18.02=20.77kmol/h 塔底平均摩尔质量:XW =0.0028. YW=0.013MVW=0.013*32.04+(1-0.013)*18.02=18.20 kmol/hMLW=0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.06kmol/h 精馏段平均摩尔质量:MVJ=(+)/2=(31.97+26.12)/2=29.05 kmol/hMLJ=(+)/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/hM’LJ=(+)/2=(20.77+18.06)/2=19.41kmol/h4.2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：tJ = 70.75℃，tT=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 =MT，T/22.4*[T/（T+tT）] =0.748kg/m3(2).液相平均密度计算: 液相平均密度依下列式计算:1/lm=∑i/i塔顶液相平均密度计算:由t=64.6℃查手册得:甲醇=747.24kg/m -3水=980.66 kg/m 3lDm=1/[(0.997/747.24)+(0.003/980.66)]=747.77 kg/m 3进料板液相平均密度:由t=76.8℃,查手册得: 甲醇=736.88kg/m -3水=974.98kg/m 3进料板液相的质量分数：甲醇=0.196*32.04/[(0.196/32.04)+(0.804/18.02)]=0.302lFm=1/[(0.302/736.88)+(0.698/974.98)]=888.30 kg/m 3塔底液相的平均密度：查手册得在99.3℃时水的密度为：甲醇=712.9kg/m -3水=958.88 kg/m 3=1/[(0.005/712.9)+(0.995/958.88)]=957.23kg/m 3精馏段液相平均密度为:lJ=(747.77+888.30)/2=818.04 kg/m 3提留段液相平均密度：lT=（888.30+957.23）/2=922.77 kg/m 34.3液体平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算: δ=∑x i /δi塔顶液相平均表面张力的计算:由t=64.6℃查手册得: δ甲醇=18.2 mN/m δ水 =65.345 mN/m δlDm =0.995*18.2+0.005*65.345=18.44 mN/m进料板液相表面张力的计算:由t=76.8℃查手册得: δ甲醇=17.3mN/m δ水=63.144 mN/mδlFm=0.122*17.3+0.818*63.144=54.16 mN/m 塔釜液体的表面张力接近水的表面张力，由t= 99.3℃查手册得：δ甲醇=12.878mN/m δ水=58.933 mN/mδlWm=0.0028*12.878+0.9972*58.933=58.80 mN/m 精馏段液相平均表面张力为:δlT=(18.44+54.16)/2=36.3 mN/m提留段液体平均表面张力为：δlT=(54.16+58.80)/2=56.48 mN/m4.4液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算,即:lgμm =∑xilgμi塔顶液相平均粘度的计算:由t=64.6℃查手册得：μ甲醇=0.330 mpas μ水=0.448 mpaslgμlDm=0.995*lg0.33+0.005*lg0.448解出：μlDm=0.3305 mpas进料板液相平均粘度的计算：由t=76.8℃查手册得：μ甲醇=0.286 mpas μ水=0.329 mpaslgμlFm=0.196*lg(0.286)+0.804*lg(0.329)解出：μlDm=0.3587 mpas塔釜液相平均粘度的计算：由t=99.3℃查手册得：μ甲醇=0.2295mpas μ水=0.2861mpaslgμlWm=0.0028*lg(0.2295)+0.9972*lg(0.2861)解出：μlDm=0.2859 mpas精馏段液相平均粘度为：μlJ=(0.3587+0.3305)/2=0.3346 mpas提留段液相平均粘度为：μlT=(0.3587+0.2859)/2=0.3223 mpas5精馏塔的塔体工艺尺寸计算5.1 塔径的计算5.1.1精馏段塔径计算WL=74.91*26.27=1967.89 kg/hWV=117.96*29.05=3426.74 kg/h精馏段气、液混合物的平均体积流量：= ==0.924m3/s= ==0.000668m3/s贝恩—霍根关联式=A-K=0.06225-1.75*解得：=5.36 m/s取=0.7=3.752 m/sD==0.56m圆整为0.6m此时==3.27m/s泛点速率校核：==0.61 在允许范围内5.1.2.提留段塔径计算计算方法同精馏段,计算结果为:uF=5.72m/sD=0.542 m圆整塔径,取 D=0.60m.泛点率校核：u==3.44m/su/ uF=(3.44/5.72)=0.60 (在允许范围内) 填料规格校核： D/d =600/50=12 >8液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为: (lw )m=0.08 m3 / m2h查附录五得：at=74.9m3 /m2 .h.u min =(lw)m* at=0.08*74.9=5.992 m3 / m2hu=3600*0.000668/(0.785*0.6*0.6)=8.51m3 / m2h >5.992 m3 / m2h 5.2填料层高度计算Z=HETP*NT.Lg(HETP)=h-1.292lnδl +1.47lnμl查表有: h=7.0653.精馏段填料层高度为：HETP=0.862m Z景=6*0.862=5.172 mZ′精=1.25*5.172=6.465 m提留段填料层高度为：HETP=0.442mZ提=5*0.442=2.21 mZ′提=1.25*2.21=2.76 m设计取精馏段填料层高度为6.5m,提留段填料层高度为3m.对于环矩鞍填料, 要求h/D=8～15. hmax≤6m.取h/D=12, 则 h=12*600=7.2 m.不需要分段。
