中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第12页
成不同，在气相组成中，挥发度高的组分的浓度高些，分压高些，挥发度低的组分浓度相对低些，分压也低些；在液相组成中正好相反，挥发度低的组分的浓度高些，挥发度高的组分的浓度低些；相对挥发度越大，这种浓度差就越大。
对于粗甲醇中的杂质，通常以甲醇的沸点为界，分为轻组分杂质和重组分杂质。常压下甲醇的沸点为64.7℃，轻组分杂质是指其沸点低于64.7℃的组分，而重组分杂质是指沸点高于64.7℃的组分。
粗甲醇精馏就是根据粗甲醇中各种组分的沸点和相对挥发度的不同，在精馏塔内的热质传递元件上，通过建立物料、热量和汽液相平衡，在汽液相之间连续不断地实现热质的传递：在液相由上向下流动的过程中，由于塔内温度由上到下连续升高，沸点低、易挥发的轻组分相对地从液相向汽相中扩散传递，而汽相在由下向上流动的过程中，由于温度连续降低，沸点高、挥发度较低的重组分则相对地向液相中凝集传递，同时热量从汽相向液相传递。经过在精馏塔内反复多次连续地进行这种热质传递，最终实现关键轻组分在塔顶高浓度集聚、重组分在塔底高浓度集聚的分离过程。精馏工艺的理论基础是拉乌尔定律和道尔顿分压定律。
拉乌尔定律是指：在一定温度下的平衡理想溶液（假设两种液体可以任何比例相互溶解、互溶无体积效应和热效应）体系中，溶液表面上方的蒸汽中任一组分的分压，等于此纯组分在此温度下的饱和蒸汽压乘以其在溶液中的摩尔分数，可用如下式子表示：
Pi?Pi*?Xi
式中：Pi-----气相中组分i的分压；
Pi*-----此温度下纯组分i的饱和蒸汽压； Xi-----组分i在理想溶液中的摩尔浓度，%。
而道尔顿定律是指：在一定温度下的平衡系统中，溶液表面上方的压力等于汽相混合物中各组分的分压之和，即：
P??Pi
式中：?-----求和： P-------气相压力；
Pi-------气相中组分i的分压。
中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第13页
对于在一定温度下，由A和B两种物质组成的双组分理想溶液的平衡系统，可以通过上述的拉乌尔定律和道尔顿定律来求取理想溶液系统的气液相平衡关系式如下：
***XA?(P?Pb)/(Pa?Pb)
XB?1?XA
PA?Pa*?XA YB?1?YA PA?P?YA
PB?P?PA
式中：XA、XB-------为溶液中组分A和组分B的摩尔分数；
Pa*、Pb*-----------为纯正组分A和B在同一温度下的饱和蒸汽压； YA、YB-----------为气相中组分A和组分B的摩尔分数； PA、PB-----------为气液相平衡时气相中A和B蒸汽分压； P--------------------为理想溶液达到平衡时溶液上方的汽相总压。
如果已经知道某液体组分在某温度下的饱和蒸汽压，就可以利用拉乌尔定律计算出该液体与另一液体构成不同浓度混合液的气相分压。
精馏是多次简单蒸馏的组合。蒸馏操作系基于混合液中各组分在相同的温度条件下具有不同的挥发度，当加热至沸腾以后，将生成的蒸汽引出进行冷凝，其冷凝液组成与原来的混合液不同，其中易挥发组分的含量较前增加。如此不断汽化、冷凝操作，最后使混合液中的组分几乎以纯组分被分离开来。
粗甲醇精馏就是根据粗甲醇中各种组分的沸点和相对挥发度的不同，在精馏塔内的热质传递元件上，通过建立物料、热量和汽液相平衡，在汽液相之间连续不断地实现热质的传递：在液相由上向下流动的过程中，由于塔内温度由上到下连续升高，沸点低、易挥发的轻组分相对地从液相向气相中扩散传递，而气相在由下向上流动的过程中，由于温度连续降低，沸点高、挥发度较低的重组分则相对地向液相中凝集传递，同时热量从气相向液相传递。经过在精馏塔内反复多次连续地进行这种热质传递，最终实现关键轻组
中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第14页
分在塔顶高浓度集聚、重组分在塔底高浓度集聚的分离过程。 1.2.3 影响因素[7]
1.物料平衡的影响和制约
保持精馏装置的物料平衡是精馏塔稳态操作的必要条件。根据全塔物料衡算可知，对于一定的原料液流量F，只要确定了分离程度xD 和xW ,馏出液流量D和釜残液流量W也就被确定了。而xD 和xW决定于气液平衡关系（?）、xF、q、R和理论板数NT（适宜的进料位置），因此D和W或采出
