甲醇合成工艺设计
残液中甲醇的摩尔分率Xw。
132Xw==0.0057 1?993218.02 <2>.处理能力
F=
G2483.534=
XfMf?XH2OMH2O0.437?32?(1?0.437)?18.02 =102.93 kmol/h 精馏段物料量： D精=F?Xf?XwXd?Xw=102.93?0.437?0.0057
0.999?0.0057 =44.697 kmol/h 提馏段物料量： D提=F?Xd?XfXd?Xw=102.93?0.999?0.437
0.999?0.0057 =55.185 kmol/h <3>.平均挥发度：?
查得124℃时，甲醇的饱和蒸汽压P*CH3OH=705.38 Kpa
水的饱和蒸汽压P*H2O=229.47 Kpa
105℃时，甲醇的饱和蒸汽压P*CH3OH=439.08 Kpa 水的饱和蒸汽压P*H2O=123.18 Kpa
P*CH3OH由?=*得：
pH2O705.38=3.074
229.47439.08105℃时，?105℃==3.565
123.18124℃时，?124℃=
平均挥发度：?=?124?105=3.074?3.565=3.310 <4>.求最小理论塔板数Nm： 因为：Xd=0.999，Xw=0.0057；
Xd1=0.001
Xw1=0.9943；
36
内蒙古科技大学毕业设计（论文）
?XdXw1??0.9990.9943??lg?lg????XX?0.0010.0057? 根椐芬斯克公式：Nm=?d1w?=?lg3.310lg? =10.06块 <5>.求最小回流比 各组分参数列表
组分 水 甲醇 进料组成Xi,F 0.563 0.437 釜液组成Xi,D 0.9943 0.0057 ?i 3.565 3.074
用恩德伍德公式计算：
??i?Xi,D?m?i???iXi,Fi=Rm+1
????=1-q
因为：为露点进料 所以：q=1
???iXi,Fi??=0=
3.565?0.5633.074?0.437+
3.565??3.074??用试差法求出：?=3.254，代入：
??i?Xi,D?m?i??=Rm+1=
3.565?0.99433.074?0.0057+
3.565?3.2543.074?3.254故：Rm=10.32
操作回流比R=1.5Rm=1.5?10.30=15.45 则
R?Rm15.45?10.30==0.356 R?115.45?1 <6>.求实际理论板数 查吉利兰图得：
N?Nm=0.356 N?1 37
甲醇合成工艺设计
则：
N?10.08=0.356
N?1所以：N?16.17块 <7>.计算板效率
⑴.求平均相对挥发度与平均粘度的积(?、?) 塔顶塔底平均温度为：
1(105+67)=86℃ 286℃时：?H2O=0.325?10-3 PaS ?CH3OH=0.3354?10-3 PaS
则：?= ?CH3OHXf+?H2O (1-Xf)
=0.325?10-3?0.437+0.3354?10-3?(1-0.437) =0.3309?10-3 PaS
所以：??=0.3309?10-3?3.310=1.0973?10-3 PaS
⑵.查板效率与??关联图得：N=15.05 板效率：E=49*(??)?0.25=
所以实际板数为：
16.17=34.85块 0.4642.3.4 塔内件设计
<1>.溢流堰设计
塔板上的堰是为了保持塔板上有一定的清液层高度，若过高则雾沫夹带严重，过低气液接触时间短，都会降低板效。根椐经验，取清液层高度hc=0.05，本设计选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。
堰长取Lw=0.8D=0.8?3000=2400 mm 堰高：hw=hl-how
采用平直堰，堰上液层高度how how=
L22.84E(h)3 --------------(a) 1000Lw提馏段及精馏段计算结果如下：
38
内蒙古科技大学毕业设计（论文）
溢流强度i，i=L/Lw,m3/(h.m) i=5-25 求E，由(L/Lw2.5查图 堰上液层高度how 由(a)计算 堰高 圆整到 How=i=精馏段 提馏段 i=0.0155?3600=23.25 2.400适合要求 0.01516?3600=22.74 2.400适合要求 0.0155?3600=6.25 ?2.400?2.5E=1.015 0.01516?3600=6.12 ?2.400?2.5E=1.011 How=2.84?1.015?23.252/3 1000=0.02348 2.84?1.011?22.742/3 1000=0.02305 Hw=0.02695 Hw=0.027 Hw=0.05-0.02348=0.02652 Hw=0.027
<2>.降液管设计 Lw=2400mm，
LwD=0.8
查阅《代工原理》(下)天津科学技术出版社，得到：
WdD=0.2，
AfAT=0.15
Wd--------降液管弓形宽度m Af---------降液管弓形面积m2 AT--------塔截面积m2 Wd=0.2?3.000=0.6m AT=
11?D2=?3.14?(3.000)2=7.065 m2 44Af=7.065?0.15=1.0598 m2
降液管容积与液体流量之比为液体在降液管中的停锱时间t，一般大于5S，即： t=
AfHTL
1.0598?0.35=23.93>5S
0.01551.0598?0.35提馏段：t==24.47>5S
0.01516精馏段：t=
故降液管底隙高度H0，对弓形降液管，管口面积等于底隙面积，即有：
39
甲醇合成工艺设计
H0=
L?=0.2 m/s则： ，取U0LwU'o0.0155=0.0323 m
2.400?0.20.01516提馏段：H0==0.0316 m
2.400?0.2精馏段：H0=
<3>.塔板布置及浮阀数目与排列： 取阀孔动能因子F0=13.5,计算如下：
U0=精馏段 U0=提馏段 U0=F0?v13.5=9.307 2.01413.5=9.311 2.093每层浮阀数 N=5.31212?3.14??0.041??9.3074=433 N=6.4712?3.14??0.041??9.3114=527 N=V????d0U0??4? 取边缘高度 泡沫区宽度 Wl=0.08m Ws=0.20m
考虑到塔的直较大，必须采用分块式塔盘，取t?=85mm，按t=95 mm，
t? =85 mm以等腰三角形顺排。
排得阀数为530个，按?N=530个重新换算F，计算结果如下：
U0=精馏段 提馏段 =9.297m/s V?4 25.3126.47d0N?4?0.041?5302.104=13.49 2?4=9.304m/s ?0.041?5272.093=13.46 2F0=U0?v 9.297?9.304?
阀孔动能因素变化不大，仍在9-12之间。塔板开孔率：
40