安阳工学院化工原理课程设计.docx

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安阳工学院化工原理课程设计

第一章:

设计任务书（2

第二章:

工艺设计计算（2

一、设计方案的确定（2

二、精馏塔的物料衡算（2

三、塔板数的确定（3

四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（5

五、精馏塔塔体工艺尺寸的计算（7

六、填料层压降的计算（9

七、筒体壁厚的计算（10

八、管径的计算（10

九、液体分布器简要设计（11

第三章:

结语（12

一、设计感想（12

二、参考资料（12

第一章:

设计任务书

一、设计题目

在抗生素类药物生产过程中,需要用甲醇溶媒洗涤晶体,洗涤过滤后产生废甲醇溶液,其组成为含甲醇46%、水54%（质量分数,另含有少量的药物固体微粒。

为使废甲醇溶液重复利用,拟建立一套填料精馏塔,以对废甲醇溶媒进行精馏得到含水量0.3%（质量分数的甲醇溶媒。

设计要求废甲醇溶媒的处理量为3t/h,塔底废水中甲醇含量0.5%（质量分数。

二、操作条件

1、操作压力常压

2、进料热状态自选

3、回流比自选

4、塔底加热蒸汽压力0.3MPa（表压

三、填料类型

因甲醇溶媒中含有少量的药物固体微粒,应选用金属散装填料,以便定期拆卸和清理。

填料类型和规格自选。

四、工作日

每年300天,每天24小时连续运行。

五、厂址

厂址为宁夏地区。

六、设计内容

1、精馏塔的物料衡算;

2、塔板数的确定;

3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;

4、精馏塔的塔体工艺尺寸的计算;

5、填料层压降的计算;

6、液体分布器的简要设计;

7、精馏塔接管尺寸计算;

8、绘制生产工艺流程图;

9、绘制精馏塔设计条件图;10、对设计过程的评述和有关问题的讨论。

第二章:

工艺设计计算

一、设计方案的确定

本设计任务为分离甲醇—水混合物,对于二元混合物的分离,采用连续精馏流程。

设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。

甲醇常压下的沸点为64.6℃,所以采用常压操作。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储槽。

塔釜采用间接蒸汽加热方式。

填料类型选用散装金属环矩鞍填料。

二、精馏塔的物料衡算

1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数

甲醇的摩尔质量MA=32.04㎏/kmol,水的摩尔质量MB=18.02㎏/kmolxD==0.9947

xw==2.8183×

xF==0.3239

2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

MF=0.3239×32.04+0.6761×18.02=22.561㎏/kmol

MD=0.9947×32.04+0.0053×18.02=31.9657㎏/kmol

MW=2.8183××32.04+0.9972×18.02=18.059㎏/kmol

3、物料衡算

废甲醇溶媒的处理量为3t/h,原料液的处理量为==132.9728kmol/h

总物料衡算=+

甲醇物料衡算:

·xF=xD

·+xw

代入数据得:

=43.0446kmol/h=89.9329kmol/h三、塔板数的确定

对甲醇—水二元物系,采用图解法求理论板层数1、由手册查得甲醇—水物系的汽液平衡数据

温度t℃液相中甲醇的

摩尔分数

汽相中甲醇的

摩尔分数

温度t

℃

液相中甲醇的

摩尔分数

汽相中甲醇的

摩尔分数

1000.00.075.30.400.729

96.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.01.078.00.300.665

2、求最小回流比及操作回流比

采用作图法求最小回流比如下图

图（一

在图（一中对角线上,自点e（0.3239,0.3239作垂线ef即为q线,该线与平衡线的交点坐标为xq=0.3239yq=0.683

则Rmin==0.868R=2Rmin=1.736

3、求精馏塔的气液相负荷

==1.736×43.0446=74.7254kmol/h

qnv=（R+1qnD=2.736×43.0446=117.77kmol/h

=qnF+=132.9728+74.7254=207.6982kmol/h

=qnv=117.77kmol/h

4、理论板层数

由图（一易知,总理论板层数N

T=13（包括再沸器,进料板位置N

=9,那

么可知精馏段有8块板,提馏段有4块板。

四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

1、操作温度的计算

由甲醇—水物系的汽液平衡数据,采用内插法,计算结果如下:

