廢丙酮溶媒回收過程填料精餾塔設(shè)計(jì)(共24頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：廢丙酮溶媒回收過程填料精餾塔設(shè)計(jì)學(xué) 院： 班 級： 指導(dǎo)教師： 學(xué)生姓名： 成 績：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_13.5_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)矩鞍填料，填料規(guī)格自選塔頂冷凝器：全凝器三、設(shè)計(jì)計(jì)

2、算內(nèi)容1、物料衡算2、填料精餾塔計(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、廢丙酮溶媒回收過程工藝流程圖目 錄第1章 前言. 1.1課題的來源及意義. 1.2精餾塔的選擇依據(jù). 1.2.1選擇填料塔的依據(jù). 1.2.2選擇金屬環(huán)矩鞍填料的依據(jù).第2章 工藝設(shè)計(jì)要求.2.1進(jìn)料要求.2.2分離要求.2.3塔頂冷凝設(shè)計(jì)要求.2.4塔釜再沸器設(shè)計(jì)要求.2.5接管管徑設(shè)計(jì)要求.2.6液體分布器設(shè)計(jì)要求.第3章 工藝過程設(shè)計(jì)計(jì)算.3.1物料衡算.3.1.1原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的摩爾分率. 3.

3、1.2原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量. 3.1.3物料衡算. 3.1.4原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的質(zhì)量流率. 3.1.5物料衡算表.3.2操作條件.3.2.1操作壓力.3.2.2操作溫度.3.3塔徑計(jì)算.3.3.1計(jì)算最小回流比及理論板數(shù). 3.3.2計(jì)算精餾段和提餾段的物性參數(shù). 3.3.3采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速及塔徑.3.3.4圓整塔徑后驗(yàn)算.3.4塔高計(jì)算.3.4.1填料層高度. 3.4.2填料層高度校核. 3.5壓降計(jì)算. 3.5.1精餾段填料層壓降. 3.5.2提餾段填料層壓降. 3.5.3填料層高度和壓降匯總.3.6液體分布器計(jì)算. 3.6.1液體分布器的選型. 3.

4、6.2分布點(diǎn)密度計(jì)算. 3.6.3孔流速計(jì)算. 3.6.4布液計(jì)算. 3.6.5布液器設(shè)計(jì).3.7接管管徑計(jì)算. 3.7.1進(jìn)料管管徑的計(jì)算.3.7.2進(jìn)氣管管徑的計(jì)算.3.7.3出氣管管徑的計(jì)算.3.7.4回流管管徑的計(jì)算.3.7.5出液管管徑的計(jì)算.3.8冷凝器與再沸器計(jì)算與選型.3.8.1冷凝器. 3.8.2再沸器.第4章 問題討論.第5章 填料精餾塔設(shè)計(jì)條件圖.第6章 廢丙酮溶媒回收過程工藝流程圖.第1章 前言1.1課題的來源及意義在抗生素類藥物生產(chǎn)過程中，需要用丙酮溶媒洗滌晶體，洗滌過濾后產(chǎn)生廢丙酮溶媒，其組成為含丙酮75%，水25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。廢丙酮溶媒的來源如下圖示： 鹽酸原料

5、 發(fā)酵 四環(huán)素堿 溶解、洗滌 結(jié)晶、過濾 晶體 丁醇 母液 廢丁醇溶媒 晶體鹽酸四環(huán)素 結(jié)晶、過濾 溶解、洗滌 丙酮 母液 廢丙酮溶媒廢液中由于含有大量丙酮，不能直接排放到環(huán)境中，如果進(jìn)行丙酮回收，既可以降低生產(chǎn)費(fèi)用，又能使廢水排放達(dá)到生產(chǎn)要求。因此，將廢丙酮回收，降低排放廢水中的丙酮含量，從而產(chǎn)生社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，是一個(gè)很重要的課題。化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形。在設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮理論上的可

6、行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性、經(jīng)濟(jì)合理性。本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是過程的物料衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核。1.2精餾塔的選擇依據(jù)1.2.1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)。填料塔的基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，壓力降小，傳質(zhì)效率高，便于采用耐腐蝕材料制造等，對于熱敏性及容易發(fā)泡的物料，更顯出其優(yōu)越性。過去，填料塔多推薦用于0.6-0.7m以下的塔徑。近年來，隨著高效新型填料和其他高性能塔內(nèi)件的開發(fā)，以及人們對填料流體力學(xué)、放大效應(yīng)及傳質(zhì)

