《化工原理》課程設(shè)計(jì)廢丙酮溶媒回收過(guò)程填料精餾塔設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：廢丙酮溶媒回收過(guò)程填料精餾塔設(shè)計(jì)學(xué) 院： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 學(xué)生姓名： 成 績(jī)：化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目廢丙酮溶媒回收過(guò)程填料精餾塔設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)項(xiàng)目是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況提出的二、設(shè)計(jì)任務(wù)及條件1、原料液組成組分組成（質(zhì)量%）丙酮75水252、分離要求產(chǎn)品中水分含量0.2%（質(zhì)量%）殘液中丙酮含量0.5%（質(zhì)量%）3、處理能力廢丙酮溶媒處理量_11_噸/天（每天按24小時(shí)計(jì)）4、設(shè)計(jì)條件操作方式：連續(xù)精餾操作壓力：常壓進(jìn)料狀態(tài)：飽和液體進(jìn)料回流比：根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)自行確定塔填料：金屬環(huán)聚鞍填料，填料規(guī)格自選塔頂冷凝器：全凝器三、設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容1、物料衡算2、填料精餾

2、塔計(jì)算操作條件的確定 塔徑的確定 填料層高度的確定填料層壓降的計(jì)算 液體分布器設(shè)計(jì)計(jì)算 接管管徑的計(jì)算3、冷凝器和再沸器的計(jì)算與選型4、填料精餾塔設(shè)計(jì)圖5、廢丙酮溶媒回收過(guò)程工藝流程圖目 錄第1章前言5 1.1課題的來(lái)源及背景.5 1.2 課題的意義.5 1.3精餾塔的選擇依據(jù).5 1.3.1選擇填料塔的依據(jù).5 1.3.2選擇金屬環(huán)矩鞍填料的依據(jù).6第2章工藝設(shè)計(jì)要求.72.1進(jìn)料要求.72.2分離要求.72.3塔頂冷凝設(shè)計(jì)要求.72.4塔釜再沸器設(shè)計(jì)要求.72.5接管管徑設(shè)計(jì)要求.72.6液體分布器設(shè)計(jì)要求.7第3章工藝過(guò)程設(shè)計(jì)計(jì)算83.1物料恒算.8 3.1.1原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的摩

3、爾分率.8 3.1.2原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量.8 3.1.3物料恒算.8 3.1.4原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的質(zhì)量流率.8 3.1.5物料恒算表.83.2操作條件.93.2.1操作壓力.93.2.2操作溫度.93.3塔徑計(jì)算103.3.1計(jì)算最小回流比及理論板數(shù).10 3.3.2計(jì)算精餾段和提餾段的物性參數(shù).11 3.3.3采用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速及塔徑.123.3.4圓整塔徑后驗(yàn)算.143.4塔高計(jì)算143.4.1填料層高度.14 3.4.2填料層高度校核.15 3.5壓降計(jì)算15 3.5.1精餾段填料層壓降.15 3.5.2提餾段填料層壓降.15 3.5.3填料層高度和

4、壓降匯總.153.6液體分布器計(jì)算16 3.6.1液體分布器的選型.16 3.6.2分布點(diǎn)密度計(jì)算.16 3.6.3孔流速計(jì)算.16 3.6.4布液計(jì)算.16 3.6.5布液器設(shè)計(jì).163.7接管管徑計(jì)算16 3.7.1進(jìn)料管管徑的計(jì)算.163.7.2 進(jìn)氣管管徑的計(jì)算.173.7.3出氣管管徑的計(jì)算.173.7.4 回流管管徑的計(jì)算.173.7.5 出液管管徑的計(jì)算.173.7.6接管管徑計(jì)算結(jié)果.173.8冷凝器與再沸器計(jì)算與選型183.81冷凝器18 3.8.2再沸器.183.9設(shè)計(jì)結(jié)果匯總18第4章問(wèn)題討論.20第5章參考文獻(xiàn).21第6章附錄.22第1章 前 言1.1課題的來(lái)源及背景廢

