甲醇-水填料精餾塔的課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘要：填料塔為連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，與板式塔相比，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有生產(chǎn)能力大，分離填料材質(zhì)的選擇，可處理腐蝕性的材料，尤其對(duì)于壓強(qiáng)降較低的真空精餾操作，填料塔更顯示出優(yōu)越性。本文以甲醇-水的混合液為研究對(duì)象，因甲醇-水系統(tǒng)在常壓下相對(duì)揮發(fā)度相差較大，較易分離，所以此設(shè)計(jì)采用常壓精餾。根據(jù)物料性質(zhì)、操作條件等因素選擇填料塔，此設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料、塔底再沸器和塔頂回流的方式，將甲醇水進(jìn)行分離的填料精餾塔。通過甲醇水的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)全塔進(jìn)行了物料衡算和熱料衡算，得出精餾產(chǎn)品的流量、組成和進(jìn)料流量、組成之間的關(guān)系，進(jìn)而得到精餾塔的理論板數(shù)。分析了進(jìn)料、塔頂、塔底、提餾段

2、、精餾段的流量及其物性參數(shù)。對(duì)精餾段和提留段的塔徑及填料層高度進(jìn)行了計(jì)算，以確定塔的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)塔內(nèi)管徑、液體分布器、筒體壁厚進(jìn)行了選型計(jì)算，從而得到分離甲醇水混合物液的填料精餾塔。關(guān)鍵詞：填料塔；流量；回流比；理論板數(shù)；工藝尺寸專心-專注-專業(yè)第一章：設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目在抗生素類藥物生產(chǎn)過程中，需要用甲醇溶媒洗滌晶體，洗滌過濾后產(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4t/h,塔底廢水中甲醇含量0.5%（質(zhì)

3、量分?jǐn)?shù)）。二、操作條件1、操作壓力為常壓2、進(jìn)料熱狀態(tài)自選（飽和）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(yīng)選用金屬散裝填料，以便定期拆卸和清理。填料類型和規(guī)格自選。四、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；8、繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖；9、對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論。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)

4、計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(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64.7，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MA=32.04 ，水的摩爾質(zhì)量MB=18.02 2、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量0.323932.040.676118.0222.560.994732.040.005318.0231.96572.818332.040.997218.0218.0593、物料衡

5、算廢甲醇溶媒的處理量為4t/h,則原料液的處理量為總物料衡算： （1）甲醇物料衡算： （2） 聯(lián)立方程（1）（2）解得：三、理論塔板數(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)甲醇水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)溫度t液相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)汽相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)溫度t液相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)汽相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.

6、70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.01.078.00.300.6652、求最小回流比及操作回流比查的甲醇水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出圖。由于泡點(diǎn)進(jìn)料q=1,在圖上作直線x=0.995交對(duì)角線與a點(diǎn)，作直線x=0.324交平衡點(diǎn)與q點(diǎn)，連線aq兩點(diǎn)，過q點(diǎn)作橫軸的平行線交縱軸與一點(diǎn)，讀的y=0.682。即最小回流比如下：取操作回流比53、求精餾塔的氣液相負(fù)荷4、求操作線方程精餾段操作線方程：（3）提餾段操作線方程：（4）5、理論板層數(shù)（采用逐板法）由，再根據(jù)甲醇水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)可計(jì)算出

7、不同溫度下的揮發(fā)度，見下表：表1溫度t揮發(fā)度溫度t揮發(fā)度96.47.58275.34.03593.57.33273.13.52591.26.84371.23.14389.36.61069.32.86887.76.46467.62.69184.46.06666.02.53481.75.50165.02.45478.04.632所以 由得將代入相方程（5）聯(lián)立（3）（4）（5）方程式可自上而下逐板計(jì)算所需理論板數(shù)。因塔頂全凝，則由（3）式求得第一塊板下降組成利用（1）式計(jì)算第二塊板上升蒸汽組成為交替使用（1）式和（3）式直到，然后改用提餾段操作線方程，直到為止。計(jì)算結(jié)果見表2。表2板號(hào)組成1234

