安陽(yáng)工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)

1、目錄第一章:設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) (2第二章:工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 (2一、設(shè)計(jì)方案的確定 (2二、精餾塔的物料衡算 (2三、塔板數(shù)的確定 (3四、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 (5五、精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算 (7六、填料層壓降的計(jì)算 (9七、筒體壁厚的計(jì)算 (10八、管徑的計(jì)算 (10九、液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì) (11第三章:結(jié)語(yǔ) (12一、設(shè)計(jì)感想 (12二、參考資料 (12第一章:設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目在抗生素類(lèi)藥物生產(chǎn)過(guò)程中,需要用甲醇溶媒洗滌晶體,洗滌過(guò)濾后產(chǎn)生廢甲醇溶液,其組成為含甲醇46%、水54%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),另含有少量的藥物固體微粒。為使廢甲醇溶液重復(fù)利用,擬建立一套填料精餾塔,以對(duì)廢甲醇

2、溶媒進(jìn)行精餾得到含水量0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甲醇溶媒。設(shè)計(jì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)。二、操作條件1、操作壓力常壓2、進(jìn)料熱狀態(tài)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(lèi)型因甲醇溶媒中含有少量的藥物固體微粒,應(yīng)選用金屬散裝填料,以便定期拆卸和清理。填料類(lèi)型和規(guī)格自選。四、工作日每年300天,每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。五、廠址廠址為寧夏地區(qū)。六、設(shè)計(jì)內(nèi)容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(jì)算;4、精餾塔的塔體工藝尺寸的計(jì)算;5、填料層壓降的計(jì)算;6、液體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì);7、精餾塔接管尺寸計(jì)算

3、;8、繪制生產(chǎn)工藝流程圖;9、繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖;10、對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。第二章:工藝設(shè)計(jì)計(jì)算一、設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離甲醇水混合物,對(duì)于二元混合物的分離,采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料,將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。甲醇常壓下的沸點(diǎn)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(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi),其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)槽。塔釜采用間接蒸汽加熱方式。填料類(lèi)型選用散裝金屬環(huán)矩鞍填料。二、精餾塔的物料衡算1、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)甲醇的摩爾質(zhì)量M A=32.04/kmol,水的摩爾質(zhì)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(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)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(shù)據(jù)得:=43.0446kmol/h=89.9329kmol/h 三、塔板數(shù)的確定對(duì)甲醇水二元物系,采用圖解法求理論板層數(shù)1、由手冊(cè)查得甲醇水物系的汽液平衡數(shù)據(jù)溫度t 液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)汽相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)溫度t液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)汽相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)2、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(duì)角線上,自點(diǎn)e(0.3239,0.3239作垂線ef即為q線,該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)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(fù)荷=1.736×43.0446=74.7254

6、kmol/hq nv=(R+1q nD=2.736×43.0446=117.77kmol/h=q nF+=132.9728+74.7254=207.6982kmol/h=q nv=117.77kmol/h4、理論板層數(shù)由圖(一易知,總理論板層數(shù)NT =13(包括再沸器,進(jìn)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(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算1、操作溫度的計(jì)算由甲醇水物系的汽液平衡數(shù)據(jù),采用內(nèi)插法,計(jì)算結(jié)果如下:塔頂溫度、=解得tD=64.55塔底溫度、=解得tw=99.4927進(jìn)料溫度、=解得tF=77.35進(jìn)料第一塊板處的溫度、=解得=78.5552、平

7、均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算由xD =y11=0.9953則MVDm =0.9947×32.04+0.0053×18.02=31.9657/kmol MLDm=0.9953×32.04+0.0047×18.02=31.9699/kmol進(jìn)料板處平均摩爾質(zhì)量的計(jì)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(jì)算氣相平均密度計(jì)算依據(jù)公式:則塔頂

8、氣相平均密度進(jìn)料第一板處氣相平均密度液相平均密度的計(jì)算塔頂液相平均密度的計(jì)算查手冊(cè)得進(jìn)料第一板處氣液相平均密度計(jì)算查手冊(cè)得4、液體平均粘度的計(jì)算塔頂液相平均粘度計(jì)算=64.55StD則由代入數(shù)據(jù)得:進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算則由代入數(shù)據(jù)得:塔釜液相粘度為0.2838則由上述數(shù)據(jù)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(jì)算塔頂液相平均表面張力則知進(jìn)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(shù)據(jù)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(jì)算1、塔徑的計(jì)算精餾段塔徑的計(jì)算的確定空塔氣速及塔徑的確定在本設(shè)計(jì)中泛點(diǎn)率取0.65,則,依據(jù)貝恩霍根