5、丙酮溶媒來(lái)自于抗生素類藥物“鹽酸四環(huán)素”的生產(chǎn)過(guò)程。原料發(fā)酵四環(huán)素堿溶解、洗滌丁醇結(jié)晶、過(guò)濾晶體溶解洗滌丙酮結(jié)晶過(guò)濾母液廢丁醇溶媒晶體鹽酸四環(huán)素母液廢丙酮溶媒1.2 課題的意義廢丙酮溶媒丙酮 75水25丙酮溶媒丙酮 99.8水0.2精制降低生產(chǎn)成本經(jīng)濟(jì)效益減少環(huán)境污染社會(huì)效益1.3精餾塔的選擇依據(jù) 1.3.1選擇填料塔的依據(jù)塔設(shè)備按其結(jié)構(gòu)形式基本上可以分為兩類：板式塔和填料塔。板式塔為逐板接觸式汽液傳質(zhì)設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、壓降低，操作彈性大，持液量小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也有投資費(fèi)用較高，填料易堵塞等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)目的是分離丙酮-水混合液，采用篩板式精餾塔。 1.3.2選擇金屬環(huán)矩鞍填料的依據(jù)

6、塔填料是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，填料塔的選擇是填料塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。 填料類型有很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料根據(jù)特點(diǎn)不同，又可分為拉西環(huán)填料、鮑爾環(huán)填料、階梯環(huán)填料及弧鞍填料、矩鞍填料、環(huán)矩鞍填料等。這次設(shè)計(jì)使用的是金屬環(huán)矩鞍填料。第2 章 工藝設(shè)計(jì)要求2.1 進(jìn)料要求進(jìn)料采用飽和液體進(jìn)料，廢丙酮溶媒的處理量為每天_11_噸（每天按24小時(shí)計(jì)）。其中原料液的組成為：組分組成（質(zhì)量%）丙酮75水252.2 分離要求產(chǎn)品中水分含量0.2%（質(zhì)量%）殘液中丙酮含量0.5%（質(zhì)量%）2.3 塔頂冷凝器設(shè)計(jì)要求冷

7、凝器采用冷卻水作為冷流體，冷卻水進(jìn)口溫度25，冷卻水溫升810，總傳熱系數(shù)600w/( m2)2 .4 塔釜再沸器設(shè)計(jì)要求再沸器采用0.3 mpa的飽和水蒸氣為加熱介質(zhì)來(lái)使塔釜釜液汽化，同時(shí)蒸汽冷凝放出汽化熱，總傳熱系數(shù)400w/( m2)，熱損失為20%30%2.5 接管管徑設(shè)計(jì)要求要求氣速流量控制在1015 m/s，液體流量控制在0.51.0 m/s，計(jì)算完管徑后要圓整為標(biāo)準(zhǔn)管。2.6 液體分布器設(shè)計(jì)要求管式液體分布器 液位高度取分布點(diǎn)密度取220260 點(diǎn)/m2塔截面小孔孔徑取3mm第3章 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)計(jì)算3.1物料恒算3.1.1原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的摩爾分率丙酮的摩爾分率：0.993

8、60.00160.48233.1.2原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 精餾段：md57.82 g/mol進(jìn)料：mf37.33 g/mol提餾段：mw18.08 g/mol3.1.3物料恒算 f12.29 kmol/h 由物料恒算得：f=d+wfxf=dxd+wxw解得：d=5.937 kmol/h w=6.353 kmol/h3.1.4原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的質(zhì)量流率 kg/h kg/h kg/h3.1.5物料衡算表見表3.9.13.2操作條件3.2.1操作壓力操作壓力選為常壓3.2.2操作溫度 a. 塔頂溫度的計(jì)算：假設(shè)t=330.34k，根據(jù)安托尼方程：其中安托尼常數(shù)：丙酮 a=16.

