分离甲醇-丙醇混合液的筛板式精馏塔工艺设计

1.6相关物性参数（1）甲醇和丙醇的物理参数（2）甲醇、丙醇的相对密度温度（℃）20406080甲醇（kg/m3）804.8783.5761.1737.4丙醇（kg/m3）810.1790.6770.2748.4（3）液体表面张力第二章设计任务书1.设计题目：分离甲醇-丙醇混合液的筛板式精馏塔工艺设计2.工艺条件：生产能力：甲醇-丙醇混合液处理量3.4万吨/年进料状况：冷液进料物质分子式相对分子质量/（g/mol）沸点/℃临界温度/K临界压力/KPa甲醇（A）CH4O32.041964.96512.68.096丙醇（B）C3H8O60.095097.4536.75.168温度（℃）406080甲醇(mN/m)19.6717.3315.04丙醇(mN/m)23.1221.2719.40原料组成：自定分离要求：自定3.塔板类型：筛板式精馏塔4.生产制度：年开工300天，每天24小时连续生产5.设计内容：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)塔板主要工艺尺寸的计算；6)塔板的流体力学验算；7)塔板负荷性能图；8)精馏塔接管尺寸计算；9)绘制生产工艺流程图；10)绘制精馏塔设计条件图；11)绘制塔板施工图（可根据实际情况选作）；12)对设计过程的评述和有关问题的讨论。第三章设计内容3.1设计方案的确定及工艺流程的说明本设计任务为分离甲醇-丙醇混合物。对于该二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。设计中采用冷液进料，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。3.2全塔的物料衡算3.2.1原料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率甲醇和丙醇的相对摩尔质量分别为MA=32.0419kg/kmol和MB=60.0950kg/kmol，原料含甲醇的质量百分率为22%，塔顶甲醇含量52%，塔底甲醇含量1.0%，则：原料液含甲醇的摩尔分率：0.22/32.04190.34600.22/32.04190.78/60.0950Fx塔顶含甲醇的摩尔分率：0.52/32.04190.67020.52/32.04190.48/60.0950Dx塔底含甲醇的摩尔分率：0.01/32.04190.01860.01/32.04190.99/60.0950Wx3.2.2原料液及塔顶底产品的平均摩尔质量由3.1.1知产品中甲醇的摩尔分率，故可计算出产品的平均摩尔质量：原料液的平均摩尔质量：MF＝32.0419×0.3460＋(1－0.3460)×60.0950＝50.3886（kg/kmol）塔顶液的平均摩尔质量：MD＝32.0419×0.6702＋(1－0.6702)×60.0950＝41.2938（kg/kmol）塔底液的平均摩尔质量：MW＝32.0419×0.0186＋(1－0.0186)×60.0950＝59.5732（kg/kmol）3.2.3料液及塔顶底产品的摩尔流率依题给条件：一年以300天，一天以24小时计，得：全塔物料衡算：进料液：F=(3.4×107)/(300×24×50.3886)kmol/h=93.7161kmol/h总物料恒算：F=D+W甲醇物料恒算：F×0.3460=D×0.6702+0.0186×W联立解得：W＝46.6279kmol/hD＝47.0882kmol/h3.3塔板数的确定理论塔板数TN的求取3.3.1平衡曲线的绘制甲醇-丙醇的相平衡数据如下xyt/℃xy0.000.0064.656.00.550.620.020.0564.055.80.600.660.050.1163.055.60.650.690.100.2061.655.50.700.730.150.2760.555.40.750.760.200.3459.555.40.800.800.250.3958.755.40.800.800.300.4358.155.40.850.840.350.4857.455.60.900.890.400.5156.955.80.950.940.450.5556.556.00.980.980.500.5956.256.11.001.003.3.2操作回流比的确定做t-x-y图：有图知：塔底温度tw=64℃塔顶温度td=55.6℃泡点温度tb=57.4℃t=（tF+tb）/2=（20+57.4）/2=38.7℃查表得Cp(J/(mol.k)）R(KJ/mol)甲醇83.056137.2704丙醇149.260547.4266Cp=CpAxA+CpBxB=83.0561×0.3460+149.2605×(1-0.3460)=126.3538(J/(mol.k)）r=rAxA+rBxB=37.2704×0.3460+47.4266×(1-0.3460)=43.9126(KJ/mol)q=Cp(t1-t2)/r+1=126.3538×（57.4-20）/43912.6+1=1.1076q线方程：y=10.2937x-3.215600.