DW与只能根据xD 和xW确定，而不能任意增减，否则进、出塔的两个FF组分的量不平衡，必然导致塔内组成变化，操作波动，使操作不能达到预期的分离要求。 2.回流比的影响
回流比是影响精馏塔分离效果的主要因素，生产中经常用改变回流比来
L调节、控制产品的质量。例如当回流比增大时，精馏段操作线斜率变大，
V该段内传质推动力增加，因此在一定的精馏段板数下馏出液组成变大。同时
L'回流比增大，提馏段操作线斜率变小，该段的传质推动力增加，因此在一
V'率
定的提馏段理论板数下，釜残液组成变小。反之，当回流比减小时，xD减小而xW增大，使分离效果变差。
回流比增加，使塔内上升蒸汽量及下降液体量均增加，若塔内气液负荷超过允许值，则应减小原料液流量。回流比变化时，再沸器和冷凝器的传热量也应相应发生变化。
D应指出，在采出率一定的条件下，若以增大R来提高xD，则有以下
F限制：
①受精馏塔理论板数的限制，因为对一定的板数，即使R增到无穷大（全回流），xD有一最大极限值；
②受全塔物料平衡的限制，其极限值为xD?FxF D中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第15页
3.进料热状况的影响
在实际生产中，加入精馏塔中的原料液可能有五种热状况：①温度低于泡点的冷液体；②泡点下的饱和液体；③温度介于泡点和露点之间的气液混合物；④露点下的饱和蒸汽；⑤温度高于露点的过热蒸汽。
由于不同进料热状况的影响，使从进料板上升蒸汽量及下降液体量发生变化，也即上升到精馏段的蒸汽量及下降到提馏段的液体量发生了变化。
当进料状况（xF 和q）发生变化时，应适应改变进料位置。一般精馏塔设几个进料位置，以适应生产中进料状况的变化，保证在精馏塔的适宜位置下进料。如进料状况改变而进料位置不变，必然引起馏出液和釜残液组成的变化。
对特定的精馏塔，若xF减小，则使xD 和xW均减小；欲保持xD不变，则应增大回流比。
1.2.4 精馏塔的产品质量控制和调节[7]
精馏塔的产品质量通常是指馏出液及釜残液的组成达到规定值。生产中某一个因素的干扰（如传热量、xF等发生变动）将影响产品的质量，因此应及时予以调节控制。
在一定的压强下，混合物的泡点和露点都取决于混合物的组成，因此可以用容易测量的温度来预示塔内组成的变化。对于馏出液和釜残液也有对应的露点和泡点，通常可用塔顶温度反映馏出液组成，用塔底温度反映釜残液组成。但对高纯度分离时，在塔顶（或塔底）相当一段高度内，温度变化极小。因此当塔顶（或塔底）温度发现有可觉察的变化时，产品的组成可能已明显改变，再设法调节就很难了。可见对高纯度分离时，一般不能用测量塔顶温度来控制塔顶组成。
分析塔内沿塔高的温度分布可以看到，在精馏段或提馏段的某塔板上温度变化最显著，也就是说，这些塔板的温度对于外界因素的干扰反映最为灵敏，通常将它称之为灵敏板。因此生产上常用测量和控制灵敏板的温度来保证产品的质量。
1.3 甲醇的主要技术规格
1.3.1 甲醇的一般性质
中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第16页
[1]
甲醇的分子式为CH3OH，其分子量为32.04。常温常压下，纯甲醇是无
色透明的、易流动、易挥发的可燃液体，具有与乙醇相似的气味。其一般性质看表1-3。
表1-3 甲醇的一般性质
性 质 密 度 相对密度 沸 点 熔 点 闪 点 自 燃 点 临界温度 临界压力 临界体积 蒸 汽 压 热 容 粘 度
0.8100g/ml(0℃) 0.7913 64.5～64.7℃ ―97.8℃
16℃(开口容器)，12℃（闭口容器） 473℃（空气中），461℃（氧气中） 240℃
79.54×105Pa(78.5atm) 117.8ml/mol
1.2879×104Pa(96.6mmHg)(20℃) 2.51～2.53J(g·℃)(20～25℃液体)， 45J（mol·℃）(25℃气体) 5.945×Pa·s(0.5945cP)(20℃)
数 据
甲醇的密度，粘度和表面张力随温度改变如下：
表1-4 甲醇的密度、粘度和表面张力随温度变化表
温度，℃ 密度g/ cm3 粘度，cP 表面张力，
0 0.810 0.817 24.5
10 0.801 0.690 23.5
20 0.792 0.597 22.6
30 0.783 0.510 21.8
40 0.774 0.450 20.9
50 0.765 0.396 20.1
60 0.756 0.350 19.3
1cP?10?4Pa?s，1dyn?10?5N