9、6513 b=2940.46 c=35.93水 a=18.3036 b=3816.44 c=46.13可得：=6.6613則： mmhg由于 則： 其中y丙酮=xd=0.9936同理，則 假設(shè)不成立。假設(shè)t=330.33k，方法同上可得， 則 假設(shè)成立所以，塔頂溫度td=57.33 0cb.進(jìn)料溫度的計(jì)算假設(shè)t=360.928k，=7.6037則： mmhg由于 則： 其中y丙酮=xd=0.9936同理，則 假設(shè)不成立。假設(shè)t=360.926k，方法同上可得， 則 假設(shè)成立所以，進(jìn)料溫度tf=87.926 0cc塔釜溫度的計(jì)算假設(shè)t=329.2k，=6.6248則： mmhg由于 則： 其中y

10、丙酮=xd=0.9936同理，則 假設(shè)不成立。假設(shè)t=373.123k，方法同上可得， 則 假設(shè)成立所以，塔釜溫度tw=100.123 0c3.3塔徑計(jì)算3.3.1計(jì)算最小回流比及理論板數(shù)常壓下丙酮-水氣液平衡數(shù)據(jù)丙酮摩爾分?jǐn)?shù)液相x丙酮摩爾分?jǐn)?shù)氣相y丙酮摩爾分?jǐn)?shù)液相x丙酮摩爾分?jǐn)?shù)氣相y0.0000 0.0000 0.1965 0.8000 0.0087 0.0500 0.3554 0.8200 0.0094 0.1000 0.5012 0.8400 0.0124 0.1500 0.7012 0.8600 0.0136 0.2000 0.7652 0.8800 0.0178 0.2500 0.8

11、215 0.9000 0.0187 0.3000 0.8526 0.9100 0.0200 0.3500 0.8785 0.9200 0.0212 0.4000 0.9011 0.9300 0.0293 0.4500 0.9163 0.9400 0.0324 0.5000 0.9321 0.9500 0.0378 0.5500 0.9483 0.9600 0.0501 0.6000 0.9602 0.9700 0.0693 0.6500 0.9730 0.9800 0.0894 0.7000 0.9855 0.9900 0.1275 0.7500 1.0000 1.0000 由上表數(shù)據(jù)繪制的常

12、壓下丙酮-水氣液平衡曲線，見附圖1在y=x上取點(diǎn)(xd,xd)即點(diǎn)(0.9936,0.9936)，過(guò)該點(diǎn)作丙酮-水氣液平衡曲線的切線，得到切點(diǎn)坐標(biāo)為(0.9483,0.9600)，即xq=0.9483，yq=0.9600最小回流比經(jīng)小組商量，取最小回流比=2.88 操作回流比精餾段操作曲線：q線：進(jìn)料方式為飽和液體進(jìn)料，所以q=1，則作過(guò)(xf,xf) 即(0.4821,0.4821)的豎直線可得到q線提餾段操作曲線：其中 則提餾段操作曲線的方程為： 見附圖1由作圖法得：理論塔板數(shù):23精餾20提餾：3第21塊為加料板，第24塊為再沸器3.3.2計(jì)算精餾段和提餾段的物性參數(shù)丙酮和水在塔頂和塔底

13、條件下的密度表（kg/m3)狀態(tài)tf=72.750ctd=57.220ctw=99.980c水氣相g0.22140.11540.5956液相l(xiāng)976.17984.57958.47丙酮液相l(xiāng)729.1748.1695.4丙酮和水在塔頂和塔底條件下的黏度數(shù)據(jù)表(mpa.s)tf=72.750ctd=57.220ctw=99.980c水0.39130.48910.2841丙酮0.23670.21060.1757塔頂?shù)奈镄詤?shù)：溫度：57.33 0c氣相流量： kmol/h液相流量： kmol/h氣相組成： 液相組成： 氣相質(zhì)量分率：液相質(zhì)量分率：氣相平均摩爾質(zhì)量： g/mol液相平均摩爾質(zhì)量： g/

14、mol氣相密度： kg/m3液相密度： 則 kg/m3液相粘度： mpa.s進(jìn)料、塔底的物性參數(shù)計(jì)算方法同塔頂相似。精餾段的物性參數(shù)取塔頂和進(jìn)料的物性參數(shù)的算術(shù)平均即得。提餾段的物性參數(shù)取塔釜和進(jìn)料的物性參數(shù)的算術(shù)平均即得。計(jì)算結(jié)果見表3.9.33.3.3采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速及塔徑對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為精餾段： kg/s kg/s埃克特通用關(guān)聯(lián)圖中的橫坐標(biāo)由圖中讀出，縱坐標(biāo)值約為0.19則將g=9.81 m/s2 =150 m-1 =1.178代入縱坐標(biāo)中計(jì)算，可得 m/s取 m/s提餾段： kg/s kg/s埃克特通用關(guān)聯(lián)圖中的橫坐標(biāo)由圖中讀出，縱坐標(biāo)值約為0.21則將