9、關(guān)聯(lián)式可計(jì)算出。塔頂相應(yīng)參數(shù)為A K當(dāng)填料公稱(chēng)直徑取DN50時(shí):將上述數(shù)據(jù)帶入貝恩霍根關(guān)聯(lián)得:則由公式圓整為0.7則當(dāng)填料公稱(chēng)直徑取DN38時(shí):將上述數(shù)據(jù)帶入貝恩霍根關(guān)聯(lián)得:則,圓整為0.8則當(dāng)填料公稱(chēng)直徑取DN76時(shí):將上述數(shù)據(jù)帶入貝恩霍根關(guān)聯(lián)得:,則,圓整為0.6則所以此種填料不可用。提餾段塔徑的計(jì)算的確定空塔氣速及塔徑的確定泛點(diǎn)率取0.65,則,依據(jù)貝恩霍根關(guān)聯(lián)式可計(jì)算出。進(jìn)料第一板處參數(shù)為A K將上述數(shù)據(jù)帶入貝恩霍根關(guān)聯(lián)得:,則塔徑圓整為0.7,則當(dāng)填料公稱(chēng)直徑取DN38時(shí):將上述數(shù)據(jù)帶入貝恩霍根關(guān)聯(lián)得:,圓整為0.7,則綜上所述,當(dāng)填料選DN50時(shí),塔徑0.7;當(dāng)填料選DN38時(shí),塔

10、徑0.8?？紤]經(jīng)濟(jì)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(jù)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(jì)算單板高度的計(jì)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(shù)據(jù)得提餾段的單板高度代入數(shù)據(jù)得精餾段填料層高度精餾段理論級(jí)數(shù),精餾段單板高度所以精餾段填料層理論高度設(shè)計(jì)精餾段填料層高度提餾段填料層高度提餾段理論級(jí)數(shù)(提餾段理論板數(shù)為5,因?yàn)椴捎瞄g接蒸汽加熱所以再沸器相當(dāng)于一層塔板,則,提餾段單板高度,所以提餾段理論高度,設(shè)計(jì)提餾段填料層高度依據(jù)散

11、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(jì)算對(duì)散裝填料壓降的計(jì)算依據(jù)?？送型ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖來(lái)計(jì)算。1、精餾段壓降的計(jì)算相關(guān)參數(shù)為g u由計(jì)算可得橫坐標(biāo):0.02479,縱坐標(biāo):0.07094讀圖可知,所以精餾段的壓降為482、提餾段壓降的計(jì)算相關(guān)參數(shù)為g u則得橫坐標(biāo)為:0.04716、縱坐標(biāo)為0.04917則由埃克托通用關(guān)聯(lián)圖知:所以提餾段的壓降為:24七、筒體壁厚的計(jì)算筒體選用20R鋼板制造,已知?jiǎng)t查表得因?yàn)?0R鋼板最小厚度為6mm,所以名義厚度取6mm.水壓試驗(yàn)校核則知0.9,所以水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠。八、管徑的計(jì)算管徑的計(jì)算依據(jù)公式1、塔頂出氣管徑的計(jì)算已

12、知u取40則圓整為182mm,即取無(wú)縫鋼管DN175mm2、塔頂回流管徑計(jì)算已知u取1則圓整為38mm,即取DN40的無(wú)縫鋼管。3、進(jìn)料管徑計(jì)算已知u取1則圓整為50mm,即取DN50的無(wú)縫鋼管。4、塔釜出液管管徑計(jì)算已知u取1則圓整為38mm,即取DN40的無(wú)縫鋼管。九、液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)1、液體分布器選型本設(shè)計(jì)采用槽盤(pán)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(diǎn)密度按照?？送薪ㄗh值,噴淋點(diǎn)密度取150點(diǎn)布液點(diǎn)數(shù)按照分布點(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:二級(jí)槽共設(shè)5道,兩槽中心間距135mm,槽寬度67mm,槽高度為170mm.布液點(diǎn)示意圖如下 由圖可知實(shí)際布點(diǎn)數(shù)為61個(gè)。3、布液計(jì)算依據(jù)公式(1對(duì)塔頂和精餾段分段處的液體再分布,相關(guān)數(shù)據(jù)為n=61g=9.81將上述數(shù)據(jù)代入公式(1得對(duì)進(jìn)料處的液體再分布,相關(guān)數(shù)據(jù)為n=61g=9.81將上述數(shù)據(jù)代入公式(1得第三章:結(jié)論一、設(shè)計(jì)感想進(jìn)行了整整兩周的化工原理課程設(shè)計(jì)我收獲頗豐?？偨Y(jié)如下:對(duì)化工設(shè)計(jì)有了比較深刻地認(rèn)識(shí),在平常的化工原理課程學(xué)習(xí)中總是只針對(duì)局部進(jìn)行計(jì)算,而對(duì)參數(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)缺乏認(rèn)識(shí)。平常的學(xué)習(xí)總會(huì)有題設(shè)的條件,省去了我們很多勞動(dòng),但在設(shè)計(jì)中大量用到的物性數(shù)據(jù)是需要我們自己去查取的。設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了離開(kāi)老師進(jìn)行自