化工課程設計---甲醇-水分離過程填料精餾塔設計

1、<p><b>　　天 津 農(nóng) 學 院</b></p><p>　　化工原理課程設計任務書</p><p>　　設計題目： 甲醇-水分離過程填料精餾塔設計 </p><p>　　系 別： 食品科學系 </p><p>　　專 業(yè)： 食品科學與工程

2、 </p><p>　　學生姓名: XXX 學 號: XXXXXXXXXXXXXX </p><p>　　指導教師: XXXXXXX </p><p>　　化工原理課程設計任書</p><p><b>　　一、設計題目</b></p>

3、<p>　　在抗生素類藥物生產(chǎn)過程中，需要用甲醇洗滌晶體，洗滌過濾后產(chǎn)生廢甲醇溶媒，其組成為含甲醇46%、水54%（質(zhì)量分數(shù)），另含有少量的藥物固體顆粒。為使廢甲醇溶媒重復利用，擬建立一套填料精餾塔，以對廢甲醇溶媒進行精餾，得到含水量1%的甲醇溶媒。設計要求廢甲醇的處理量為14215噸/年，塔底廢水中甲醇含量為1%。</p><p><b>　　二、操作條件</b></p&

4、gt;<p>　　(1)操作壓力 常壓。 </p><p>　　(2)進料熱狀態(tài) 自選。</p><p>　　(3)回流比 自選。 </p><p>　　(4)塔底加熱蒸氣壓力 0.3MPa(表壓)。</p><p><b>　　三、塔板類型</b></p><p>　　篩

5、板或浮閥塔板（F1型）。</p><p><b>　　四、工作日</b></p><p>　　每年工作300天，每天24小時連續(xù)運行。</p><p><b>　　五、廠址</b></p><p><b>　　天津地區(qū)。</b></p><p><

6、b>　　六、設計內(nèi)容</b></p><p>　　(1)精餾塔的物料衡算； (2)塔板數(shù)的確定； (3)精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算； (4)精餾塔的塔體工藝尺寸計算； 七、設計計算</p><p><b>　　1、設計方案的確定</b></p><p>　　本設計任務為分離甲醇－水

7、混合物。對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)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(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分加回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p>　　本設計使用的是浮閥塔，浮閥塔有生產(chǎn)能力大、操作彈性大、塔板效率高、氣體壓降及液面落差小和抗腐蝕性較高等優(yōu)點。甲醇具有腐蝕性，所以浮閥塔

8、適合本設計的要求。</p><p><b>　　工藝流程草圖：</b></p><p>　　圖1甲醇-水分離工藝流程草圖</p><p><b>　　精餾塔的物料衡算</b></p><p>　　原料液及塔頂和塔底的摩爾分率</p><p>　　甲醇的摩爾質(zhì)量 =32.0

9、4kg/kmol</p><p>　　水的摩爾質(zhì)量 =18.02kg/kmol</p><p>　　原料液及塔頂和塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　物料衡算</b></p><p>　　原料處理量 kmol/h</p><p>　　總物料衡算 87.51=D+W&

10、lt;/p><p><b>　　甲醇物料衡算 </b></p><p>　　聯(lián)立解得 D=28.54kmol/h</p><p>　　W=58.97kmol/h</p><p><b>　　塔板數(shù)的確定</b></p><p><b>　　理論板層數(shù)的求取&

11、lt;/b></p><p><b>　　相對揮發(fā)度的求取</b></p><p>　　由，再根據(jù)表1數(shù)據(jù)可得到不同溫度下的揮發(fā)度，見表2</p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　表2</b></p><p><

12、b>　　所以</b></p><p>　　求最小回流比及操作回流比</p><p><b>　　泡點進料：</b></p><p>　　由q線與平衡線的交點e（xe，ye）作圖可得：</p><p>　　圖2 甲醇-水的y-x相圖</p><p>　　在上圖中我們可以得到q線與平

13、衡線的交點為e（xe，ye）=（0.324，0.681）</p><p><b>　　故最小回流比為</b></p><p><b>　　==0.843</b></p><p><b>　　取操作回流比為</b></p><p>　　R=2=20.843=1.686</p

14、><p>　　求精餾塔的氣、液相負荷</p><p>　　40.051kmol/h</p><p>　　76.551kmol/h </p><p>　　40.051+87.5=127.551kmol/h</p><p>　　76.551kmol/h</p><p><b>　　求操作線方程

15、</b></p><p>　　精餾段操作線方程為：</p><p>　　=+=+=0.63+0.366 （a）</p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p><p>　　1.666-0.0043 （b）</p><p>　　采

16、用逐板法求理論板層數(shù)</p><p><b>　　由 得 </b></p><p>　　將 =4.45 代入得相平衡方程</p><p><b>　　（c）</b></p><p>　　聯(lián)立（a）、（b）、（c）式，可自上而下逐板計算所需理論板數(shù)。因塔頂為全凝</p>&l

17、t;p><b>　　則</b></p><p>　　由（c）式求得第一塊板下降液體組成</p><p><b>　　0.925</b></p><p>　　利用（a）式計算第二塊板上升蒸汽組成為</p><p><b>　　0.949</b></p><