15、g=9.81 m/s2 =150 m-1 =1.0393代入縱坐標(biāo)中計(jì)算，可得 m/s取 m/s3.3.4圓整塔徑后驗(yàn)算精餾段： 提餾段：圓整塔徑，取 mm圓整后驗(yàn)算： 1.泛點(diǎn)率 精餾段：提餾段：精餾段和提餾段的泛點(diǎn)率均在0.50.8 2. d / d 核算 d=0.4 m d=0.0383液體噴淋密度校核最小噴淋密度其中最小潤(rùn)濕速率 m3/(mh) m2/m33.4塔高計(jì)算3.4.1填料層高度等板高度給定為0.431精餾段： m m提餾段： m m3.4.2填料層高度校核精餾段：8d=80.4=3.2 m 13 m需要分段，133.2=4.06255精餾段分為5段，提餾段不需要分段。3.5

16、壓降計(jì)算 壓降計(jì)算用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖，不同的是先計(jì)算出橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，查，算提餾段、精餾段填料層壓降提餾段、精餾段分別算，最后由算總壓降。3.5.1精餾段填料層壓降橫坐標(biāo)：將u=1.471 m/s m-1代入縱坐標(biāo)：由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖可得： pa/m pa3.5.2提餾段填料層壓降橫坐標(biāo)：將u=1.651 m/s m-1代入縱坐標(biāo)：由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖可得： pa/m pa3.5.3填料層高度和壓降匯總 pa3.6液體分布器計(jì)算3.6.1液體分布器的選型 管式，排管式3.6.2分布點(diǎn)密度計(jì)算 分布點(diǎn)密度在（220260 點(diǎn)/m2塔截面）范圍內(nèi)選取，計(jì)算分布器布液點(diǎn)數(shù)。分布點(diǎn)密度取230 點(diǎn)/m2

17、塔截面布液點(diǎn)數(shù)為 按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：主管直徑，支管直徑，采用5根支管，支管中心距為95mm,實(shí)際分布點(diǎn)數(shù)n=31，3.6.3孔流速計(jì)算 注意取值范圍： 取 則：3.6.4布液計(jì)算取，計(jì)算，換算成質(zhì)量流量w，與最小布液量對(duì)照，大于最小布液量即可。 kg/s3.6.5布液器設(shè)計(jì)分布器的示意圖。3.7接管管徑計(jì)算3.7.1進(jìn)料管管徑的計(jì)算取液體流速為0.8 m/s m圓整后直徑取20 mm3.7.2 進(jìn)氣管管徑的計(jì)算取氣體流速為12 m/s m圓整后直徑取125mm3.7.3出氣管管徑的計(jì)算取氣體流速為12 m/s m圓整后直徑取125 mm3.7.4 回流

18、管管徑的計(jì)算取液體流速為0.8 m/s m圓整后直徑取32 mm3.7.5 出液管管徑的計(jì)算取液體流速為0.8 m/s m圓整后直徑取20 mm3.7.6接管管徑計(jì)算結(jié)果見表3.9.33.8冷凝器與再沸器計(jì)算與選型3.81冷凝器= kj/sm查表選s=22 m2總傳熱系數(shù)的核算 冷凝器的選型：g400-16-22冷凝水用量計(jì)算：kg/s3.8.2再沸器kj/s 再沸器的選型:查表得s=8 m2選型為gch400-16-8總傳熱系數(shù)的核算： 蒸汽用量計(jì)算:3.9設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表3.9.1物料衡算表流股流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)kg/hkmol/h丙酮水丙酮水f458.3312.290.750.250.4

19、8210.5179d343.285.9370.9980.0020.99360.0064w114.866.3530.0050.9950.00160.9984表3.9.2接管管徑計(jì)算結(jié)果摩爾流量(kmol/h)平均摩爾質(zhì)量(g/mol)密度(kg/m3)v(m3/h)u(m/s)d(m)圓整后(mm)進(jìn)料管34.5221.12911.5770.00022220.80.018820出氣管28.1757.823.120.14512.00.124125進(jìn)氣管28.1718.121.1260.125912.00.1156125回流管22.2357.70748.6390.0004760.80.02832出液

