甲醇—水分離過(guò)程填料精餾塔塔設(shè)計(jì)

1、4場(chǎng)支序重慶大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)題目：甲醇一水分離過(guò)程填料精微塔塔設(shè)計(jì)學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院專(zhuān)業(yè)：制藥工程01班年級(jí)：2008級(jí)姓名:XXX學(xué)號(hào)：XXXX完成時(shí)間：2016年7月6日成績(jī)：平時(shí)成績(jī)（20%）:圖紙成績(jī)（40%）:報(bào)告成績(jī)（40%）:指導(dǎo)老師：張紅晶1、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及概述在抗生素類(lèi)藥物生產(chǎn)中，需要甲醇溶液洗滌晶體，洗滌過(guò)濾后產(chǎn)生廢甲醇溶液，其組成為含甲醇50%、水50%（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，擬建一套填料精儲(chǔ)塔，對(duì)廢甲醇進(jìn)行精儲(chǔ)，得到含水量三0.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的甲醇溶液。設(shè)計(jì)要求廢甲醇溶液處理量為日產(chǎn)3噸，塔底廢水中甲醇含量三

2、0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。操作條件：（1）常壓；（2）拉西環(huán)，填料規(guī)格。1.2 設(shè)計(jì)方案填料塔簡(jiǎn)介填料塔是提供氣-液、液-液系統(tǒng)相接觸的設(shè)備。填料塔外殼一般是圓筒形，也可采用方形。材質(zhì)有木材、輕金屬或強(qiáng)化塑料等。填料塔的基本組成單元有：殼體（外殼可以是由金屬（鋼、合金或有色金屬）、塑料、木材，或是以橡膠、塑料、磚為內(nèi)層或襯里的復(fù)合材料制成。雖然通入內(nèi)層的管口、支承和磚的機(jī)械安裝尺寸并不是決定設(shè)備尺寸的主要因素，但仍需要足夠重視；：填料（一節(jié)或多節(jié)，分布器和填料是填料塔性能的核心部分。為了正確選擇合適的填料，要了解填料的操作性能，同時(shí)還要研究各種形式填料的形狀差異對(duì)操作性能的影響）；：填料支承（填料

3、支承可以由留有一定空隙的柵條組成，其作用是防止填料墜落；也可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)的改進(jìn)設(shè)計(jì)來(lái)引導(dǎo)氣體和液體的流動(dòng)。塔的操作性能的好壞無(wú)疑會(huì)受填料支承的影響）；：液體分布器（液體分布的好壞是影響填料塔操作效率的重要因素。液體分布不良會(huì)降低填料的有效濕潤(rùn)面積，并促使液體形成溝流）；：中間支承和再分布器（液體通過(guò)填料或沿塔壁流下一定的高度需要重新進(jìn)行分布）；：氣液進(jìn)出口。塔的結(jié)構(gòu)和裝配的各種機(jī)械形式會(huì)影響到它的設(shè)計(jì)并反映到塔的操作性能上，應(yīng)該力求在最低壓降的條件下，采用各種辦法提高流體之間的接觸效率，并設(shè)法減少霧沫夾帶或壁效應(yīng)帶來(lái)的效率損失。與此同時(shí)，塔的設(shè)計(jì)必須符合由生產(chǎn)過(guò)程和塔的結(jié)構(gòu)形式所決定的經(jīng)濟(jì)性原則

4、1.3 填料精儲(chǔ)塔流程圖2、設(shè)計(jì)所需基本數(shù)據(jù)本設(shè)計(jì)依據(jù)于教科書(shū)的設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)所提出的題目進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。表1甲醇水溶液體系的平衡數(shù)據(jù)（101.3Kp）a液相中甲醇的含汽相中甲醇的含液相中甲醇的含汽相中甲醇的含量（摩爾分?jǐn)?shù)）量（摩爾分?jǐn)?shù)）量（摩爾分?jǐn)?shù)）量（摩爾分?jǐn)?shù)）0.05310.28340.29090.68010.07670.40010.33330.69180.09260.43530.35130.73470.12570.48310.46200.77560.13150.54550.52920.79710.16740.55850.59370.81830.18180.57750.68490.