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91甲醇的摩尔分数丙醇的摩尔分数l读图：xq=0.361yq=0.483Rmin=（yd-yq）/（xd-xq）=(0.6702-0.483)/(0.483-0.361)=1.5344塔顶yA=Dx,查的对应xA=0.622塔顶=yAxB/yBxA=0.6702（1-0.622）/（1—0.6702）0.622=1.2350同理：求得塔底=2.1413进料口=1.6897平均1.2350x2.1413=1.6262Nmin=ln[(1-xw)Dx/xw(1-Dx)]/lnm=ln[0.6702×（1-0.0186）/(1-0.6702)×0.0186)]/ln1.6262=8.6143R1.1Rmin1.2Rmin1.3Rmin1.4Rmin1.5RminN23.156519.792217.871216.579815.6350R1.6Rmin1.7Rmin1.8Rmin1.9Rmin2.0RminN14.906814.324913.847413.447513.1070绘NT-Rmin图如下：在1.3Rmin时，曲率最大此时N=18此时R=1.3Rmin=1.9947精馏塔的汽、液相负荷：精馏段：液相流量：L=RD=1.9947×47.0882=93.9268kmol/h气相流量：V=(R+1)D=(1.9947+1)×47.0882=141.0150kmol/h提镏段：气相流量：V′=V+(q-1)F=141.0150+(1.1076-1)×93.7161=151.0988kmol/h液相流量：L′=V′+W=151.0988+46.6279=197.7267kmol/h3.3.3理论板TN的确定NT=N-1=18-1=173.3.4实际板数的确定取板效率为0.65故实际板数N=17/0.65=26.15取N=273.3.5进料板的确定塔顶=1.2350，塔底=2.1413，进料口=1.6897精馏段：m=1.23501.6897=1.4446Nmin=ln[(1-xw)Dx/xw(1-Dx)]/lnm-1=ln[0.6702×（1-0.3460）/(1-0.6702)×0.3460)]/ln1.4446-1=2.6586051015202500.511.522.5*RminN系列1(N1-Nmin)/(N1+2)=0.545827-0.591422X+0.002743/X其中X=(R-Rmin）/(R+1)=0.1537代入数据得N1=6.8769实际进料板N=N1/0.65=6.8769/0.65=10.5798故实际进料位置为第11块。3.4塔的精馏段操作工艺条件及计算3.4.1平均压强pm塔顶压强：P101.33.5kPaD=104.8Kpa取每层塔板的压降不超过0.6kPa进料板：PF=104.8+11X0.6=111.4kPa塔底压强：Pw104.80.627121kPa精馏段平均压强：p1=(104.8+111.4)/2=108.1kPa提馏段平均压强：p2=(111.4+121)/2=116.2kPa3.4.2平均温度tm依据操作压力，读t-x-y图塔顶温度:tD=55.6℃进料板温度：tf=57.4℃塔底温度：tw=64℃精馏段平均温度：t1=(tD+tf）/2=(55.6+57.4)/2=56.5℃提馏段平均温度：t2=(tf+tw)/2=(57.4+64)=60.7℃3.4.3平均分子量mM塔顶液的平均摩尔质量:MD＝41.2938（kg/kmol）加料板：MF＝50.3886（kg/kmol）塔底液的平均摩尔质量:MW＝59.5732（kg/kmol）3.4.5液体的平均密度ρ内差得：甲醇密度kg/m3丙醇密度kg/m355.6℃1.22862.304264℃1.38322.5941液相甲醇密度kg/m3丙醇密度kg/m355.6℃766.028774.68864℃756.36765.84①塔顶（精馏段）：L=766.028×0.6702+(1-0.6702)×774.688=768.8841kg/m3同理得出：V=1.5833kg/m3②塔底（提馏段）：L=765.6637kg/m3V=2.5716kg/m33.4.6液体的体积流率V精馏段：精馏段的气、液相体积流率为/hm7902.36775833.12938.410150.1413,,mVmVsVMV/hm0444.58841.7682938.419268.933,,mLmLsLML提馏段：提馏段的气、液相体积流率为/hm3263.35005716.25732.590988.1513,,mVmVsVMV/hm3843.156637.7655732.597267.1973,,mLmLsLML3.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算3.5.1表面张力：内差得，甲醇表面张力(mn/m)丙醇表面张力(mn/m)平均表面张力(mn/m)55.6℃17.844821.67719.10866416.87220.89620.82123.5.2径的计算精馏段：由VVLCu/max）（式中的C公式计算，其中C20由化工原理课程设计教材的负荷系数图查取，图的横坐标为0302.05833.18841.7687902.36770444.52/12/1VLhhVL取板间距HT=0.45m,度hL=0.05m，则HT-hL=0.45-0.05=0.4m查负荷系数图得C20=0.0807927.0201086.1908.020202020。。LCCsmu/7450.15833.1/)5833.18841.768(07927.0max取安全系数为0.75,空塔气速为smuu/30875.17450.175.075.0maxmVxD9972.0360030875.1785.07902.3677)785.0/(提馏段：由VVLCu/max式中的C公式计算，其中C20由化工原理课程设计教材的负荷系数图查取，图的横坐标为0758.05716.26637.7653263.35003843.152/12/1VLhhVL取板间距HT=0.45m,上液层高度hL=0.06m,则HT-hL=0.45-0.06=0.39m查负荷系数图得C20=0.07807863.0208212.20078.020202020。。LCCsmu/3545.15716.2/)5716.26637.765(07863.0max取安全系数为0.75,空塔气