8、567y0.9950.9890.9750.9440.8830.7910.694x0.9780.9530.8980.7910.6300.4600.338板號(hào)組成8910111213y0.6240.3970.1870.0690.0210.004x0.2720.1290.0490.0160.0050.0009精餾塔的理論塔板數(shù)為=13-1=12（不包括再沸器）進(jìn)料板位置四、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)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：塔頂溫度塔底溫度進(jìn)料溫度水跟甲醇的物理性質(zhì)見表3表3水的重要物理性質(zhì)溫度t/（）密度/（kg/m）黏度/（mPas）張力/（N/m）比熱容C

9、p/（j/kgk）20998.21.00572.604.18360983.20.468866.204.17870977.80.406164.304.18780971.80.356562.604.19590965.30.316560.704.208100958.40.283858.804.220甲醇的重要物理性質(zhì)溫度t/（）密度/（kg/m）黏度/（mPas）張力/（N/m）比熱容Cp/（j/kgk）20804.80.580022.0760761.10.344017.3370749.40.307016.1880737.40.277015.0490724.90.250013.91100712.00

10、.228012.80塔頂?shù)谝粔K板有關(guān)參數(shù)：氣相流量：液相流量：由表2可知，塔頂?shù)谝粔K板的氣相組成為，液相組成為氣相平均摩爾質(zhì)量為 液相平均摩爾質(zhì)量為 氣相密度為 由表3內(nèi)插法的64.6時(shí)，水的密度為980.7，甲醇的密度為755.7則液相密度為 由可計(jì)算出液體的黏度為同理，進(jìn)料板（第一塊板）的有關(guān)參數(shù)：氣相流量：液相流量：由表2可知，塔頂?shù)谝粔K板的氣相組成為，液相組成為氣相平均摩爾質(zhì)量為液相平均摩爾質(zhì)量為氣相密度為 由表3內(nèi)插法的77.4時(shí)，水的密度為973.36，甲醇的密度為740.52則液相密度為：由可計(jì)算出液體的黏度為五、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)算在本設(shè)計(jì)中采

11、用泛點(diǎn)氣速法計(jì)算適宜的空塔氣速取泛點(diǎn)率，則依據(jù)貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)算調(diào)填料的泛點(diǎn)氣速法查表可知A=0.06225，K=1.75 g=9.81 散裝金屬環(huán)矩鞍散裝填料，假設(shè)其公稱直徑為50，則查表可知 =74.9 =96液相質(zhì)量流量為 氣相質(zhì)量流量為 代入上式得：求得：則由于故可采用50散裝金屬環(huán)矩鞍填料。提餾段塔徑的計(jì)算取泛點(diǎn)率，則依據(jù)貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)算調(diào)填料的泛點(diǎn)氣速法查表可知A=0.06225，K=1.75 g=9.81 散裝金屬環(huán)矩鞍散裝填料，假設(shè)其公稱直徑為50，則查表可知 =74.9 =96液相質(zhì)量流量為 氣相質(zhì)量流量為 代入上式得：求得：則由于故可采用50散裝金屬環(huán)矩鞍填料。比較精

12、餾段與提餾段計(jì)算結(jié)果，兩者基本相同。圓整塔徑，取D=700則校核精餾段有泛點(diǎn)率符合標(biāo)準(zhǔn)同理校核提餾段泛點(diǎn)率符合標(biāo)準(zhǔn)液體噴淋密度精餾段液體噴淋密度提餾段液體噴淋密度2、填料層高度的計(jì)算有查找數(shù)據(jù)得，50散裝金屬環(huán)矩鞍填料時(shí)，HETP=0.65 =0.75則，精餾段的填料高度為，圓整精餾段填料層高度為7m提餾段填料層高度為，圓整提餾段填料層高度為3.5m依據(jù)散裝填料分段高度推薦值，將精餾段分為兩段，每段高度為3.5m。精餾段分段處的物性參數(shù)為： 六、填料層壓降的計(jì)算對(duì)50金屬散裝環(huán)矩鞍填料壓降的計(jì)算依據(jù)埃克托通用關(guān)聯(lián)圖來計(jì)算。先根據(jù)氣液負(fù)荷有關(guān)物性數(shù)據(jù)求出橫坐標(biāo)對(duì)于精餾段：對(duì)于提餾段：根據(jù)空塔氣速