5、84920.20830.62730.77010.89620.23190.64850.87410.91940.28180.6775表2瓷拉西環(huán)的結(jié)構(gòu)特性參數(shù)（亂堆）外15高X厚/mmXmm比表面積金M-TH-11空隙率E/m1m3個(gè)數(shù)口，個(gè)，nT堆枳窗度加/kg*干填料因子（口川）/小濕步料因子l/m_|6.4L4X0.87890.73.31100007372030240088XL515700.64146500075。2170250010I10X1,5I4400.70720000?0012801500151SX23300.7025000069096010201616X23050.73192500

6、730?849402525X2.519057849000575M。4504040X151260.7512700S773053505050X4.5930-81600045717720580巾80X9.5760.681910714243280不常用.因?yàn)樾枰幚淼膹U甲醇溶液中另含有少量的藥物固體微粒，為了便于清洗，所以采用亂堆填料表3甲醇的物理性質(zhì)溫度C汽化熱密度熱容表面張力粘度卡/克分子克/厘米3卡/克分子.c達(dá)因/厘米厘泊095140.825217.9624.500.7991093670.815118.5223.280.6772092130.804818.9322.070.5803090500

7、.794319.3920.860.5034088800.783519.9019.670.4395087020.772520.4618.500.3876085160.761121.0917.330.3447083210.749421.7716.180.3078081160.737422.5215.040.2779079030.724923.3313.910.25010076790.712024.2012.800.228表4水的物理性質(zhì)溫度/C密度P/kPa比熱容cpp.11/(kJkg-K-)動(dòng)力粘度u/（uPas）表面張力仃/（mN/m）汽化潛熱r/(kJ/kg)0999.94.2121788

8、75.612491.310999.74.191130574.142468.620998.24.183100472.672446.330995.74.174801.271.202423.740992.24.174653.269.632401.150988.14.174549.267.672378.160983.24.178469.866.202355.170977.84.167406.064.332331.280971.84.19535562.572307.390965.34.208314.860.712283.1100958.44.220282.458.842258.4注意：1克分子=1摩爾1

9、卡=4.187焦耳1達(dá)因=10-5牛頓1厘泊=1毫帕秒3、設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算之前進(jìn)行對(duì)物性數(shù)據(jù)的查詢(xún)，部分物性數(shù)據(jù)列于表1、表2、表3、表4中，其它數(shù)據(jù)見(jiàn)參考資料與互聯(lián)網(wǎng)上資源。4、物料衡算4.1 工藝物料計(jì)算甲醇的摩爾質(zhì)量：M甲醇=32.04kg/kmol水的摩爾質(zhì)量：M水=18.02kg/kmol原料液中輕組分（甲醇）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為CDF=0.50,其摩爾分率0.5032.040.5032.040.5018.02=0.3600F/M甲醇Xf二F/M甲醇+(1-f)/M7K甲醇/M甲醇XD=X甲醇=：甲醇/M甲醇3k0.997/32.04=0.9947塔頂輕組分（甲醇）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為D=缶甲醇=0.997

10、,其摩爾分率/M水0.997/32.04+0.003/18.02塔底輕組分（甲醇）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為口=甲醇=0.005,其摩爾分率甲醇/M甲醇0.005/32.04XW=海醇=甲醇/M甲醇+水/M水0.005/32.04+0.995/18.02=0.00284.2 原料液的平均摩爾質(zhì)量Mf=0.3600X32.04+(1-0.3600)乂18.02=23.067kg/kmol4.3 物料的衡算廢甲醇溶液的處理量為日產(chǎn)3噸原料處理：F=3000/23.067/24=5.419Kmol/hF=D+WF*Xf=D*Xd+W*Xw把已知數(shù)據(jù)帶入上式，得5.419=D+W5.419*0.3600=D*0.99

11、47+W*0.0028解得：D=1.951kmol/hW=3.468kmol/h5、熱量衡算5.1求相對(duì)揮發(fā)度LogPo=A-B/(t+C)查表得ABC甲醇7.878631473.1111230.0水8.107651750.286235.0當(dāng)P=101.325KPa（常壓P=760mmHg）時(shí)水的沸點(diǎn)為99.87C,甲醇的沸點(diǎn)為64.75C。01473.11log*醇=7.87863-2.881”64.75+230.00降醇=760.3KFa01750.286logP7K=8.10765-2.26864.75+235.00Fp=185.4mmHg0P甲醇a頂=0=4.1Pk同理可求的a底=3.

12、44.1+3.42=3.755.2回流比R平衡線方程為:y=a*x1(a-1)*x_3.75*x12.75x泡點(diǎn)進(jìn)料q=1,中冷=0.3600yq=I75*。3600.6784q12.75*0.3600最小回流比Rmin：Rmin1RminXd-VeXd-Xe0.9947-0.67840.9947-0.3600-0.4983.Rmin=0.9932（此處操作回流比取最小回流比的2倍）二R=2%訪=1.9865.3 精微塔的氣液相負(fù)荷精儲(chǔ)段L=RDV=(R1)D提儲(chǔ)段L=LqFV=L-W5.4 操作線方程精儲(chǔ)段操作線方程為：yn1=R-*4+包2=0.665+0.3331RR1提儲(chǔ)段操作線方程為