塔顶温度、=解得t

=64.55℃

塔底温度、=解得t

=99.4927℃

进料温度、=解得t

=77.35℃

进料第一块板处的温度、=解得=78.555℃

2、平均摩尔质量计算

塔顶平均摩尔质量的计算

由x

D=y

=0.9947.查图（一得、x

=0.9953

则M

VDm=0.9947×32.04+0.0053×18.02=31.9657㎏/kmolM

LDm

=0.9953×

32.04+0.0047×18.02=31.9699㎏/kmol

进料板处平均摩尔质量的计算

由图（一得=0.285=0.655

则M

VF’m

=0.655×32.04+0.345×18.02=27.2031㎏/kmol

LF’m

=0.285×32.04+0.715×18.02=22.0157㎏/kmol

3、平均密度的计算

①气相平均密度计算依据公式:

则塔顶气相平均密度

进料第一板处气相平均密度

②液相平均密度的计算

塔顶液相平均密度的计算

查手册得

进料第一板处气液相平均密度计算

查手册得

4、液体平均粘度的计算

①塔顶液相平均粘度计算

=64.55℃S

则由代入数据得:

②进料板液相平均粘度的计算

则由代入数据得:

③塔釜液相粘度为0.2838

则由上述数据得精馏段平均粘度为

提馏段平均粘度为

5、液体平均表面张力的计算

①塔顶液相平均表面张力

则知

②进料板液相平均表面张力

则知

③塔釜液相平均表面张力为58.8

则由上述数据知精馏段平均表面张力为,提馏段平均表面张力为

五、精馏塔塔体工艺尺寸的计算

1、塔径的计算

①精馏段塔径的计算

的确定

空塔气速及塔径的确定

在本设计中泛点率取0.65,则,依据贝恩霍根关联式

可计算出。

塔顶相应参数为

9.810.062251.751.1543756.22980.32930.66361.0457

当填料公称直径取DN50时:

将上述数据带入贝恩霍根关联得:

则由公式圆整为0.7

则

当填料公称直径取DN38时:

将上述数据带入贝恩霍根关联得:

则,圆整为0.8

则

当填料公称直径取DN76时:

将上述数据带入贝恩霍根关联得:

则,圆整为0.6

则所以此种填料不可用。

②提馏段塔径的计算

的确定

空塔气速及塔径的确定

泛点率取0.65,则,依据贝恩霍根关联式

可计算出。

进料第一板处参数为

9.810.062251.750.9432859.94980.33811.27020.8899当填料公称直径取DN50时:

将上述数据带入贝恩霍根关联得:

则塔径

圆整为0.7,则

当填料公称直径取DN38时:

将上述数据带入贝恩霍根关联得:

圆整为0.7,则

综上所述,当填料选DN50时,塔径0.7;当填料选DN38时,塔径0.8。

考虑经济适用性,填料取DN50,塔径取0.7m.

液体喷淋密度及空塔气速核算

依据公式:

液体喷淋密度

精馏段液体喷淋密度

可知

精馏段空塔气速

提馏段液体喷淋密度

可知。

提馏段空塔气速

2、填料层高度的计算

单板高度的计算由于填料选用DN50,则查表知h=7.2883

由上述平均粘度与平均表面张力知:

①精馏段的单板高度

代入数据得

②提馏段的单板高度

代入数据得

精馏段填料层高度

精馏段理论级数,精馏段单板高度

所以精馏段填料层理论高度

设计精馏段填料层高度

提馏段填料层高度

提馏段理论级数（提馏段理论板数为5,因为采用间接蒸汽加热所以再沸器相当于一层塔板,则,提馏段单板高度

所以提馏段理论高度,设计提馏段填料层高度

依据散装填料分段高度推荐值,将精馏段分为两段,每段高度为4.65m.

六、填料层压降的计算

对散装填料压降的计算依据埃克托通用关联图来计算。

1、精馏段压降的计算