甲醇-水填料精餾塔的課程設(shè)計

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，尤其對于壓強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象，因甲醇-水系統(tǒng)在常壓下相對揮發(fā)度相差較大，較易分離，所以此設(shè)計采用常壓精餾。根據(jù)物料性質(zhì)、操作條件等因素選擇填料塔，此設(shè)計采用泡點進料、塔底再沸器和塔頂回流的方式，將甲醇水進行分離的填料精餾塔。通過甲醇水的相關(guān)數(shù)據(jù)，對全塔進行了物料衡算和熱料衡算，得出精餾產(chǎn)品的流量、組成和進料流量、組成之間的關(guān)系，進而得到精餾塔的理論板數(shù)。分析了進料、塔頂、塔底、提餾段

2、、精餾段的流量及其物性參數(shù)。對精餾段和提留段的塔徑及填料層高度進行了計算，以確定塔的結(jié)構(gòu)尺寸。對塔內(nèi)管徑、液體分布器、筒體壁厚進行了選型計算，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)計任務(wù)書一、設(shè)計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)量分數(shù)），另含有少量的藥物固體微粒。為使廢甲醇溶液重復利用，擬建立一套填料精餾塔，以對廢甲醇溶媒進行精餾得到含水量0.3%（質(zhì)量分數(shù)）的甲醇溶媒。設(shè)計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、量分數(shù)）。二、操作條件1、操作壓力為常壓2、進料熱狀態(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)的計算；4、精餾塔的塔體工藝尺寸的計算；5、填料層壓降的計算；6、液體分布器的簡要設(shè)計；7、精餾塔接管尺寸計算；8、繪制精餾塔設(shè)計條件圖；9、對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論。第二章：工藝設(shè)計計算一、設(shè)計方案的確定本設(shè)計任務(wù)為分離甲醇水混合物，對于二元混合物的分離，采用連續(xù)精餾流程。設(shè)

4、計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。甲醇常壓下的沸點為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)品的摩爾分數(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)的確定對甲醇水二元物系，采用圖解法求理論板層數(shù)1、由手冊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數(shù)汽相中的甲醇的摩爾分數(shù)溫度t液相中的甲醇的摩爾分數(shù)汽相中的甲醇的摩爾分數(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。由于泡點進料q=1,在圖上作直線x=0.995交對角線與a點，作直線x=0.324交平衡點與q點，連線aq兩點，過q點作橫軸的平行線交縱軸與一點，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。計算結(jié)果見表2。表2板號組成1234

8、567y0.9950.9890.9750.9440.8830.7910.694x0.9780.9530.8980.7910.6300.4600.338板號組成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)的計算由甲醇水物系的汽液平衡數(shù)據(jù)，采用內(nèi)插法，計算結(jié)果如下：塔頂溫度塔底溫度進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，水的密度為980.7，甲醇的密度為755.7則液相密度為 由可計算出液體的黏度為同理，進料板（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，水的密度為973.36，甲醇的密度為740.52則液相密度為：由可計算出液體的黏度為五、精餾塔塔體工藝尺寸的計算1、塔徑的計算精餾段塔徑的計算在本設(shè)計中采

11、用泛點氣速法計算適宜的空塔氣速取泛點率，則依據(jù)貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式計算調(diào)填料的泛點氣速法查表可知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。提餾段塔徑的計算取泛點率，則依據(jù)貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式計算調(diào)填料的泛點氣速法查表可知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率符合標準同理校核提餾段泛點率符合標準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、填料層高度的計算有查找數(shù)據(jù)得，50散裝金屬環(huán)矩鞍填料時，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、填料層壓降的計算對50金屬散裝環(huán)矩鞍填料壓降的計算依據(jù)?？送型ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖來計算。先根據(jù)氣液負荷有關(guān)物性數(shù)據(jù)求出橫坐標對于精餾段：對于提餾段：根據(jù)空塔氣速

13、u及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標： 已知50金屬散裝環(huán)矩鞍填料=71對于精餾段： 代入式中得：對于提餾段： 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、筒體壁厚的計算內(nèi)有3個大氣壓，內(nèi)徑，選用Q235C鋼板制造，（局部無損檢測，單面焊接）計算厚度。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。校核水壓強度： 則： ，可見 ，所以水壓強度足夠采取橢圓型封頭厚度為4。八、管徑的計算管徑的計算依據(jù)公式1、塔頂出氣管徑的計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、進料管徑計算已知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、液體分布器簡要設(shè)計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、布液點密度按照?？送薪ㄗh值，D=700設(shè)計取分布點密度為185點/布液點數(shù)n=0.7850.7185=71.2點71點按照分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設(shè)計，設(shè)計結(jié)果為：二級槽共設(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.布液點示意圖如下由圖可知實際布點數(shù)為70 個。3、布液計算依據(jù)公式 (1)對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）得對進料處的液體再分布，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)計感想通過這次課程設(shè)計使我充分理解到化工原理課程的重要性和實用性。更特別是對精餾原理及其操作各方面的了解和設(shè)計，對實際單元操作設(shè)計中所涉及的各個方面要注意問題都有所了解。，不僅讓我將所學的只是應用到實際中，而且對知識也是一種鞏固和提升充實。在老師和同學的幫助之下，及時的按要求完成了設(shè)計任務(wù)，通過這次課程設(shè)計，使我獲得了很多重要的知識，同時也提高了自己的實際動手和知識的靈活運用能力。二、全章主要主要符號說明符號意義計量單位 M摩爾質(zhì)量kg/kmol進料率kmol/h塔頂采出率kmol/h塔底采出率kmol/h q進料熱狀況 x液相摩爾分率 y氣相