20、管34.5218.46946.0740.00018700.80.017320表3.9.3塔頂、進(jìn)料、塔底、精餾段、提餾段的物性參數(shù)塔頂進(jìn)料塔底精餾段提餾段溫度57.3387.926100.12372.62894.0245氣相流量28.1728.1728,1728,1728,17液相流量22.2334.5234.5228.37534.52氣相組成0.99360.66850.00240.83110.3355液相組成0.99040.07600.01100.53320.0435氣相質(zhì)量分率0.99800.86670.00770.94070.6193液相質(zhì)量分率0.99700.20960.03460.7

21、8640.1278氣相平均摩爾質(zhì)量57.8244.8018.1251.3131.46液相平均摩爾質(zhì)量57.7021.1218.4639.4119.79氣相密度3.121.2471.1262.1741.187液相密度748.639911.577946.074830.108928.826液相粘度0.3500.3140.22990.3320.27195第4章問(wèn)題討論塔型的選擇因素很多。主要有物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的制造安裝和維修等。1、 與物性有關(guān)的因素（1） 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離丙酮-水混合物，對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)該使用連續(xù)精餾。（2） 易起泡的物系在板式塔中有較嚴(yán)重的霧沫夾帶現(xiàn)象或引起液泛，

22、應(yīng)選填料塔。本設(shè)計(jì)為丙酮和水，可選用板式塔。（3） 對(duì)于有懸浮物或容易聚合物系的分離，為防止堵塞，宜選用板式塔。2、 與操作條件有關(guān)的因素（1） 對(duì)于有側(cè)線進(jìn)料和出料的工藝過(guò)程，選用板式塔為適宜；（2） 對(duì)于液體噴淋密度極小的工藝過(guò)程，若采用填料塔，填料層得不到充分潤(rùn)濕，使其分離效率明顯下降，故宜選用板式塔。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮到設(shè)計(jì)的精餾塔具有較大的生產(chǎn)能力滿足工藝要求，另外還要有一定的潛力。節(jié)省能源，綜合利用余熱。經(jīng)濟(jì)合理，冷卻水進(jìn)出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量。另一方面影響到所需傳熱面積的大小。即對(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均有影響，因此設(shè)計(jì)是否合理的利用熱能r等直接關(guān)系到生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)問(wèn)

23、題。本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是過(guò)程的物料衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核。第5章參考文獻(xiàn)1 大連理工大學(xué)化工原理教研室. 化工原理課程設(shè)計(jì). 大連：大連理工大學(xué)出版社，19942 賈紹義，柴誠(chéng)敬. 化工原理課程設(shè)計(jì). 天津：天津大學(xué)出版社,20023 王國(guó)勝. 化工原理課程設(shè)計(jì). 大連：大連理工大學(xué)出版社，20054 上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院. 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(上、下). 化學(xué)工業(yè)出版社，19865 化工設(shè)備技術(shù)全書編輯委員會(huì). 化工設(shè)備全書塔設(shè)備設(shè)計(jì). 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19886 化學(xué)工程手冊(cè)編輯委會(huì). 化學(xué)工程手冊(cè)，第1篇化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第13篇?dú)庖簜髻|(zhì)設(shè)備. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19867

24、上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院. 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(上、下). 化學(xué)工業(yè)出版社，19868 李功祥，陳蘭英，崔英德. 常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì). 廣州：華南理工大學(xué)出版社,20039 馬沛生. 化工數(shù)據(jù). 北京：中國(guó)石化出版社，200310 靳士蘭, 邢鳳蘭. 化工制圖. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mp

25、jr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqynpog8d

26、uybawqsl20csg06dh2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7lhssxj10v3ph3y19bxyr77ib7cpzsu2tijqe3hkqkkau9kskcphkxuikvvyjzpg2yijrkqfbggovyqkuxnwi9omnjtt6qilzxtyrf7d20fbmabcfiixrqkusvnxbppfuxyq1fjskfsubkgs2duvqc9sz4jkbgn4qqv66pyoarjurnfj3txyfclzieeptwfjthpheipdfnqnr2hjqkv2dzwtmpdjqkbcxmov

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