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。
内蒙古化工工程师《基础知识》：气体的摩尔热容模拟试题
内蒙古化工工程师《基础知识》：气体的摩尔热容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、用水蒸气在列管换热器中加热某盐溶液，水蒸气走壳程。
为强化传热，下列措施中最为经济有效的是____A：增大换热器尺寸以增大传热面积;B：在壳程设置折流挡板;C：改单管程为双管程;D：减少传热壁面厚度2、不锈钢1Cr18Ni9Ti表示平均含碳量为____A：0.9×10-2;B：2×10-2;C：1×10-2;D：0.1×10-23、__不宜采用焚烧技术处理。
A．(A) 有毒有害固体废物B．(B) 无机固体废物C．(C) 高浓度有机废水D．(D) 有机固体废物4、在无共沸物的二元汽液平衡中，1是轻组元，则______。
A．y1＞x1B．y1=x1C．y1＜x1D．y1＞x1或y1＜x15、转子流量计指示稳定时，其转子上下的压差是由____决定的。
A：流体的流速;B：流体的压力;C：转子的重量;D：流道貌岸然截面积6、能获得含溶质浓度很少的萃余相但得不到含溶质浓度很高的萃取相的是____ A：单级萃取流程;B：多级错流萃取流程;C：多级逆流萃取流程;D：多级错流或逆流萃取流程7、对于列管式换热器，当壳体与换热管温度差____时，产生的温度差应力具有破坏性，因此需要进行热补偿。
A：大于45℃;B：大于50℃;C：大于55℃;D：大于60℃8、下列设备中，其中____必是电源。
A：发电机;B：蓄电池;C：电视机;D：电炉9、吸收法广泛用来控制气态污染物的排放，它基于各组分的____A：溶解度不同;B：挥发度不同;C：沸点不同;D：溶解热不同10、一定量的H2(g)，在绝热、恒容下发生下列反应：H2(g)+O.5O2(g)→H2O(g) 则此过程的△U__；△H__；△S__；△A__；△G__。
化工原理(天津大学)下册课后习题答案.
化工原理(天津大学下册课后习题参考答案第五章蒸馏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-PB */(PA *-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(C 5H 12和正己烷(C 6H 14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 C5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 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 C 5H 12(A 和 C 6H 14(B 的饱和蒸汽压以 t = 248.2℃时为例,当 t = 248.2℃时 PB * = 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 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.20089.000101.300 P 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-PB */(PA *-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 = PA *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。
精馏塔全塔物料衡算
一、精馏塔全塔物料衡算)(:)(:)(:skmol W skmol D skmol F 塔底残液流量塔顶产品流量进料量：塔底组成：塔顶组成、下同）：原料组成（摩尔分数xx xwD Fat F 4102.1⨯= 00F 46=x 00D 93=x 00W 1=xkmolkg 04.32=M 甲醇kmolkg 02.18=M 水原料甲醇组成：00F 4.3202.18/5404.32/4604.32/46=+=x塔顶组成：00D 2.8802.18/704.32/9304.32/93=+=x塔底组成：00W 6.002.18/9904.32/104.32/1=+=x进料量：s kmol a t F 234410205.2360024300]02.18/)324.01(04.32/324.0[10102.1102.1-⨯=⨯⨯-+⨯⨯=⨯=物料衡算式为：x x x WD F W D WD F F +=+=联立代入求解：3108-⨯=D 210405.1-⨯=W二、常压下甲醇—水气液平衡组成（摩尔）与温度关系1、温度C C C o o o t t t t t t t t t 2.99..........................06.010031.509.9210076.66 (100)2.887.6441.871009.667.6452.68....................67.74.323.9026.967.79.883.90W W W D D D FFF =--=--=--=--=--=--：：： 精馏段平均温度：C o t t t 64.67276.6652.682D F1=+=+=提馏段平均温度：C o t t t86.83276.6652.682WF2=+=+=2、密度已知：pTaaooBB A A LTp a 4.22M)M (1V=+=ρρρρ混合气密度：为相对分子质量为质量分数，混合液密度：塔顶温度：C o t76.66D=气相组成：00DDD 5.92 (1001007).6476.6610096.917.649.66=--=--y yy ： 进料温度：C ot52.68F= 气相组成：00FFF 4.88..............10092.8452.687062.8992.846870=--=--y yy ： 塔底温度：C ot 2.99W= 气相组成：00WWW 19.3.........................10002.9910034.2809.92100=--=--y yy： 1>精馏段： 液相组成：001F D 13.60 (2))(=+=x x x x气相组成：001FD145.90 (2))(=+=y y y y所以：kmolkg7.309045.0102.189045.004.32Vkmol kg 474.26603.0102.18603.004.32LM M 11=-+⨯==-+⨯=）（）（2>提馏段： 液相组成：002F W 25.16 (2))(=+=x x x x气相组成：002FW215.46 (2))(=+=y y y y所以：kmolkg49.244615.0102.184615.004.32Vkmol kg33.20165.0102.18165.004.32LM M 22=-+⨯==-+⨯=）（）（由不同温度下甲醇和水的密度：求得在tD、tF、tD下的甲醇和水的密度（单位：3-⋅m kg ）51.962 (852).96501.01716.720.011852.965...................3.9652.991003.9654.9589010072.716 (7162).99100725716901002.99204.759 (55).97993.01564.74693.0155.979..................8.97776.66702.9838.9776070564.746 (74376).6670751743607076.66015.855 (599).97846.01628.74446.01599.978................8.97752.68702.9838.9776070628.744 (74352).6870751743607052.68W WwW wWcW cWWD DcD wDcD cDDF FwF wFcF cFF=-+==--=--=--=--==-+==--=--=--=--==-+==--=--=--=--=ρρρρρρρρρρρρρρρρρρCCC o o ottt所以：11.8072204.759015.8552L D F 1=+=+=）（）（ρρρ 76.9082015.85551.9622L F W 2=+=+=）（）（ρρρ845.02V 0985.12V 605.015.2734.2215.273112.115.2734.2215.273085.115.2734.2215.273kmolkg 4385.242V kmol kg 699.302V kmol kg 467.181kmol kg 41.301kmol kg 9885.301kmolkg 33.22L kmol kg 474.262L kmolkg 10.181kmol kg 56.221kmolkg 39.301VW VF VD VF W VWVWD VDVDF VFVFVF VW VF VD W W VW F F VF D D VD LF LW LF LD W W LW F F LFD D LD 212121MMMM M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M =+==+==+⨯==+⨯==+⨯==+==+==-+==-+==-+==+==+==⨯-+⨯==⨯-+⨯==⨯-+⨯=）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇ρρρρρρρρρt t t y y y y y y x x x x x x3、混合液体表面张力：二元有机物—水溶液表面张力可用下列公式计算：414141OsO wsW mσϕσϕσ+= 注：VV V OOWWWWW x x x +=σVV V OOOOOOO x x x +=σVV SWsW sWx =ϕVVSososox =ϕQB A ]3232)[(441.0)lg(VWW+=-⨯==σσϕϕqT q Q B V oo owq 12lg A soswsosw=+=ϕϕϕϕ）（式中，下脚标w 、o 、s 分别代表水、有机物及表面部分；xw、x o指主体部分的分子数；Vw、Vo指主体部分的分子体积；σW、σo为纯水、有机物的表面张力；对甲醇q=1。
化工原理课程设计精馏塔
化工原理课程设计任务书(一)设计题目在抗生素类药物生产过程中,需要用甲醇溶液洗涤晶体,洗涤过滤后产生废甲醇溶液,其组成为含甲醇46%、水54%（质量分数），另含有少量的药物固体微粒。
为使废甲醇溶液重复利用，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇溶液进行精馏，得到含水量≤0.3%（质量分数）的甲醇溶液。
设计要求废甲醇溶液的处理量为 3.6万吨/年，塔底废水中甲醇含量≤0.5%（质量分数）。
(二)操作条件1)操作压力常压2)进料热状态自选3)回流比自选4)塔底加热蒸汽压力0.3Mpa（表压）(三)填料类型因废甲醇溶液中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，以便于定期拆卸和清洗。
填料类型和规格自选。
(四)工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。