13、u及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)： 已知50金屬散裝環(huán)矩鞍填料=71對(duì)于精餾段： 代入式中得：對(duì)于提餾段： 代入式中得：在?？送型ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖中查得：精餾段 則提餾段 則則填料層總壓降為七、筒體壁厚的計(jì)算內(nèi)有3個(gè)大氣壓，內(nèi)徑，選用Q235C鋼板制造，（局部無損檢測(cè)，單面焊接）計(jì)算厚度。圓整量為3，由于碳素鋼制塔式容器厚度要不少于4，所以去4。校核水壓強(qiáng)度： 則： ，可見 ，所以水壓強(qiáng)度足夠采取橢圓型封頭厚度為4。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)算已知飽和甲醇蒸汽出料u 取30m/s，由GB 8163-87查得選用的無縫鋼管其內(nèi)徑d=219-26=207，重新核算u=30.32m/s

14、2、塔頂回流管徑計(jì)算已知u 取2m/s由GB 8163-87查得選用的無縫鋼管其內(nèi)徑d=32-24=24，重新核算u=1.971m/s。3、進(jìn)料管徑計(jì)算已知u 取1.5m/s 由GB 8163-87查得選用的無縫鋼管其內(nèi)徑d=42-24=34，重新核算u=1.37m/s。4、塔釜出液管管徑計(jì)算已知u 取1.5m/s 由GB 8163-87查得選用的無縫鋼管其內(nèi)徑d=42-24=34，重新核算u=1.45m/s。5、塔釜回流蒸汽管徑計(jì)算已知u 取30m/s由GB 8163-87查得選用的無縫鋼管其內(nèi)徑d=245-27=231，重新核算u=27m/s。九、液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)1、液體分布器選型由于該

15、液體混合物中含有固體懸浮物，故本設(shè)計(jì)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(diǎn)密度按照?？送薪ㄗh值，D=700設(shè)計(jì)取分布點(diǎn)密度為185點(diǎn)/布液點(diǎn)數(shù)n=0.7850.7185=71.2點(diǎn)71點(diǎn)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，在槽側(cè)面開孔。兩槽中心間距130mm,槽寬度65mm,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70 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=70 g=9.81取=0.60，=130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=6

16、1 g=9.81取=0.60，=130將上述數(shù)據(jù)代入公式（1）得第三章：結(jié)論一、設(shè)計(jì)感想通過這次課程設(shè)計(jì)使我充分理解到化工原理課程的重要性和實(shí)用性。更特別是對(duì)精餾原理及其操作各方面的了解和設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)際單元操作設(shè)計(jì)中所涉及的各個(gè)方面要注意問題都有所了解。，不僅讓我將所學(xué)的只是應(yīng)用到實(shí)際中，而且對(duì)知識(shí)也是一種鞏固和提升充實(shí)。在老師和同學(xué)的幫助之下，及時(shí)的按要求完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，通過這次課程設(shè)計(jì)，使我獲得了很多重要的知識(shí)，同時(shí)也提高了自己的實(shí)際動(dòng)手和知識(shí)的靈活運(yùn)用能力。二、全章主要主要符號(hào)說明符號(hào)意義計(jì)量單位 M摩爾質(zhì)量kg/kmol進(jìn)料率kmol/h塔頂采出率kmol/h塔底采出率kmol/h q進(jìn)料熱狀況 x液相摩爾分率 y氣相