表8 物料衡算结果表

物料

kmol/h 质量分率

组成

摩尔分率

83.50%

98.24%

[3]

单位 kg/h

进料F

31.725×103 1067.089

塔顶D

28.818×103

塔釜W

2.9×103 160.57

906.519 99%

90% 0.5% 0.2818%

表9 甲醇-水平衡时的t、x、y数据

平衡

100

温度t 液相

0

甲醇x 气相

0

甲醇y

5.31

7.67

9.26

92.9

90.3

88.9

85.0

81.6

78.0

76.7

73.8

71.3

70.0

68.0

66.9

64.7

72.7

13.15 20.83 28.18 33.33 46.20 52.92 59.37 68.49 85.62 87.41 100

28.34 40.01 43.53 54.55 62.73 67.75 69.18 77.56 79.71 81.83 84.92 89.62 91.94 100

根据汽液平衡表（即x-y-t表），利用内插法求塔顶温度tLD、tVD，塔釜温度tW，进料液温度tF 塔顶温度tLD、tVD

98.24?87.41tLD?66.9??tLD?65.01℃

100?87.4164.7?66.9100?98.2464.7?tVD??tVD?65.18℃

100?91.9464.7?66.9塔釜温度tW 进料液温度tF

t?100100?92.9?W?tW?99.62℃

0?5.310.2818?0tF?68.068.0?70.0??tF?68.25℃

85.62?68.4983.50?85.62回流比的确定：由表9的数据绘制x-y图

由图（图略）可知进料平衡曲线为不正常平衡曲线，为减小误差，用作图法求最小回流比Rmin 由点a（xD,xD）向平衡线作切线，交轴于b（0，29.22），即精馏操作线截距

xD?20.62，所以 R?198.24?29.22，所以Rmin?2.36。操作回流比可取为最小回流比的1.1-2.0倍，所以取回流比

Rmin?1

18

R?1.3Rmin?1.3?2.36?3.07

甲醇-水混合液的t-x图1009080气相甲醇（%）7060504030201000102030405060708090100液相甲醇（%）

平均相对挥发度α ： t=92.9℃时 ?1?yAxBy(1?x)28.34?(100?5.31)???7.05 yBxB(1?y)x(100?28.34)?5.31yAxBy(1?x)91.94?(100?87.41)???1.64 yBxB(1?y)x(100?91.94)?87.74t=66.9℃时 ?2????1??22?7.05?1.64?4.35

24.1.2 热量衡算

（1）加热介质和冷却剂的选择

常用的加热剂有饱和水蒸气和烟道气。饱和水蒸气是一种应用最广的加热剂，由于饱和水蒸气冷凝时的传热膜系数很高，可以通过改变蒸汽的压力准确地控制加热温度。燃料燃烧所排放的烟道气温度可达100-1000℃，适用于高温加热，缺点是烟道气的比热容及传热膜系数很低，加热温度控制困难。本设计选用1.2Mpa（温度为187.8℃）的饱和水蒸气作为加热介质，水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。

常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。受当地气温限制，冷却水一般为10-25℃。本设计选用20℃的冷却水，选升温10℃，即冷却水的出口温度为35℃。 （2）冷凝器的热负荷及冷却介质消耗量

19

冷凝器的热负荷 QC?(R?1)D(V )ID?ILD其中 IVD——塔顶上升蒸汽的焓；ILD——塔顶馏出液的焓。

IVD?ILD?xD?HV甲?(1?xD)?HV水

其中 ?HV甲——甲醇的蒸发潜热；?HV水水的蒸发潜热

1?Tr20.38蒸发潜热与温度的关系：?H1??HV() 其中Tr——对比温度。 11?Tr12表10 沸点下蒸发潜热列表

甲醇 水

沸点/℃ 64.65 100

蒸发潜热?Hr/(kcal·kmol-1)

8430 9729

Tc/K 512.6 647.3

由沃森公式计算塔顶温度下的潜热 ?HV??HV(211?Tr21?Tr1)0.38

65.18℃时，对甲醇：Tr2?T2273.15?65.18??0.660 TC512.6T1273.15?64.65??0.659 TC512.61?0.6600.38)?8420.597 kcal/kmol

1?0.6590.38 Tr1?蒸发潜热 ?Hr甲?8430?(对水，同理得 Tr2=0.523，Tr1=0.576 蒸发潜热 ?Hr水?9729?(1?0.5231?0.576)?10174.338 kcal/kmol

对于全凝器作热量衡算（忽略热损失），选择泡点回流，因为塔顶甲醇含量很高，与露点相接近，所以 IVD?ILD ?x?H?(1?x)D?HD甲水LD代入数据得 IVD?I?0.982?48420.?5?97 kcal/kmol (1?0.9824?)10174.Qc?(3.07?1)?906.519?8451.463?31181945.97 kcal/h