(五)设计内容1、设计说明书的内容1)精馏塔的物料衡算；2)塔板数的确定；3)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4)精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5)填料层压降的计算；6)液体分布器简要设计；7)精馏塔接管尺寸计算；8)对设计过程的评述和有关问题的讨论。
摘要甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。
无色、透明、高度挥发、易燃液体。
略有酒精气味。
近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。
甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。
由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。
近年来碳化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。
甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。
目前，我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化，总体的趋势是走高。
随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料——甲醇的价格还会稳步提高。
国内又有一批甲醇项目在筹建。
这样，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法就成为投资者关注的重点。
液液相平衡数据的测定
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热力学的两大应用领域
化工过程分析——能量的合理利用 相平衡热力学——相分离过程的极限
原 料 I 原料 提纯 去除有害 反应物 II 反 应 未反应的反应 物循环使用 III 产物 纯化 产 品
实验内容
1、采用乙醇为内标物，测定内标曲线； 2、测定常压一定温度下的醋酸甲酯（1）－甲醇（2）—水 （3）三元体系汽液相平衡数据，不少于5个，而且要有组 成分布，能画出相图；
含一个部分互溶对的三角相图
褶点：是结线长度接近于零，表示部分互溶度的极限，超过 该点就进入单相区。 结线：其与溶解度曲线的交点G、H是此温度下，该三元系 的两个平衡液相组成。
综合型实验 液液相平衡数据的测定
一、实验目的：
1、加深理解掌握《化工热力学》课程的内容；
2、通过测定常压下醋酸甲酯-甲醇--水三元系统液液平衡数 据，了解和掌握用平衡釜法测定液液相平衡数据的方法；
3、初步掌握汽相色谱分析方法，卡尔菲休微量水分分析方 法；
4、激发学生的求知欲，增强学生发现问题、解决问题的能
甲醇水精馏课程设计
4.3.2 前言在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大，应用面广的重要单元设备。
塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。
所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。
塔设备按其结构形式基本上可分为两类：板式塔和填料塔。
以前，在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。
近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小以性能稳定等特点。
因此填料塔已被推广到大型汽液操作中。
在某些场合还代替了传统的板式塔。
如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。
随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。
板式塔为逐级接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、操作弹性大、持液量小等优点。
同时也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。
本设计目的是分离甲醇-水混合液，处理量不大，故选用填料塔。
塔型的选择因素很多。
主要因素有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。
1 与物性有关的因素①易起泡的物系在板式塔中有较严重的雾沫夹带现象或引起液泛，故选用填料塔为宜。
因为填料不易形成泡沫。
本设计为分离甲醇和水，故选用填料塔。
②对于易腐蚀介质，可选用陶瓷或其他耐腐蚀性材料作填料，对于不腐蚀的介质，则可选金属性质或塑料填料，而本设计分离甲醇和水，腐蚀性小可选用金属填料。
2 与操作条件有关的因素①传质速率受气膜控制的系统，选用填料塔为宜。
因为填料塔层中液相为膜状流、气相湍动，有利于减小气膜阻力。
②难分离物系与产品纯度要求较高，塔板数很多时，可采用高效填料。
③若塔的高度有限制，在某些情况下，选用填料塔可降低塔高，为了节约能耗，故本设计选用填料塔。
④要求塔内持液量、停留时间短、压强小的物系，宜用规整填料。
4.3.3 流程确定和说明1 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。
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。
精馏塔全塔物料衡算