7、機(jī)理的深入研究，使填料塔技術(shù)得到了迅速發(fā)展。本設(shè)計(jì)目的是分離丙酮-水混合液，采用填料精餾塔。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。1.2.2選擇金屬環(huán)矩鞍填料的依據(jù)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

8、天13.5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)

9、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?。篐=120200mm分布點(diǎn)密度取：220260 點(diǎn)/m2塔截面小孔孔徑?。?mm 第3章 工藝過程設(shè)計(jì)計(jì)算3.1物料衡算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：3.1.2原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量精餾段：進(jìn)料：提餾段：3.1.3物料衡算 由物料衡算得： 解得：3.1.4原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的質(zhì)量流率3.1.5物料衡算表 流股流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)丙酮水丙酮水F562.515.06710.750.250.48210.5179D421.987.29820.9980.0020.99360.0064W140.4635

10、7.76900.0050.9950.00160.99843.2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3.2.2.1塔頂溫度的計(jì)算假設(shè)，根據(jù)安東尼方程： 其中安托尼常數(shù)： 丙酮：A=16.6513 B=2940.46 C=35.93 水： A=18.3036 B=3816.44 C=46.13 可得： 則： 由于：則： 由于：，其中 則： 同理： 則：，假設(shè)不成立 假設(shè)，方法同上可得， 則：，假設(shè)成立 所以，塔頂溫度3.2.2.2進(jìn)料溫度的計(jì)算假設(shè)，根據(jù)安東尼方程： 其中安托尼常數(shù)： 丙酮：A=16.6513 B=2940.46 C=35.93 水： A=18.3036

11、B=3816.44 C=46.13 可得： 則： 由于：則： 由于：，其中 則： 同理： 則：，假設(shè)不成立 假設(shè)，方法同上可得， 則：，假設(shè)成立所以，進(jìn)料溫度3.2.2.3塔釜溫度的計(jì)算假設(shè)，根據(jù)安東尼方程：其中安托尼常數(shù)： 丙酮：A=16.6513 B=2940.46 C=35.93 水： A=18.3036 B=3816.44 C=46.13 可得： 則： 由于：則： 由于：，其中 則： 同理： 則：，假設(shè)不成立 假設(shè)，方法同上可得， 則：，假設(shè)成立 所以，塔釜溫度3.3塔徑計(jì)算3.3.1計(jì)算最小回流比及理論塔板數(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

12、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 0.8215 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.

13、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)繪制的常壓下丙酮-水氣液平衡曲線，見下圖在上取點(diǎn)即點(diǎn)(0.9936,0.9936)，過該點(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)，即最小回流比：，操作回流比：精餾線操作線方程：q線方程：進(jìn)料方式為飽和液體進(jìn)料，所以，過即點(diǎn)(0.4821

14、,0.4821)，與（0.4821,0.4）作豎直線可得到q線，提鎦段操作線方程：取即點(diǎn)（0.0016,0.0016），以及q線與精餾段的交點(diǎn)（0.4821,0.5968）作圖得 計(jì)算塔板數(shù)： 結(jié)論：理論塔板數(shù)：25 精餾段：22 提鎦段：3 第23塊為加料板，第26塊為再沸器 3.3.2計(jì)算精餾段和提鎦段的物性參數(shù) 丙酮和水在塔頂和塔底條件下的密度表狀態(tài)水氣相g0.41630.11560.5975液相l(xiāng)966.57985.17957.87丙酮液相l(xiāng)715.8747.8694.8 丙酮和水在塔頂和塔底條件下的粘度數(shù)據(jù)表水0.31550.49110.2475丙酮0.19770.25560.187

15、8塔頂?shù)奈镄詤?shù)：溫度：氣相流量：液相流量：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：液相平均摩爾質(zhì)量：氣相密度：液相密度：，則液相粘度：則進(jìn)料的物性參數(shù)：溫度：氣相流量：液相流量：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：液相平均摩爾質(zhì)量：氣相密度：液相密度：，則液相粘度：則塔釜的物性參數(shù)：溫度：氣相流量：液相流量：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：液相平均摩爾質(zhì)量：氣相密度：液相密度：，則液相粘度：則簡化：精餾段的物料組成按塔頂組成計(jì)算，氣液相平均摩爾質(zhì)量也按塔頂?shù)臍庖合嗥骄栙|(zhì)量計(jì)算，其他物性參數(shù)由溫度確定

