塔顶产品平均相对分子质量 M1?32.04?96.50%?18.02?(1?96.50%)?31.55kg/kmol 塔釜产品平均相对分子质量 M3?32.04?0.2818%?18.02?(1?0.2818%)?18.06kg/kmol 则质量流量D??45.94?31.55?1449.407kg/h，W??252.55?18.06?4561.0531kg/h
F??D??W??6010.46kg/h
操作压力为0.02MPa。
由于泡点进料q=1，由汽液平衡数据用内插法求得进料液温度
tF?5055?50??tF?51.35℃
7.42?17.9015.07?17.9000此温度下，甲醇的饱和蒸汽压pA?58.93KPa，水的饱和蒸汽压pB?13.366KPa
00??pA/pB?58.93/13.366?4.41 Rmin??x??(1?xD)?1??D???1.825 ??1?xF1?xF?R?1.4Rmin?1.4?1.825?2.555
L?R?D?2.555?45.94?117.377kmol/h
L??L?q?F?117.377?1?298.49?415.877kmol/h V??V?(R?1)D?163.32kmol/h
表27 甲醇-水平衡时的t、x、y数据（查化学工程师手册用安托尼方程计算得出和化工原理附录）
平衡温度t/℃
28.5
甲醇饱和蒸汽压
0/KPa pA[4]
30 21.569
4.2474
90.94
35 27.638
5.812 65.01
40 35.091
7.3766
45.55
45 44.167
9.8583
29.56
50 55.134
12.34 17.90
55 68.289
16.1315
7.42
60.07 84.199
20 0
20
水的饱和蒸汽压
0 pB3.9605
液相甲醇x/% 100.0
44
气相甲醇y/% 100.0 98.07 89.84 79.92 65.28 49.34 25.34 0
表28 物料衡算结果表
物料 进料 塔顶产品D 塔底残液W
流量（kmol/h） 298.49 45.94 255.25
组成 0.1509 0.9650 0.002818
物料
精馏段上升蒸汽量V 提馏段上升蒸汽量V?
物流（kmol/h） 163.32 163.32 117.377 415.877
精馏段下降液体量L 提馏段下降液体量L?
4.4.2 热量衡算
? （1）由汽液平衡数据，用内插法可求塔顶温度tD、塔底温度tW、泡点温度tD?=30.95℃ tD=29.08℃ tW=59.88℃ tD注：下标1为甲醇,下标2为水。
甲醇的比热容查自于化工工艺手册上册2-702，水的比热容查自于天大修订版化工原理上册附录。
tD温度下：Cp1?44.20kJ/(kmol〃K)，Cp2?75.23 kJ/(kmol〃K)
CpD?Cp1?xD?Cp2?(1?xD)?44.20?0.9650?75.23?(1?0.9650)?45.29kJ/(kmol?K)
tW温度下：Cp1?45.41 kJ/(kmol〃K)，Cp2?75.45 kJ/(kmol〃K)
CpW?Cp1?xW?Cp2?(1?xW)?45.41?0.002818?75.45?(1?0.002818)?75.37kJ/(kmol?K)
tD温度下：?1?1178.0kJ/kg ?2?2464.85kJ/kg
???1?xD??2?(1?xD)?1178.0?0.9650?2464.85?(1?0.9650)?1223.04kJ/kg
注：查于化工工艺设计手册
[10]
2-819
塔顶 M1?32.04?96.50%?18.02?(1?96.50%)?31.55kg/kmol （2）塔顶以0℃为基准，0℃时塔顶上升气体的焓值为 QV
QV?V?Cp?tD?V???163.32?45.29?29.08?163.32?1223.04?31.55?6517112.33kJ/h
（3）回流液的焓QR
45
Cp1=44.28kJ/(kmol〃K)， Cp2=75.22kJ/(kmol〃K)
Cp?Cp1?xD?Cp2?(1?xD)?44.28?0.9650?75.22?(1?0.9650)?45.36kJ/(kmol?K) ??117.377?45.36?30.95?164784.6313kJ/h QR?L?Cp?tD（4）馏出液的焓 QD
因为馏出口与回流口组成一样，所以Cp?45.36kJ/(kmol?K)
QD?D?Cp?tD?45.94?45.36?29.08?60598.02kJ/h
（5）冷凝器消耗 QC