冷却剂的消耗量 WC?QCCpc(t2?t1)?31181945.971?(35?20)?2078796.398kg/h

（3）加热器的热负荷及全塔热量衡算

20

选用1.2Mpa(187.8℃)饱和水蒸气为加热介质

表11 甲醇、水在不同温度下混合的比热容[单位：kcal/(kg.℃)]

甲醇 水

Cp165.01?0.719

Cp168.25?0.730

Cp1?0.725 Cp2?1

Cp199.62?0.834

Cp168.25?0.730

?1?0.782 Cp?2?1 Cp68.?2 5)24.53Cp2?1

65.01Cp2?1

68.25Cp2?1

99.62Cp2?1

(99.?6268.25?1?(tW?tF)?0.78?甲醇 Cp1?(tLD?tF)?0.725?(65.01?68.25)??2.35 Cp2?2?(tW?tF)?1?(99.6?水 Cp2?(tLD?tF)?1?(65.01?68.25)??3.24 Cp268.?25) 31.37?65.0168.25??Cp2(1?xD?)]?t?(0.725?0.99?1?0.01)?(65.01?68.25)??2.36 Cpdt?[Cp1xD?dt?[Cp?1xW??Cp?2(1?xW?)]?t??(0.782?0.005?1?0.995)?(99.62?68.25)?31.34 Cp?99.6268.25则有 D?65.0168.25Cpdt?D?Cp?t?28.828?10?(?2.36)??68010.48 kcal/h

99.623 QW?W?68.25C?dt?W?C??t?2.9?10?31.34?90886 kcal/h pp3对全塔进行热量衡算 QF?QS?QD?QW?Q

为了简化计算，以进料焓，即68.25℃时的焓值为基准做热量衡算

QS?QD?QW?QC?QF =-58935.1+78753.502+36581438.69-0=3.12×107 kcal/h 3.1?2107??塔釜热损失为10%，则η=0.9，则 QSkcal/h ??3.47?1 0?0.9QS7式中 QS——加热器理想热负荷； QS?——加热器实际热负荷；

QD——塔顶馏出液带出热量； QW——塔底带出热量。

加热蒸汽消耗量 ?Hr水蒸气?2784.6 kj/kg (187.6℃,1.2Mpa) Wh?Qs??Hr水蒸气?3.47?1072784.6/4.1868?52188.3255031.62 kg/h

表12 热量衡算数据结果列表

符号

QC

31181945.97

WC

2078796.398

kg/h

QF

0

QD

-68010.48

QW

90886 kcal/h

QS?

3.12×107 kcal/h

Wh

52188.32 kg/h

数值

kcal/h kcal/h

4.1.3 理论板数、塔径、填料选择及填料层高度的计算

21

（1）理论板数的计算

由于本次设计时汽化塔的相对挥发度是变化的，所以不能用简捷法求得，应用图解法。 精馏段操作线方程为 y?RR?1x?xDR?1 截距

xDR?1?0.9824?0.241 43.0?71连接?xD,xD?,(0,xDR?1)与q线交于d点，连接?xW,xW?与d点，得提馏段操作线，然后由平衡线与

操作线可得精馏塔理论板数为30块，提馏段4块，精馏段26块。

（2）填料的选择

填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相相接触传质与传热的表面，与塔内件一起决定了填料塔的性质。目前，填料的开发与应用仍是沿着散装填料与规整填料两个方面进行。

本汽化塔设计选用25×0.8金属拉西环乱堆填料。 （3）塔径设计计算

汽化塔设计的主要依据和条件：

表13 不同温度下甲醇和水的密度

密度(kg/m3)

物质 甲醇 水

温度/℃

50 750 988

60 741 983

70 731 978

80 721 972

90 713 965

100 704 958

表14 查化工工艺设计手册整理得甲醇-水特殊点粘度

物质 甲醇 水

粘度（mPa.s）

塔顶65.01℃

0.333 0.435

塔底99.62℃

0.228 0.285

进料68.25℃

0.310 0.416

塔顶、塔底、进料条件下的流量及物性参数：

表15 汽化塔塔顶数据结果表

符号 数值

MLDkg.kmol31.79

?1

MVDkg.kmol31.79

?1

?VDkg.m?3

?LDkg.m?3

?LDmPa?s0.335

流量D质量/(kg?h)摩尔/(kmol?h)28.818×103 906.519

?1?1

1.146 737.83

表16 汽化塔塔底数据结果表

符号

MLWkg.kmol18.02

?1

MVWkg.kmol18.02

?1

?VWkg.m?3

?LWkg.m?3

?LWmPa?s0.285

流量W

质量/(kg?h)摩尔/(kmol?h)2.9×103 160.57

?1?1

数值 0.589 958

表17 汽化塔进料数据结果表

符号

MLFkg.kmol?1

MVFkg.kmol30.50

?1

?VFkg.m1.09

?3

?LFkg.m?3

?LFmPa?s0.327

流量F质量/(kg?h)摩尔/(kmol?h)31.725×103 1067.089

?1?1

数值 29.73 751.65

22