甲醇乙醇的精馏
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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，以达到较高的传质效率。塔设备设计要具备下列各种基本要求：
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。
精馏段液相平均密度： = = 748.085kg/
提馏段液相平均密度： = = 740.925 kg/
4.液体平均表面张力计算
液体平均表面张力按下式计算：
塔顶： = 62.1 ，由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，陈敏恒）附录
= 18.35mN/m， = 18.40mN/m
得： = +(1- ) =0.9645 18.35+(1-0.9645) = 18.35
4.冷却方式
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。
5.热能利用
精馏过程的特性是重复进行气化和冷凝。因此，热效率很低，可采用一些改进措施来提高热效率。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。
塔釜： = = 0.0426，试差得 = 79.5
求得精馏段及提馏段的平均压力及温度：
精馏段： = ℃
= kPa
提馏段： = ℃
= kPa
2.平均摩尔质量的计算：
塔顶： = 0.9789 32.04+(1 0.9789) 46.07=32.34kg/kmol
= 0.9645 32.04+(1 0.9645) 46.07= 32.54kg/kmol
0.5505
D
128.6177kmol/h
0.9719
W
99.7591kmol/h
0.0072
3.2.4
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： =0.9719
℃
进料甲醇的摩尔分数： =0.5505
精馏段平均摩尔质量: = = 34.11kg/kmol
= =35.03kg/kmol
提馏段平均摩尔质量： = = 40.65 kg/kmol
= =41.60 kg/kmol
3.平均密度的计算：
1)汽相平均密度计算：
精馏段汽相平均密度： = = 1.311kg/
提馏段汽相平均密度： = = =1.700kg/
进料板： = 0.7272 32.04+(1 0.7272) 46.07=35.88 kg/kmol
=0.6095 32.04+(1 0.6095) 46.07=37.52 kg/kmol
塔釜： = 0.0468 32.04+(1 0.0468) 46.07=45.41 kg/kmol
= 0.0279 32.04+(1 0.0279) 46.07=45.69 kg/kmol
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。
3.2
3.2.1
表3—1原始液：甲醇和乙醇的混合物
原料液处理量
28000t/y（1y=300d * 24 h/d）
原料液（含甲醇）
46%（质量分数）
原料液温度
导热数
(20℃)
/(m.℃)
表面
张力
(20℃)
N/m
甲醇（A）
H
32.04
791
64.7
2.495
0.6
0.212
22.6
乙醇（B）
OH
46.07
789
78.3
2.395
1.15
0.172
22.8
1.料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
原料组成： = =0.5505
馏出液组成： = =0.9719
釜出液组成 = =0.0072
6.气液wk.baidu.com体积流率计算
精馏段汽相体积流率： = =1.566 /s
液相体积流率： = = 0.00216 /s
提馏段汽相体积流率： = =1.439 /s
液相体积流率： = = 0.00385 /s
7.塔径的确定
塔径的确定，需求 = C ，C由下式计算：
由Smith图查取。
取板间距 ，板上液层高度 ，则
3.加热方式
精馏塔釜的加热方式一般采用间接加热方式，若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，容易分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。
25
塔顶产品（含甲醇）
96%（质量尔分数）
塔底残液（含甲醇）
0.5%（质量分数）
回流比
R=1.8Rmin
热损失
Q1=5%QB
热源条件
5kgf/
3.2.2
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℃)
沸点(101.3kPa)
℃
比热容
(20℃)
Kg/(kg.℃)
黏度
(20℃)
mPa.s
进料板： = 67.4℃，查附录： = 0.305 mPa , = 0.485 mPa
得： = = 0.34mPa
塔釜： = 79.5℃，查附录： = 0.256 mPa , = 0.394 mPa
得： = = 0.38mPa
精馏段液体平均黏度： = 0.33mPa
提馏段液体平均黏度： = 0.36mPa
（1）段塔径的确定
图的横坐标为 = = 0.032，查smith图：
Smith图
由Smith图查取。
取板间距 ，板上液层高度 ，则
（2）段塔径的确定
图的横坐标为 = = 0.033，查smith图：
Smith图
得 = 0.087 ,C = 0.0853
=0.0853 = 2.036m/s
取安全系数为0.7，则空塔气速为：u = 0.7 2.036 = 1.42m/s
进料板： = 67.4 ，查手册： = 17.86mN/m， = 18.00mN/m
得： = +(1- ) =0.628 17.86+(1-0.628) = 17.91mN/m
