1、目錄第一章:設計任務書 (2第二章:工藝設計計算 (2一、設計方案的確定 (2二、精餾塔的物料衡算 (2三、塔板數的確定 (3四、精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算 (5五、精餾塔塔體工藝尺寸的計算 (7六、填料層壓降的計算 (9七、筒體壁厚的計算 (10八、管徑的計算 (10九、液體分布器簡要設計 (11第三章:結語 (12一、設計感想 (12二、參考資料 (12第一章:設計任務書一、設計題目在抗生素類藥物生產過程中,需要用甲醇溶媒洗滌晶體,洗滌過濾后產生廢甲醇溶液,其組成為含甲醇46%、水54%(質量分數,另含有少量的藥物固體微粒。為使廢甲醇溶液重復利用,擬建立一套填料精餾塔,以對廢甲醇

2、溶媒進行精餾得到含水量0.3%(質量分數的甲醇溶媒。設計要求廢甲醇溶媒的處理量為3t/h,塔底廢水中甲醇含量0.5%(質量分數。二、操作條件1、操作壓力常壓2、進料熱狀態自選3、回流比自選4、塔底加熱蒸汽壓力0.3MPa(表壓三、填料類型因甲醇溶媒中含有少量的藥物固體微粒,應選用金屬散裝填料,以便定期拆卸和清理。填料類型和規格自選。四、工作日每年300天,每天24小時連續運行。五、廠址廠址為寧夏地區。六、設計內容1、精餾塔的物料衡算;2、塔板數的確定;3、精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算;4、精餾塔的塔體工藝尺寸的計算;5、填料層壓降的計算;6、液體分布器的簡要設計;7、精餾塔接管尺寸計算

3、;8、繪制生產工藝流程圖;9、繪制精餾塔設計條件圖;10、對設計過程的評述和有關問題的討論。第二章:工藝設計計算一、設計方案的確定本設計任務為分離甲醇水混合物,對于二元混合物的分離,采用連續精餾流程。設計中采用泡點進料,將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內。甲醇常壓下的沸點為64.6,所以采用常壓操作。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝,冷凝液在泡點下一部分回流至塔內,其余部分經產品冷卻器冷卻后送至儲槽。塔釜采用間接蒸汽加熱方式。填料類型選用散裝金屬環矩鞍填料。二、精餾塔的物料衡算1、原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分數甲醇的摩爾質量M A=32.04/kmol,水的摩爾質量M B=18.02/km

4、ol x D=0.9947x w=2.8183×x F=0.32392、原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量M F=0.3239×32.04+0.6761×18.02=22.561/kmolM D=0.9947×32.04+0.0053×18.02=31.9657/kmolM W=2.8183××32.04+0.9972×18.02=18.059/kmol3、物料衡算廢甲醇溶媒的處理量為3t/h,原料液的處理量為=132.9728kmol/h總物料衡算=+甲醇物料衡算:·x F=x D·+x w

5、·代入數據得:=43.0446kmol/h=89.9329kmol/h 三、塔板數的確定對甲醇水二元物系,采用圖解法求理論板層數1、由手冊查得甲醇水物系的汽液平衡數據溫度t 液相中甲醇的摩爾分數汽相中甲醇的摩爾分數溫度t液相中甲醇的摩爾分數汽相中甲醇的摩爾分數1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.779 93.50.040.23471.20.600.825 91.20.060.30469.30.700.870 89.30.080.36567.60.800.915 87.70.100.41866.00.900.958 84.40.15

6、0.51765.00.950.979 81.70.200.57964.5 1.0 1.0 78.00.300.6652、求最小回流比及操作回流比采用作圖法求最小回流比如下圖 圖(一在圖(一中對角線上,自點e(0.3239,0.3239作垂線ef即為q線,該線與平衡線的交點坐標為x q=0.3239y q=0.683則R min=0.868R=2R min=1.7363、求精餾塔的氣液相負荷=1.736×43.0446=74.7254kmol/hq nv=(R+1q nD=2.736×43.0446=117.77kmol/h=q nF+=132.9728+74.7254=20

7、7.6982kmol/h=q nv=117.77kmol/h4、理論板層數由圖(一易知,總理論板層數NT =13(包括再沸器,進料板位置NF=9,那么可知精餾段有8塊板,提餾段有4塊板。四、精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算1、操作溫度的計算由甲醇水物系的汽液平衡數據,采用內插法,計算結果如下:塔頂溫度、=解得tD=64.55塔底溫度、=解得tw=99.4927進料溫度、=解得tF=77.35進料第一塊板處的溫度、=解得=78.5552、平均摩爾質量計算塔頂平均摩爾質量的計算由xD =y1=0.9947.查圖(一得、x1=0.9953則MVDm =0.9947×32.04+0.00

8、53×18.02=31.9657/kmol MLDm=0.9953×32.04+0.0047×18.02=31.9699/kmol進料板處平均摩爾質量的計算由圖(一得=0.285=0.655則MVFm=0.655×32.04+0.345×18.02=27.2031/kmolMLFm=0.285×32.04+0.715×18.02=22.0157/kmol3、平均密度的計算氣相平均密度計算依據公式:則塔頂氣相平均密度進料第一板處氣相平均密度液相平均密度的計算塔頂液相平均密度的計算查手冊得進料第一板處氣液相平均密度計算查手冊得4