16、（取塔頂與進(jìn)料板的平均值）。提餾段的物料組成按進(jìn)料板組成計(jì)算，氣液相平均摩爾質(zhì)量也按進(jìn)料板的氣液相平均摩爾質(zhì)量計(jì)算，其他物性參數(shù)由溫度確定（取塔釜與進(jìn)料板的平均值）。計(jì)算結(jié)果如下：塔頂進(jìn)料塔釜精餾段提餾段溫度57.3887.85100.12572.61593.987氣相流量32.47732.47732.47732.47732.477液相流量25.17940.24640.24625.17940.246氣相組成0.99360.64950.01190.99370.6495液相組成0.99050.06910.00210.99050.0691氣相質(zhì)量分率0.99800.85660.03140.99800

17、.8566液相質(zhì)量分率0.99700.19310.00670.99700.1931氣相平均摩爾質(zhì)量57.823644.039018.496757.823644.0390液相平均摩爾質(zhì)量57.699420.788118.104157.699420.7881氣相密度2.13311.48740.60421.81031.0458液相密度748.341905.325955.432826.833930.3785液相粘度0.25610.28800.24700.27210.2675 3.3.3采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速和塔徑對于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為埃克特通用關(guān)聯(lián)圖精餾段：液相質(zhì)量流量：氣相質(zhì)量流

18、量：埃克特通用關(guān)聯(lián)圖中的橫坐標(biāo)：由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖讀出，縱坐標(biāo)值約為0.19則：取金屬環(huán)矩鞍填料規(guī)格由：，得：所以：由：得：提餾段：液相質(zhì)量流量：氣相質(zhì)量流量：?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖中的橫坐標(biāo)：由埃克特通用關(guān)聯(lián)圖讀出，縱坐標(biāo)值約為0.23則：取金屬環(huán)矩鞍填料規(guī)格由：，得：所以：由：得： 3.3.4圓整塔徑后驗(yàn)算圓整塔徑取圓整后驗(yàn)算：3.3.4.1泛點(diǎn)率精餾段：提餾段：精餾段和提餾段的泛點(diǎn)率均在0.50.853.3.4.2核算，3.3.4.3液體噴淋密度的驗(yàn)算精餾段：最小噴淋密度其中最小潤濕速率提鎦段：最小噴淋密度其中最小潤濕速率3.4塔高計(jì)算3.4.1填料層高度等板高度給定為0.446精餾段： 提餾

19、段： 3.4.2填料層高度校核對于金屬環(huán)矩鞍裝填料，最大填料層高度 分段效率與塔徑之比為58精餾段：,需要分段，分為5段提鎦段：，不需要分段3.5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，分別算提餾段、精餾段填料層壓降，最后由算總壓降。 3.5.1精餾段填料層壓降橫坐標(biāo)：縱坐標(biāo)：由，得由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖可得： 3.5.2提鎦段填料層壓降橫坐標(biāo)：縱坐標(biāo)：由，得由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖可得： 3.5.3填料層高度和壓降匯總3.6液體分布器計(jì)算 3.6.1液體分布器的選型選用單層管式液體分布器液體分布均勻可使整個(gè)填料面積得到充分利用，壁流、溝流大為減少。此塔操作彈性較低，屬于簡單操作，結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益選此分布器。 3.6.2分布點(diǎn)密度計(jì)算分布點(diǎn)密度在（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)密度取塔截面按分布點(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7根支管，支管中心距為實(shí)際分布點(diǎn)數(shù)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，與最小布液量對照，大于最小布液量即可。 3.6.5布液器設(shè)計(jì)見附圖一：液體分布器設(shè)計(jì)圖3.7接管管徑計(jì)算 3.7.1進(jìn)料管管徑的計(jì)算取液體流速為圓整后直徑取 3.7.2進(jìn)氣管管徑的計(jì)算取液體流速為圓整后直徑取 3.7.3出氣管管徑的計(jì)