塔釜： =79.5 ，查附录： =16.80 mN/m， = 17.18mN/m
得： = +(1- ) =0.0426 16.80+(1-0.0426) = 17.16mN/m
2)进料板位置：11
精馏段实际板层数： = 10/ 55.07% 18
每层塔板压降： = 0.7kPa
进料板压力： = 101.3+0.7 18=113.9kPa， = =0.6080,试差得 = 67.4
3提馏段实际板层数： = 38－18=20
塔釜压力： = 101.3+0.7 37 = 127.2kPa
1.2.2设计方案的确定
1.操作压力
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。
2.进料状况
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。
精馏段液体表面平均张力： = = 18.13mN/m
提馏段液体表面平均张力： = =17.55mN/m
5.液体平均黏度计算：
液体平均黏度按下式计算： =
塔顶： = 62.1℃
查由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，陈敏恒）附录
= 0.315 mPa ， = 0.520 mPa
得： = = 0.32mPa
则塔径D = = = 1.18m
（3）按标准塔径圆整后，D = 1.2m
塔截面积： = = =1.13
实际空塔气速为：u = =1.566/1.13= 1.386m/s
1.2 流程的说明及方案的确定
1.2.1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，完成甲醇和乙醇的分离。
℃(泡点温度)
塔底甲醇的摩尔分数： =0.0072
℃
3.2.5
假设为泡点进料，则q = 1。
3.1塔的结构设计
3.1.1精馏塔塔径的计算
1.查得有关甲醇与乙醇的安托因方程：
甲醇：得:
乙醇：得:
将 ， 代入 进行试差,求塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度：
1)塔顶： = 101.3 + 0.7 = 102kPa, = = 0.9789,试差得 = 62.1
3.2.3
已知D= = =128.6177kmol/h
总物料衡算F=D+W=128.6177+W
易挥发组分物料衡算0.9719 128.6177+0.0072W=0.5505F
联立以上二式得：
F=228.3768kmol/hW=99.7591kmol/h
表3—3物料衡算数据记录
F
228.3768kmol/h
2)液相平均密度计算： =
塔顶： = 749.25 kg/ ， = 750.11 kg/
得： = = = 749.29kg/
进料板： = 746.4kg/ ， = 747.4 kg/
得： = = = 746.88kg/
塔釜： = 733.5kg/ ， = 735.04 kg/
得： = = = 734.97kg/
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，以达到较高的传质效率。塔设备设计要具备下列各种基本要求：
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。
精馏段液相平均密度： = = 748.085kg/
提馏段液相平均密度： = = 740.925 kg/
4.液体平均表面张力计算
液体平均表面张力按下式计算：
塔顶： = 62.1 ，由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，陈敏恒）附录
= 18.35mN/m， = 18.40mN/m
得： = +(1- ) =0.9645 18.35+(1-0.9645) = 18.35
4.冷却方式
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。
5.热能利用
精馏过程的特性是重复进行气化和冷凝。因此，热效率很低，可采用一些改进措施来提高热效率。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。
塔釜： = = 0.0426，试差得 = 79.5
求得精馏段及提馏段的平均压力及温度：
精馏段： = ℃
= kPa
提馏段： = ℃
= kPa
2.平均摩尔质量的计算：
塔顶： = 0.9789 32.04+(1 0.9789) 46.07=32.34kg/kmol
= 0.9645 32.04+(1 0.9645) 46.07= 32.54kg/kmol
0.5505
D
128.6177kmol/h
0.9719
W
99.7591kmol/h
0.0072
3.2.4
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： =0.9719
℃
进料甲醇的摩尔分数： =0.5505
精馏段平均摩尔质量: = = 34.11kg/kmol
= =35.03kg/kmol
提馏段平均摩尔质量： = = 40.65 kg/kmol
= =41.60 kg/kmol
3.平均密度的计算：
1)汽相平均密度计算：
精馏段汽相平均密度： = = 1.311kg/
提馏段汽相平均密度： = = =1.700kg/
进料板： = 0.7272 32.04+(1 0.7272) 46.07=35.88 kg/kmol
=0.6095 32.04+(1 0.6095) 46.07=37.52 kg/kmol
塔釜： = 0.0468 32.04+(1 0.0468) 46.07=45.41 kg/kmol
= 0.0279 32.04+(1 0.0279) 46.07=45.69 kg/kmol
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。
