南昌大学甲醇-水连续精馏塔的课程设计

化工原理课程设计

一、设计题目

甲醇-水连续精馏塔的设计

二、设计条件

1、常压操作：p=1atm

2、进精馏塔的料液含甲醇61%（质量），其余为水

3、产品的甲醇含量不得低于99%（质量）

4、残液中甲醇含量不得高于3%（质量）

5、生产能力为日处理（24h）66.5吨粗甲醇

三、设计内容

3.1：设计方案的确定及流程说明

3.1.1：选择塔型

精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要有板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定,且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。

筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，制造维修方便，造价低，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。本次设计为分离甲醇与水，所以由各方面条件考虑后，本次设计应用筛板塔。

3.1.2：精馏方式

由设计要求知，本精馏塔为连续精馏方式

3.1.3：装置流程的确定

为获取也液相产品，采用全凝器。

含甲醇61%（质量分数）的甲醇-水混合液经过预热器，预热到泡点进料。进入精馏塔后分离，塔顶蒸汽冷凝后有一部分作为产品经产品冷却器冷却后流入甲醇贮存罐，一部分回流再进入塔中，塔底残留液给再沸器加热后，部分进入塔中，部分液体作为产品经釜液冷却器冷却后流入釜液贮存罐。

3.1.4：操作压强的选择

常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益, 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。

3.1.5：进料热状态的选择

泡点进料时，塔的操作易于控制，不受环境影响。饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制。此外，泡点进料，提馏段和精馏段塔径大致相同，在设备制造上比较方便。冷液进塔虽可减少理论板数，使塔高降低，但精馏釜及提馏段塔径增大，有不利之处。所以根据设计要求，可采用泡点进料，q＝1。

3.1.6：加热方式

本次采用间接加热，设置再沸器

3.1.7：回流比的选择

选择回流比，主要从经济观点出发，力求使设备费用和操作费用最低，一般经验值为：R=(1.2~2)Rmin

经后面简捷法计算对应理论板数N时，可知，R=2Rmin时，理论板数最少，所以回流比选择为最小回流比的2倍。

3.2：二元连续板式精馏塔的工艺计算 3.2.1:相对挥发度的确定 根据安托因方程

C

t B

A p +-

=0log

塔顶产品浓度为99%，因此，可近似看成纯甲醇溶液；同理，塔底浓度为3%可近似看成纯水溶液。所以，塔顶温度为甲醇沸点为64.6℃，塔底温度为水的沸点100℃。

因此塔底的相对挥发度aW=3.497 塔顶的相对挥发度aD=4.138

804.3==W D m ααα

3.2.2：全塔物料衡算 总物料：F=D+W

易挥发组分：FxF=DxD+WxW

F 、D 、W ：分别为进料、馏出液和釜液的流量（kmol/h ）

xF 、xD 、xW ：分别为进料、馏出液和釜液中易挥发组分的组成、摩尔分率

由操作条件得;h F /kmol 475.86042

.32241000

5.66=⨯⨯=

4677.01839.0042.3261.0042.3261.0=+=F x 98.018

01

.0042.3299.0042.3299.0=+

=D x 017.01897

.0042.3203.0042.3203.0=+

=W x 即：86.475=D+W

86.475*0.4677=0.98D+0.017W

解得：D=40.752kmol/h W=45.7233kmol/h 3.2.3：平衡线方程

x

x

x x 804.21804.3)1(1y +=-+=

αα

3.2.4：精馏段操作线方程 已知q=1、即xe=xF=0.4677 a=3.804

即7698.04677

.0804.214677

.0804.3)1(1y =⨯+⨯=-+=

x x e αα

即

4103.04677

.098.07698.098.01min min

=--=--=+F D e D x x y x R R

解得：Rmin=0.6958 即R=2Rmin=1.3916

所以精馏段的操作线方程为

4098.05819.011

1y 1+=+++=+n D n n x x R x R R

xn:见第八页 yn+1:同上

3.2.5：提馏段操作线方程

00798.04691.1)1()1(y 1-=+--++=

+n w n n x x D

R D

F x D R F RD

3.2.6：理论板数的求算 （1）逐板计算法

第一层板上升蒸汽组成等于塔顶产品组成：y1=xD=0.98 根据操作线方程以及平衡线方程可得如下： y1 0.98 x1 0.927960003 y2 0.94978 x2 0.832543565 y3 0.894257 x3 0.689745445 y4 0.811163 x4 0.530345371 y5 0.718408 x5 0.40143852 x5

95.5804

.3lg 017.0983.002.098.0lg lg )1)(1(lg min

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⨯=

⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=αw w D D x x x x N 根据吉利兰经验关联图以及关系式求得：

R (R-Rmin)/(R+1) (N-5.95)/(N+1) N