廢丙酮溶媒回收過(guò)程填料精餾塔設(shè)計(jì)

.17/17《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)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)算內(nèi)容1、物料衡算2、填料精餾塔計(jì)算⑴操作條件的確定⑵塔徑的確定⑶填料層高度的確定⑷填料層壓降的計(jì)算⑸液體分布器設(shè)計(jì)計(jì)算⑹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…….………………..1.1課題的來(lái)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(guò)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…….………….3.1.2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…….……………….3.6.2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(wèn)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(guò)程工藝流程圖…….……..第1章前言1.1課題的來(lái)源及意義在抗生素類藥物生產(chǎn)過(guò)程中,需要用丙酮溶媒洗滌晶體,洗滌過(guò)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(lái)源如下圖示：鹽酸原料發(fā)酵四環(huán)素堿溶解、洗滌結(jié)晶、過(guò)濾晶體丁醇母液廢丁醇溶媒晶體鹽酸四環(huán)素結(jié)晶、過(guò)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?；ぴ碚n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(guò)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(cè)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(guò)程中不僅要考慮理論上的可行性,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(guò)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(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)。填料塔的基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,壓力降小,傳質(zhì)效率高,便于采用耐腐蝕材料制造等,對(duì)于熱敏性及容易發(fā)泡的物料,更顯出其優(yōu)越性。過(guò)去,填料塔多推薦用于0.6-0.7m以下的塔徑。近年來(lái),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(duì)填料流體力學(xué)、放大效應(yīng)及傳質(zhì)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8~10℃,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0.3MPa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10~15m/s,液體流量控制在0.5~1.0m/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?。骸鱄=120~200mm分布點(diǎn)密度?。?20～260點(diǎn)/m2塔截面小孔孔徑?。?mm第3章工藝過(guò)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F562.515.06710.750.250.48210.5179D421.987.29820.9980.0020.99360.0064W140.46357.76900.0050.9950.00160.99843.2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=16.6513B=2940.46C=35.93水：A=18.3036B=3816.44C=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=16.6513B=2940.46C=35.93水：A=18.3036B=3816.44C=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=16.6513B=2940.46C=35.93水：A=18.3036B=3816.44C=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)液相x丙酮摩爾分?jǐn)?shù)氣相y0.00000.00000.19650.80000.00870.05000.35540.82000.00940.10000.50120.84000.01240.15000.70120.86000.01360.20000.76520.88000.01780.25000.82150.90000.01870.30000.85260.91000.02000.35000.87850.92000.02120.40000.90110.93000.02930.45000.91630.94000.03240.50000.93210.95000.03780.55000.94830.96000.05010.60000.96020.97000.06930.65000.97300.98000.08940.70000.98550.99000.12750.75001.00001.0000由上表數(shù)據(jù)繪制的常壓下丙酮-水氣液平衡曲線,見(jiàn)下圖在上取點(diǎn)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(guò)即點(diǎn)<0.4821,0.4821>,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0.19770.25560.1878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(jiǎn)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〔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0.99800.85660.03140.99800.8566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采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速和塔徑對(duì)于散裝填料,其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖精餾段：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?？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：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0.23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0.5~0.85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(rùn)濕速率提鎦段：最小噴淋密度其中最小潤(rùn)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：提餾段：3.4.2填料層高度校核對(duì)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5~8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(jiǎn)單操作,結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益選此分布器。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