13、:Vn1=RDqF(R1)D-(1-q)FXnF-D(R1)D-(1-q)Fxw=1.595xn-0.00175.5 平衡線方程:*x,3.75xy=y=1(：-1)*x12.75x5.6 采用逐板計(jì)算法求理論塔板數(shù)平衡線方程：y=3.75X式12.75x操作線方程：精儲(chǔ)段yn書(shū)=0.665xn+0.333式精微段yn書(shū)=1.5954-0.0017式泡點(diǎn)進(jìn)料q=l,xq=xF=0.3600解析過(guò)程如下：I第一塊塔板上升蒸汽組成：yi=Xd=0.9947從第一塊塔板上下降的液體組成由式求?。簒i=y=0.98043.75-2.75yiII由式得：y2=0.665X0.9804+0.333=0.9

14、850由式得：x2=0.9460同理可求得：y3=0.9621x3=0.8713y4=0.9124x4=0.7353y5=0.8220x5=0.5519y6=0.7000x6=0.3836y7=0.5881x7=0.2758x70.3600第8塊板上升的氣相組成由式計(jì)算：y8=1.595X0.27580.0017=0.4382x8=0.1722y9=0.2730x9=0.0910y10=0.1434xio=0.0427yn=0.0664xii=0.0186y12=0.0280xi2=0.0076y13=0.0104xi3=0.002798符合要求塔徑圓整為400mm在設(shè)計(jì)氣速下U1M2j.3b

15、450討221(08345.2=0.114g：I9.81797.18在?？颂貙?shí)驗(yàn)曲線中，縱坐標(biāo)為0.114,橫坐標(biāo)為0.0256的點(diǎn)落在每米填料VP=1KFa的等壓線上，即此時(shí)每米填料層壓降為1Kpa。整個(gè)填料塔壓降P=17.18=7.18KPa6.1.5 驗(yàn)算液體噴淋密度Umin=(Lw)mina因?yàn)樘盍现睆?5mm,所以(Lw)min=0.08m3/(mh)Umin=(Lw)mina=0.08190-15.2m/h-0.00422m/s精微段液相流量L=3.843kmol/h=0.00107kmol/s,近似當(dāng)作純甲醇處理,則實(shí)際噴淋密度u=O0010732.04=O00465m/s736

16、.53D24提儲(chǔ)段液相流量L=9.262kmol/h=0.00257kmol/s,近似當(dāng)做純水處理，M實(shí)際噴淋密度u=0.00257_18.02=0.00483m/s:二2958.4-D24實(shí)際噴淋密度均大于最小噴淋密度，故以上選擇符合條件。6.2塔高的計(jì)算H=HdZ（n-1）HfHb式中：Hd-塔頂空間高度（不包括封頭），一般取11.5mHf-液體再分布器的空間高度（不包括封頭），mHb-塔底空間高度（不包括封頭），一般取1015min的持液量，mn-填料分層數(shù)取Hd=1.2m,Hb取10min的持液量，則、，0.0mM05M7sM/s10K6g0k1m8o.l02c/V0=.32nb力-H

17、0,m0.95k8g3.n4/2D4計(jì)算得：塔的總高度H=1.27.180.23=8.61m6.3塔主要附屬構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)6.3.1 液體分布器槽式液體分布器具有較大的操作彈性和好的抗污堵性，具有優(yōu)良的分布性能，應(yīng)用廣泛，故選用槽式液體分布器。噴淋點(diǎn)密度選擇60點(diǎn)/m2。6.3.2 支承板由于填料層高度較高，需分層，但不需液體再分布器。選用開(kāi)氣管式支承板，需要兩塊。6.3.3 除沫器選用絲網(wǎng)除沫器。7.主要輔助設(shè)備的計(jì)算及選型7.1 換熱器此精微工藝中一共用到四個(gè)換熱器，分別為塔頂冷凝器、塔底再沸器、原料預(yù)熱器以及塔底產(chǎn)品冷卻器。7.1.1 塔頂冷凝器將塔頂蒸汽當(dāng)作純甲醇近似處理，查得甲

18、醇的汽化熱r甲醇=1109kJ/kg,Q=5.778kmol/h32.04kg/kmol1109kJ/kg=2.053105kJ/h采用25c的循環(huán)冷卻水冷凝塔頂蒸汽，設(shè)出口水溫為50Co訂m=(注-訂2)/帖(.訂1/.訂2)=64.75-50=14.75C,T2=64.75-25=39.75。0s=25.22ln(14.75/39.75)選擇傳熱系數(shù)K=1000W/(m2K)傳熱面積A=Q/(KATm)=8.14m2,取安全系數(shù)為0.8,則實(shí)際換熱面積A=8.14/0.8=10.175m2,選擇固定管板式換熱器，換熱器型號(hào)可選用G325IV-1.6-11.8其具體參數(shù)如下G325IV1.6-11.8管程數(shù)N4公稱(chēng)直徑DN/mm325mm換熱管長(zhǎng)度L/mm3000mm公稱(chēng)壓力PN/MPa1.6管子根數(shù)n68計(jì)算傳熱面積/m2S=10.175m2中心排管