内蒙古科技大学毕业设计（论文）
带入热量：kJ/h 加压塔来的甲醇：3077254.62 塔底供热：50459764.7 内回流：g内(67?2.68) 总入热：53537019.32+179.56g内 带出热量：kJ/h 采出热量精甲醇：11426819.64 内回流：g内(67?2.68+1046.75) 总出热：11426819.64+1226.31g内
所以：总入热=总出热
所以：53537019.32+179.56g内=11426819.64+1226.31g内 所以：g内=40229.47 kg/h
<5>.常压塔提馏段热量平衡见表2-21。
表2-21 提馏段热量平衡表
带入热量：kJ/h 加压塔来的甲醇：3555218.96 塔底供热：50459764.7 内回流：g’内(67?2.68) 总入热：54014983.66+179.56 g’内 带出热量：kJ/h 残液：2992910.34 内回流：g’内(67?2.68+1046.75) 总出热：2992910.34+1226.31g’内
因为：Q总入热+Q总出热
即：54014983.66+179.56 g’内=2992910.34+1226.31g’内 所以：g’内=48743.32kg/h
2.3 主要设备计算及选型
设备是化工工艺运作的载体，选择合适的设备，对于提高生产率，降低原料，能是的消耗有着重要的作用。
31
甲醇合成工艺设计
2.3.1 常压精馏塔计算
条件：⑴.精甲醇质量：精甲醇含醇：99.95%(wt) 残液含醇：1%(wt) ⑵.操作条件：塔顶压力：0.01?106 Pa 塔底压力：0.13?106 Pa 塔顶温度：67 ℃ 塔底温度：105 ℃ 回流液温度：40 ℃
进料温度：124 ℃ <1>.精馏段 平均温度： 平均压力：
1?(124+67)=95.5 ℃ 2175?19?[(0.13?106-0.01?106) ??0.01?106]=99.6 KPa 275
表2-22 精馏段物料流率
物料 内回流 质量流量：kg/h 40229.47 分子量：kg/kmol 32 摩尔流量：kmol/h 1257.17
标准状况下的体积：V0=1257.17?22.4=28160.63Nm3/h
0.101?106273?95.5操作状况下的体积：V1=28160.63? ?3627399.6?10?0.101?10=19122.47m3/h
19122.47=5.312m3/s
360040229.47气体密度： ?n==2.104 kg/ m3
19122.47气体负荷：Vn=
查《化工工艺设计手册》，95.5℃时甲醇的密度?n=721 kg/m3 液体负荷：Ln=
40229.47=0.0155m3/h
3600?721
<2>.提馏段
32
内蒙古科技大学毕业设计（论文）
平均温度：
1(105+124)=114.5 ℃ 2 入料压力：(0.13?106-0.01?106)? 平均压力：
75?19=89.6 kPa 751(89.6?103+0.13?106)=109.8 kPa 2
表2-23 提馏段内回流量
物料 内回流 质量流量：kg/h 48743.32 分子量：kg/kmol 32 摩尔流量：kmol/h 1523.23
标准状况下的体积： V1?=1523.23?22.4=34120.32 Nm3/h
273?114.50.101?106操作状态下的体积：V1?=34120.32? ?36273109.8?10?0.101?10=23292.9 Nm3/h
所以：气体负荷：Vm=
23292.9=6.47 m3/s 360048743.32气体密度： ?m==2.093kg/m3
23292.9查得进料状态甲醇溶液温度124℃，含甲醇55.7%，密度为0.83 t/m3。 塔底含醇1%，可近似为纯水，105℃，0.13Mpa下水的密度为939.41 kg/m3。
939.41?847.0=893.21 kg/m3
248743.32则液体负荷Lm==0.01516m3/s
893.21?3600所以：液体平均密度?=
2.3.2 初估塔径
本设计采用F1重阀浮阀塔，设全塔选用标准结构，板间距HT=0.35 m，溢流堰高hc=0.05 m。 <1>.精馏段
⑴.求操作负荷系数C? 精馏段功能参数：
Ln?l10.01557211()2=)2 ?(
5.3122.104Vn?v 33
甲醇合成工艺设计
=0.054 塔板间有效高度H0=HT-HC
=0.35-0.05=0.30m
查斯密斯图《甲醇工学》化工工学出版社。得负荷系数：G?=0.0515。 又查得95.5℃时，甲醇的表面张力为：15.87?10-5 N/cm 水的表面张力为：68.87?10-5 N/cm 精馏段甲醇水溶液的平均组成为： 甲醇：
1?(0.9995+0.579)=0.7893 wt 2则含水为：1-0.7893=0.2107 wt
所以表面张力：σ=0.7893?15.87?10-5+0.2107?68.87?10-5 =27.04?10-5 N/cm 所以：C?=
G??????5?20?10??0.2=
0.0515?27.04?10??20?10?5??5????0.2
=0.0485
⑵.最大流速Umax Umax=1.3C?=1.69 m/s
U适=0.7Umax=1.69?0.7=1.183 m/s ⑶．求塔径D D=
721?2.104?l??v=1.3?0.0485?
2.104?vVn5.312==2.39 m 0.785?1.1830.785U适 <2>.提馏段
⑴．求操作负荷系数C?
10.01516Lm?l893.211 提馏段功能参数：（）2=)2 ?(
Vm2.0936.47?v=0.0484
查斯密斯图得G?=0.0524
34
内蒙古科技大学毕业设计（论文）
又得114.5℃时，甲醇表面张力为：14.13?10-5 N/cm
水的表面张力为：57.06?10-5 N/cm
提馏段甲醇水混合平均组成：
甲醇：
1?(0.01+0.579)=0.295 2水：1-0.295=0.705 平均表面张力：
?=0.295?14.13?10-5+0.705?57.06?10-5
=44.40?10-5 N/cm 所以：C?=
G??????5??20?10?0.2=
0.0524?44.40?10??20?10?5??5????0.2
=0.0447
⑵.求提馏段U’max
U?max=1.3C??l??v893.21?2.093=1.3?0.0447? ?v2.093=1.199 m/s
U?适=0.7U?max=0.7?1.199=0.839 m/s
⑶.求塔径D?
D?=
Vm6.47==2.93 m 0.785?0.8390.785U适对全塔，取塔径D=3000 mm
2.3.3 理论板数的计算
<1>.各点的甲醇摩尔分数，设加压塔后甲醇的甲醇摩尔人率为Xf。
32=0.437
9259.914?6730.313218.02精甲醇中甲醇的摩尔分率Xd。 Xf=
99.959259.914Xd=
99.953232?0.05=0.999
18.02 35