一、精馏塔全塔物料衡算原料甲醇组成: 塔顶组成: 塔底组成: 进料量:s kmol a t F 234410205.2360024300]02.18/)324.01(04.32/324.0[10102.1102.1-⨯=⨯⨯-+⨯⨯=⨯= 物料衡算式为:联立代入求解:二、常压下甲醇—水气液平衡组成(摩尔)与温度关系1、温度精馏段平均温度: 提馏段平均温度: 2、密度已知:pTaaooBB A A LTp a 4.22M)M (1V=+=ρρρρ混合气密度：为相对分子质量为质量分数，混合液密度：塔顶温度: 气相组成:进料温度:气相组成:塔底温度:气相组成:1>精馏段:液相组成:气相组成:所以:2>提馏段:液相组成:气相组成:所以:由不同温度下甲醇与水得密度:求得在、、下得甲醇与水得密度(单位:)51.962 (852).96501.01716.720.011852.965...................3.9652.991003.9654.9589010072.716 (7162).99100725716901002.99204.759 (55).97993.01564.74693.0155.979..................8.97776.66702.9838.9776070564.746 (74376).6670751743607076.66015.855 (599).97846.01628.74446.01599.978................8.97752.68702.9838.9776070628.744 (74352).6870751743607052.68W WwW wWcW cWWD DcD wDcD cDDF FwF wFcF cFF=-+==--=--=--=--==-+==--=--=--=--==-+==--=--=--=--=ρρρρρρρρρρρρρρρρρρCCC o o ottt所以:845.02V 0985.12V 605.015.2734.2215.273112.115.2734.2215.273085.115.2734.2215.273kmolkg 4385.242V kmol kg 699.302V kmol kg 467.181kmol kg 41.301kmol kg 9885.301kmolkg 33.22L kmol kg 474.262L kmolkg 10.181kmol kg 56.221kmolkg 39.301VW VF VD VF W VWVWD VDVDF VFVFVF VW VF VD W W VW F F VF D D VD LF LW LF LD W W LW F F LFD D LD 212121MMMM M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M =+==+==+⨯==+⨯==+⨯==+==+==-+==-+==-+==+==+==⨯-+⨯==⨯-+⨯==⨯-+⨯=）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇ρρρρρρρρρt t t y y y y y y x x x x x x3、混合液体表面张力:二元有机物—水溶液表面张力可用下列公式计算: 注:式中,下脚标w 、o 、s 分别代表水、有机物及表面部分;、指主体部分得分子数;、指主体部分得分子体积;、为纯水、有机物得表面张力;对甲醇q=1。
化工原理习题答案第五章
待求的温度 t，就是 PAo/ PBo=3.5 时的温度，用试差法计算。 假设 t=80℃，PAo=181.1 kPa，PBo=50.93 kPa PAo/ PBo=181.1/50.93=3.556＞3.5 温度 t 越小，则 PAo/ PBo 就越大，故所假设的 t 偏小。 假设 t=85℃，PAo=215.9 kPa，PBo=62.78 kPa PAo/ PBo=215.9/62.78=3.44 用比例内插法求 PAo/ PBo=3.5 时的温度 t （t80）/（8580）=（3.53.556）/（3.443.556） 求得 t=82.4℃，在此温度下，PAo=197.2 kPa，PBo=56.35 kPa，则 PAo/ PBo=197.2/56.35=3.5 故 t=82.4℃是待求温度 总压 P= PAox/y=197.2×0.6/0.84=140.9 kPa
解： （1）t=80℃时，PAo=181.1 kPa，PBo=50.93 kPa 总压 P=( PA －PBo)x + PBo=(181.150.93) ×0.5+ 50.93=116 kPa 气相组成 y= PAox/P=181.1×0.5/116=0.781 (2) 已知 P=101.33 kPa,x=0.4,求 t, y P=101.33 kPa 时，甲醇的沸点是 64.7℃，丙醇的沸点是 97.2℃，所求气液相平衡温度必 在 64.7℃与 97.2℃之间。 假设 t=75℃,计算 PAo=151.1 kPa，PBo=41 kPa 液相组成 x=(P PBo)/( PAoPBo)= (101.33 41)/( 151.141)=0.548＞0.4 计算 x 值大于已知的 x 值，故所假设的温度 t 偏小，重新假设大一点的 t 进行计算，将三次 假设的 t 与计算的 x 值列于下表，并在习题 5-1 附图 1 上绘成一条曲线，可知 x=0.4 时的平 均温度 t=79.5C 习题 5-1 附表 计算次数 假设 t/℃ x 第一次 75 0.548 第二次 80 0.387 第三次 85 0.252
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。
化工原理甲醇
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学生姓名：黄奎兴学号：11220223指导老师：王国胜设计时间：2014.5.20----2014620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、八、,刖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o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。