甲醇乙醇的精馏.docx
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甲醇乙醇的精馏
甲醇乙醇的精徭
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。
122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。
3.加热方式
精馏塔釜的加热方式一般米用间接加热方式，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。
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。
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。
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物料衡算
3.2.1原始数据
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*24h/d）
原料液（含甲醇）
46%（质量分数）
原料液温度
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
Qi=5%Qb
热源条件
5kgf/
3.2.2查阅文献，整理有关物性数据
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
（20C）kg/m3
沸占八\、
（10
1.3kPa）
比热容
（20C）
Kg/（k
黏度
（20
C）mP
a.s
导热数
（20C）^/（m•C）
表面
张
力
CTX10-
（20
°C
C）
N/m
甲醇
（A）
H
32.04
791
64.7
2.495
0.6
0.212
22.6
乙醇
（B）
O
H
46.07
789
78.3
2.395
1.15
0.仃2
22.8
1.料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
原料组成：
二=0.5505
馏出液组成：
==0.9719
釜出液组成==0.0072
3.2.3物料衡算
已知d===128.6177kmol/h
总物料衡算F=D+W=128.6仃7+W
易挥发组分物料衡算0.9719128.6177+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
0.5505
D
128.6177kmol/h
0.9719
W
99.7591kmol/h
0.0072
3・2・4塔温确定
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
C（泡点温度）
塔底甲醇的摩尔分数：
=0.0072
3.2.5q值的计算
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
试差得=62.1」L
1■查得有关甲醇与乙醇的安托因方程:
甲醇：
得：
lgPa-7.879-1473.1
T+230.0
乙醇：
1554.3得：
lgPb=8.045-
T+222.65
将PA，Pb代入PAxAPbXb二P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,=Xd=0.9789,
2）进料板位置：
11
精馏段实际板层数：
精=10/55.07%豁18
每层塔板压降：
=0.7kPa
=0.6080,试差得
进料板压力：
=101.3+0.718=113.9kPa,
67.4_
3提馏段实际板层数：
提=38-18=20
塔釜压力：
=101.3+0.737=127.2kPa
塔釜：
==0.0426,试差得=79.51（
求得精馏段及提馏段的平均压力及温度:
提馏段:
「低kpa
塔顶：
=0.978932.04+（10.9789）46.07=32.34kg/kmol
=0.964532.04+（10.9645）46.07=32.54kg/kmol
进料板：
=0.727232.04+（10.7272）46.07=35.88kg/kmol
=0.609532.04+（10.6095）46.07=37.52kg/kmol
塔釜：
=0.046832.04+（10.0468）46.07=45.41kg/kmol
=0.027932.04+（10.0279）46.07=45.69kg/kmol
精馏段平均摩尔质量：
==34.11kg/kmol
=41.60kg/kmol
3.平均密度的计算：
1）汽相平均密度计算:
2）液相平均密度计算:
塔顶：
=749.25kg/，=750.11kg/
得：
==’1=749.29kg/
0.97.0.03
749.25750.11
进料板：
=746.4kg/，=747.4kg/
得:
1
=746.88kg/
0.54■0.46
液体平均表面张力按下式计算:
746.4747.4
得：
==
1
=734.97kg/
0.030.97
733.5735.04
精馏段液相平均密度：
749.29746.88
==748.085kg/
提馏段液相平均密度：
734.97746.88
==740.925kg/
塔釜:
=733.5kg/
=735.04kg/
4.液体平均表面张力计算
。
Lm=》X口i
塔顶：
=62.1I_，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-）=0.964518.35+（1-0.9645）=18.35
进料板：
=67.4_，查手册：
=17.86mN/m，=18.00mN/m
得：
=+（1-）=0.62817.86+（1-0.628）=17.91mN/m
塔釜：
=79.5_，查附录：
=16.80mN/m，=17.18mN/m
得：
=+（1-）=0.042616.80+（1-0.0426）=17.16mN/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：
=62.1r
查由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，陈敏恒）附录
=0.315mPa,=0.520mPa
得:
==0.32mPa
进料板：
=67.4E，查附录：
=0.305mPa,=0.485mPa
得:
==0.34mPa
塔釜：
=79.5C，查附录：
=0.256mPa,=0.394mPa
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
6.气液相体积流率计算
精馏段汽相体积流率：
==1.566/s
液相体积流率：
==0.00216/s
II
提馏段汽相体积流率：
=VMvm=1.439/s
3600Pvm
II
液相体积流率：
=LMLm=0.00385/s
3600Pg
7.塔径的确定
塔径的确定，需求=C，C由下式计算：
C=C20（l）0.2
20
C20由Smith图查取。
取板间距HT二0.45m，板上液层高度hl二0.05口，则Ht-hL=0.45-0.05二0.伽
（1）段塔径的确定
O.O21（748.O85）o.5=0.032，查smith图:
15.661.311
Smith图
C20由Smith图查取。
取板间距HT二0.45m,板上液层高度h二0.05m，则Ht-M=0.45-0.05二0.伽
Smith图
得=0.087,C=0.0853
取安全系数为0.7,则空塔气速为：
u=0.72.036=1.42m/s
（3）按标准塔径圆整后，D=1.2m
塔截面积：
3.14^62d"
=-=1.2=1.13
4
实际空塔气速为：
u=—=1.566/1.13=1.386m/s
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