18、;p>　　交替使用式（a）和式（c）直到，然后改用提餾段操作線方程，直到為止，</p><p><b>　　計算結(jié)果見表3。</b></p><p><b>　　表3</b></p><p>　　精餾塔的理論塔板數(shù)為 =10-1=9（不包括再沸器）</p><p><b>　　進

19、料板位置 </b></p><p><b>　　實際板層數(shù)的求取</b></p><p><b>　　液相的平均粘度</b></p><p>　　根據(jù)表1，用內(nèi)插法求得</p><p><b>　　用內(nèi)插法求得</b></p><p>&

20、lt;b>　　用內(nèi)插法求得，</b></p><p>　　則塔頂、塔底的平均溫度tm =（64.6+99.5）/2 =82.1 </p><p><b>　　粘度的計算</b></p><p>　　在tm =82.1 時，查得［2］μH2O =0.347, μCH3OH=0.272</p><p>&l

21、t;b>　　則由</b></p><p><b>　　求出</b></p><p><b>　　全塔相對揮發(fā)度</b></p><p>　　由表2可求得全塔的平均相對揮發(fā)度αm=4.45</p><p>　　全塔效率ET 和實際塔板數(shù)</p><p>　　全

22、塔效率可用奧爾康公式：計算</p><p><b>　　所以全板</b></p><p>　　精餾段實際板層數(shù) 11.212 塊 </p><p>　　提餾段實際板層數(shù) 8.979塊</p><p>　　全塔實際板層數(shù) N=12+9=21塊</p><p>　　精餾塔的

23、工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　操作壓力的計算 </p><p>　　塔頂操作壓力 </p><p>　　每層塔板壓降 </p><p>　　進料板壓力 </p><p><b>　　精餾段平均壓力 </b></p><p>&

24、lt;b>　　操作溫度計算</b></p><p>　　依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中甲醇、水的飽和蒸氣壓由安托尼方程計算。計算結(jié)果如下：</p><p>　　塔頂溫度 </p><p>　　進料板溫度 </p><p><b>　　精餾段平均溫度 </b&g

25、t;</p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量計算</b></p><p>　　塔頂平均摩爾質(zhì)量計算</p><p><b>　　由 </b></p><p>　　31.78kg/kmol</p><p>　　進料板平均摩爾質(zhì)量計算：</p><p&g

26、t;　　18.18kg/kmol</p><p>　　18.06kg/kmol</p><p>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　提餾段平均摩爾質(zhì)量：</p><p><b>　　平均密度計算</b></p><p><b>　　氣相平均密度計算</b></

27、p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程計算，即</p><p><b>　　=1.091kg/</b></p><p><b>　　液相平均密度計算</b></p><p>　　液相平均密度依下式計算，即</p><p>　　塔頂液相平均密度的計算</p><p&

28、gt;<b>　　由，查手冊[3]得</b></p><p><b>　　757.46kg/</b></p><p>　　進料板液相平均密度的計算：</p><p><b>　　由，查手冊得：</b></p><p>　　進料板液相的質(zhì)量分率：</p><p

29、>　　精餾段液相平均密度為：</p><p><b>　　，查手冊[2]得：</b></p><p>　　提餾段液相平均密度為：</p><p>　　=955.45kg/</p><p><b>　　液體平均粘度</b></p><p><b>　　計算見3.

30、2.1</b></p><p><b>　　精餾段液相平均黏度</b></p><p>　　精餾塔的塔體工藝尺寸計算 </p><p><b>　　塔徑的計算</b></p><p>　　精餾段的氣、液相體積流率為：</p><p><b>　　=0.5

31、7</b></p><p>　　=0.0003668</p><p>　　由 式中的C由式計算，其中由史密斯關(guān)聯(lián)圖[4]查取，圖的橫坐標為 ： </p><p>　　取板間距，板上液層高度，則</p><p>　　查史密斯關(guān)聯(lián)圖[3]得=0.068</p><p>　　取安全系數(shù)為0.6，則空

32、塔氣速為</p><p><b>　　0.764m</b></p><p>　　按標準塔徑圓整后為 D=1.0m</p><p><b>　　塔截面積為</b></p><p><b>　　實際空塔氣速為：</b></p><p>　　精餾塔有效高度

33、的計算</p><p><b>　　精餾段有效高度為</b></p><p><b>　　提餾段有效高度為</b></p><p>　　在提溜段開1個人孔，在精餾段開1個人孔，其高度均為：0.8m，</p><p>　　故精餾塔的有效高度為：4+2.8+1.6=8.4m</p><

34、;p><b>　　天津農(nóng)學院</b></p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　設計名稱 化工原理課程設計 </p><p>　　設計題目 甲醇-水分離過程填料精餾塔設計</p><p>　　設計時間 2011-12-3——

35、2011-12-5 </p><p>　　系 別 XXXXXXX </p><p>　　專 業(yè) XXXXXXXXXX </p><p>　　班 級 XXXXXX