QC?QV?QR?QD?6291729.68kJ/h
（6）进料口的焓 QF
tF温度下：Cp1=45.07 kJ/(kmol〃K)， Cp2= 75.23kJ/(kmol〃K)
Cp?Cp1?xF?Cp2?(1?xF)?45.07?0.1507?75.23?(1?0.1507)?70.68kJ/(kmol?K)
所以 QF?F?Cp?tF?298.49?70.68?51.35?1083344.979kJ/h （7）塔底残液焓 QW
QW?W?Cp?tW?252.55?70.68?59.88?1068872.012kJ/h
（8）再沸器（全塔范围列衡算式）
设再沸器损失能量 Q损?0.1QB QB?QF?QC?QW?Q损?QD
0.9QB?QC?QW?QD?QF?6337854.733kJ/h
所以，QB?7042060.814kJ/h
表29 热量衡算结果表
平均比热 [kj/(kmol〃K)]
进料 55.85
冷凝器
塔顶馏出液 65.60
塔底釜残液 48.17
再沸器
46
热量Q（kj/h） 1083344.979 6291729.68 60598.02 1068872.012 7042060.814
4.4.3 理论塔板数的计算
塔顶温度下，?D?5.064 塔底温度下， ?W?4.211 则全塔平均相对挥发度：?m? Nmin?lg???D??W?5.064?4.211?4.618
??xD??1?xW??R?Rmin?0.205 /lg??6.01 ????mR?1??1?xD??xW??查天大化工原理下册[11]P37吉利兰图得，进料液的相对挥发度为??4.41 塔顶与进料的相对挥发度：?m?N?Nmin?0.52，解得N=15.69（含釜）
N?2?D??F?5.064?4.41?4.73
Nmin??xD??1?xF?lg????1?x?D??xF?????/lg?m?3.253 同上可得，N=9.94 ??取整数，精馏段理论板数为10块，加料板位臵为从塔顶数第11块理论板，整塔理论板数为16块
4.4.4 回收塔主要尺寸的设计计算
表30 甲醇和水在不同温度下的密度(查自于化工工艺设计手册和化工原理附录)
温度/℃ 甲醇密度/(g/ml) 水密度/(g/ml)
tD?29.08
0.778 0.996
tW?59.88
0.739 0.983
tF?51.35
0.752 0.987
（1）塔顶条件下的流量和物性参数
M1?31.55kg/kmol，V1?M?V?31.55?163.32?5152.746kg/h L1?M?L?31.55?117.377?3703.24kg/h
由
1?L?a1?1?a2?2??L?781.42kg/m3
?V?pM20?31.55??0.251kg/m3 RT8.314?(273.15?29.08)（2）塔底条件下的流量和物性参数
47
M3?18.06kg/kmol
1?a1?a2 ?V???L?981.38kg/m3 ，
pM?20?18.06?0.131kg/m3
?L?1?2RT8.314?(273.15?59.88)V3??18.06?163.32?2949.56kg/h ， L3??M?L??18.06?415.87?7510.61kg/h （3）进料条件下的流量和物性参数
M2?20.133kg/kmol
?pM20?V?RT?20.1338.314?(273.15?51.35)?0.147kg/m3 1a1???a2??L?918.4kg/m3 ， V2??V2?163.32?20.133?3288.12kg/h
L?1?2精馏段：L2?M?L?20.133?117.377?2363.15kg/h
提馏段：L?2?M?L??20.133?415.87?8372.71kg/h （4）精馏段的流量和物性参数
?1??V2V??V2?0.251?0.1472?0.199kg/m3??L1??L2?918.4L?2?781.42?849.91kg/m32V?V1?V25152.746?2?3288.122?4220.433kg/hL?L1?L22?3703.24?2363.152?3033.195kg/h
（5）提馏段的流量和物性参数 ??V2??V3?0.131V?2?0.1472?0.139kg/m3
??L2??L3918.4?981.38L?2??949.89kg/m32
V?V2??V3?2?3288.12?2949.562?3118.84kg/h L?L?2?L3?8372.71?7510.612?2?7941.66kg/h （6）体积流量
48