9、、液體平均粘度的計算塔頂液相平均粘度計算=64.55StD則由代入數據得:進料板液相平均粘度的計算則由代入數據得:塔釜液相粘度為0.2838則由上述數據得精餾段平均粘度為提餾段平均粘度為5、液體平均表面張力的計算塔頂液相平均表面張力則知進料板液相平均表面張力則知塔釜液相平均表面張力為58.8則由上述數據知精餾段平均表面張力為,提餾段平均表面張力為五、精餾塔塔體工藝尺寸的計算1、塔徑的計算精餾段塔徑的計算的確定空塔氣速及塔徑的確定在本設計中泛點率取0.65,則,依據貝恩霍根關聯式可計算出。塔頂相應參數為A K9.810.06225 1.75 1.1543756.22980.32930.6636

10、1.0457當填料公稱直徑取DN50時:將上述數據帶入貝恩霍根關聯得:則由公式圓整為0.7則當填料公稱直徑取DN38時:將上述數據帶入貝恩霍根關聯得:則,圓整為0.8則當填料公稱直徑取DN76時:將上述數據帶入貝恩霍根關聯得:,則,圓整為0.6則所以此種填料不可用。提餾段塔徑的計算的確定空塔氣速及塔徑的確定泛點率取0.65,則,依據貝恩霍根關聯式可計算出。進料第一板處參數為A K9.810.06225 1.750.9432859.94980.3381 1.27020.8899當填料公稱直徑取DN50時:將上述數據帶入貝恩霍根關聯得:,則塔徑圓整為0.7,則當填料公稱直徑取DN38時:將上述數據

11、帶入貝恩霍根關聯得:,圓整為0.7,則綜上所述,當填料選DN50時,塔徑0.7;當填料選DN38時,塔徑0.8。考慮經濟適用性,填料取DN50,塔徑取0.7m.液體噴淋密度及空塔氣速核算依據公式:液體噴淋密度精餾段液體噴淋密度,可知精餾段空塔氣速提餾段液體噴淋密度可知。提餾段空塔氣速2、填料層高度的計算單板高度的計算由于填料選用DN50,則查表知h=7.2883由上述平均粘度與平均表面張力知:精餾段的單板高度代入數據得提餾段的單板高度代入數據得精餾段填料層高度精餾段理論級數,精餾段單板高度所以精餾段填料層理論高度設計精餾段填料層高度提餾段填料層高度提餾段理論級數(提餾段理論板數為5,因為采用間

12、接蒸汽加熱所以再沸器相當于一層塔板,則,提餾段單板高度,所以提餾段理論高度,設計提餾段填料層高度依據散裝填料分段高度推薦值,將精餾段分為兩段,每段高度為4.65m.六、填料層壓降的計算對散裝填料壓降的計算依據埃克托通用關聯圖來計算。1、精餾段壓降的計算相關參數為g u71756.2289 1.15430.9080.63469.81 1.2969 2.3351由計算可得橫坐標:0.02479,縱坐標:0.07094讀圖可知,所以精餾段的壓降為482、提餾段壓降的計算相關參數為g u71859.94980.94320.9101 1.42749.81 1.1311 2.4529則得橫坐標為:0.04

13、716、縱坐標為0.04917則由埃克托通用關聯圖知:所以提餾段的壓降為:24七、筒體壁厚的計算筒體選用20R鋼板制造,已知則查表得因為20R鋼板最小厚度為6mm,所以名義厚度取6mm.水壓試驗校核則知0.9,所以水壓試驗強度足夠。八、管徑的計算管徑的計算依據公式1、塔頂出氣管徑的計算已知u取40則圓整為182mm,即取無縫鋼管DN175mm2、塔頂回流管徑計算已知u取1則圓整為38mm,即取DN40的無縫鋼管。3、進料管徑計算已知u取1則圓整為50mm,即取DN50的無縫鋼管。4、塔釜出液管管徑計算已知u取1則圓整為38mm,即取DN40的無縫鋼管。九、液體分布器簡要設計1、液體分布器選型本

14、設計采用槽盤式液體分布器,它兼有集液和分液的功能,而且操作彈性大。2、布液點密度按照埃克托建議值,噴淋點密度取150點布液點數按照分布點幾何均勻與流量均勻的原則,進行布點設計,設計結果為:二級槽共設5道,兩槽中心間距135mm,槽寬度67mm,槽高度為170mm.布液點示意圖如下 由圖可知實際布點數為61個。3、布液計算依據公式(1對塔頂和精餾段分段處的液體再分布,相關數據為n=61g=9.81將上述數據代入公式(1得對進料處的液體再分布,相關數據為n=61g=9.81將上述數據代入公式(1得第三章:結論一、設計感想進行了整整兩周的化工原理課程設計我收獲頗豐。總結如下:對化工設計有了比較深刻地認識,在平常的化工原理課程學習中總是只針對局部進行計算,而對參數之間的相互關聯缺乏認識。平常的學習總會有題設的條件,省去了我們很多勞動,但在設計中大量用到的物性數據是需要我們自己去查取的。設計中我學會了離開老師進行自主學習,參看了多本指導書,還查閱了一些圖書館的資料。這樣的設計讓我從中獲得了一些自信,學會了一種研究的方法,將來學習或工作中遇到了什么困難或從未接觸過的領域,我也不再感到畏懼。因為我已經學到了一定的自主研究的能力,我能通過自學慢慢地將問題化解。設計幫助我