3.2
3.2.1
表3—1原始液：甲醇和乙醇的混合物
原料液处理量
28000t/y（1y=300d * 24 h/d）
原料液（含甲醇）
46%（质量分数）
原料液温度
导热数
(20℃)
/(m.℃)
表面
张力
(20℃)
N/m
甲醇（A）
H
32.04
791
64.7
2.495
0.6
0.212
22.6
乙醇（B）
OH
46.07
789
78.3
2.395
1.15
0.172
22.8
1.料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
原料组成： = =0.5505
馏出液组成： = =0.9719
釜出液组成 = =0.0072
6.气液wk.baidu.com体积流率计算
精馏段汽相体积流率： = =1.566 /s
液相体积流率： = = 0.00216 /s
提馏段汽相体积流率： = =1.439 /s
液相体积流率： = = 0.00385 /s
7.塔径的确定
塔径的确定，需求 = C ，C由下式计算：
由Smith图查取。
取板间距 ，板上液层高度 ，则
3.加热方式
精馏塔釜的加热方式一般采用间接加热方式，若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，容易分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。
25
塔顶产品（含甲醇）
96%（质量尔分数）
塔底残液（含甲醇）
0.5%（质量分数）
回流比
R=1.8Rmin
热损失
Q1=5%QB
热源条件
5kgf/
3.2.2
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℃)
沸点(101.3kPa)
℃
比热容
(20℃)
Kg/(kg.℃)
黏度
(20℃)
mPa.s
进料板： = 67.4℃，查附录： = 0.305 mPa , = 0.485 mPa
得： = = 0.34mPa
塔釜： = 79.5℃，查附录： = 0.256 mPa , = 0.394 mPa
得： = = 0.38mPa
精馏段液体平均黏度： = 0.33mPa
提馏段液体平均黏度： = 0.36mPa
（1）段塔径的确定
图的横坐标为 = = 0.032，查smith图：
Smith图
由Smith图查取。
取板间距 ，板上液层高度 ，则
（2）段塔径的确定
图的横坐标为 = = 0.033，查smith图：
Smith图
得 = 0.087 ,C = 0.0853
=0.0853 = 2.036m/s
取安全系数为0.7，则空塔气速为：u = 0.7 2.036 = 1.42m/s
进料板： = 67.4 ，查手册： = 17.86mN/m， = 18.00mN/m
得： = +(1- ) =0.628 17.86+(1-0.628) = 17.91mN/m
塔釜： =79.5 ，查附录： =16.80 mN/m， = 17.18mN/m
得： = +(1- ) =0.0426 16.80+(1-0.0426) = 17.16mN/m
2)进料板位置：11
精馏段实际板层数： = 10/ 55.07% 18
每层塔板压降： = 0.7kPa
进料板压力： = 101.3+0.7 18=113.9kPa， = =0.6080,试差得 = 67.4
3提馏段实际板层数： = 38－18=20
塔釜压力： = 101.3+0.7 37 = 127.2kPa
1.2.2设计方案的确定
1.操作压力
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。
2.进料状况
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。
精馏段液体表面平均张力： = = 18.13mN/m
提馏段液体表面平均张力： = =17.55mN/m
5.液体平均黏度计算：
液体平均黏度按下式计算： =
塔顶： = 62.1℃
查由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，陈敏恒）附录
= 0.315 mPa ， = 0.520 mPa
得： = = 0.32mPa
则塔径D = = = 1.18m
（3）按标准塔径圆整后，D = 1.2m
塔截面积： = = =1.13
实际空塔气速为：u = =1.566/1.13= 1.386m/s
1.2 流程的说明及方案的确定
1.2.1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，完成甲醇和乙醇的分离。
℃(泡点温度)
塔底甲醇的摩尔分数： =0.0072
℃
3.2.5
假设为泡点进料，则q = 1。
3.1塔的结构设计
3.1.1精馏塔塔径的计算
1.查得有关甲醇与乙醇的安托因方程：
甲醇：得:
乙醇：得:
将 ， 代入 进行试差,求塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度：
1)塔顶： = 101.3 + 0.7 = 102kPa, = = 0.9789,试差得 = 62.1
3.2.3
已知D= = =128.6177kmol/h
总物料衡算F=D+W=128.6177+W
易挥发组分物料衡算0.9719 128.6177+0.0072W=0.5505F
联立以上二式得：
F=228.3768kmol/hW=99.7591kmol/h
表3—3物料衡算数据记录
F
228.3768kmol/h
2)液相平均密度计算： =
塔顶： = 749.25 kg/ ， = 750.11 kg/
得： = = = 749.29kg/
进料板： = 746.4kg/ ， = 747.4 kg/
得： = = = 746.88kg/
塔釜： = 733.5kg/ ， = 735.04 kg/
得： = = = 734.97kg/