安阳工学院化工原理课程设计.

1、目录第一章 :设计任务书 (2第二章 :工艺设计计算 (2一、设计方案的确定(2二、精馏塔的物料衡算(2三、塔板数的确定(3四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算(5五、精馏塔塔体工艺尺寸的计算(7六、填料层压降的计算(9七、筒体壁厚的计算(10八、管径的计算(10九、液体分布器简要设计(11第三章 :结语 (12一、设计感想 (12二、参考资料 (12第一章 :设计任务书一、设计题目在抗生素类药物生产过程中 ,需要用甲醇溶媒洗涤晶体 ,洗涤过滤后产生废甲醇溶液 ,其组成为含甲醇 46%、水 54%(质量分数 ,另含有少量的药物固体微粒。为使废甲醇溶液重复利用 ,拟建立一套填料精馏塔 ,以对

2、废甲醇溶媒进行精馏得到含水量0.3%(质量分数的甲醇溶媒。设计要求废甲醇溶媒的处理量为3t/h,塔底废水中甲醇含量 0.5%(质量分数。二、操作条件1、操作压力常压2、进料热状态自选3、回流比自选4、塔底加热蒸汽压力0.3MPa(表压三、填料类型因甲醇溶媒中含有少量的药物固体微粒 ,应选用金属散装填料 ,以便定期拆卸和清理。填料类型和规格自选。四、工作日每年 300 天,每天 24 小时连续运行。五、厂址厂址为宁夏地区。六、设计内容1、精馏塔的物料衡算 ;2、塔板数的确定 ;3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;4、精馏塔的塔体工艺尺寸的计算;5、填料层压降的计算 ;6、液体分布器的简要设

3、计;7、精馏塔接管尺寸计算 ;8、绘制生产工艺流程图 ;9、绘制精馏塔设计条件图;10、对设计过程的评述和有关问题的讨论。第二章 :工艺设计计算一、设计方案的确定本设计任务为分离甲醇 水混合物 ,对于二元混合物的分离 ,采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。甲醇常压下的沸点为64.6,所以采用常压操作。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储槽。塔釜采用间接蒸汽加热方式。填料类型选用散装金属环矩鞍填料。二、精馏塔的物料衡算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数甲醇的摩尔质量 M A=32.04 /km

4、ol, 水的摩尔质量 M B=18.02 /kmol xD=0.9947x w=2.8183 ×x F=0.32392、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F=0.3239 ×32.04+0.6761 18×.02=22.561/kmolM D=0.9947 ×32.04+0.0053 18×.02=31.9657/kmol M W=2.8183××32.04+0.9972 18×.02=18.059/kmol 3、物料衡算废甲醇溶媒的处理量为 3t/h,原料液的处理量为 =132.9728kmol/h总物料衡

5、算 =+甲醇物料衡算 : ·xF=x D·+x w·代入数据得 :=43.0446kmol/h=89.9329kmol/h 三、塔板数的确定对甲醇 水二元物系 ,采用图解法求理论板层数 1、由手册查得甲醇 水物系的汽液平衡数据温度 t 液相中甲醇的摩尔分数汽相中甲醇的摩尔分数温度 t液相中甲醇的摩尔分数汽相中甲醇的摩尔分数2、求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比如下图图(一在图 (一中对角线上 ,自点 e(0.3239,0.3239作垂线 ef 即为 q 线 ,该线与平衡线的交点坐标为 x q=0.3239y q=0.683则 R min=0.868R=

6、2R min=1.736 3、求精馏塔的气液相负荷=1.736 ×43.0446=74.7254kmol/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、理论板层数由图 (一易知 ,总理论板层数 NT =13(包括再沸器 ,进料板位置 NF=9,那么可知精馏段有 8 块板 ,提馏段有 4 块板。四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1、操作温度的计算由甲醇 水物系的汽液平衡数据 ,采用内插法 ,计算结果如下 :塔顶温度、

7、=解得 tD=64.55塔底温度、 =解得 tw=99.4927进料温度、 =解得 tF=77.35进料第一块板处的温度、=解得 =78.5552、平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量的计算由 xD =y1=0.9947.查图 (一得、 x1=0.9953则 MVDm =0.9947×32.04+0.0053 18×.02=31.9657 /kmol MLDm=0.9953 ×32.04+0.0047 18×.02=31.9699/kmol进料板处平均摩尔质量的计算由图 (一得 =0.285=0.655则 MVFm=0.655 ×32.04+0.3

8、45 18×.02=27.2031/kmolMLFm=0.285 ×32.04+0.715 18×.02=22.0157/kmol3、平均密度的计算气相平均密度计算依据公式:则塔顶气相平均密度进料第一板处气相平均密度液相平均密度的计算塔顶液相平均密度的计算查手册得进料第一板处气液相平均密度计算查手册得4、液体平均粘度的计算塔顶液相平均粘度计算=64.55StD则由代入数据得 :进料板液相平均粘度的计算则由代入数据得 :塔釜液相粘度为0.2838则由上述数据得精馏段平均粘度为提馏段平均粘度为5、液体平均表面张力的计算塔顶液相平均表面张力则知进料板液相平均表面张力则知

9、塔釜液相平均表面张力为58.8则由上述数据知精馏段平均表面张力为,提馏段平均表面张力为五、精馏塔塔体工艺尺寸的计算1、塔径的计算精馏段塔径的计算的确定空塔气速及塔径的确定在本设计中泛点率取0.65,则,依据贝恩霍根关联式可计算出。塔顶相应参数为A K当填料公称直径取DN50 时 :将上述数据带入贝恩霍根关联得:则由公式圆整为 0.7则当填料公称直径取DN38 时 :将上述数据带入贝恩霍根关联得:则,圆整为 0.8则当填料公称直径取DN76 时 :将上述数据带入贝恩霍根关联得:,则,圆整为 0.6则所以此种填料不可用。提馏段塔径的计算的确定空塔气速及塔径的确定泛点率取 0.65,则,依据贝恩霍根

10、关联式可计算出。进料第一板处参数为A K当填料公称直径取DN50时 :将上述数据带入贝恩霍根关联得:,则塔径圆整为 0.7,则当填料公称直径取DN38 时 :将上述数据带入贝恩霍根关联得:,圆整为 0.7,则综上所述 ,当填料选 DN50 时,塔径 0.7;当填料选 DN38 时,塔径 0.8。考虑经济适用性 ,填料取 DN50,塔径取 0.7m.液体喷淋密度及空塔气速核算依据公式 :液体喷淋密度精馏段液体喷淋密度,可知精馏段空塔气速提馏段液体喷淋密度可知。提馏段空塔气速2、填料层高度的计算单板高度的计算由于填料选用DN50, 则查表知 h=7.2883由上述平均粘度与平均表面张力知:精馏段的

11、单板高度代入数据得提馏段的单板高度代入数据得精馏段填料层高度精馏段理论级数 ,精馏段单板高度所以精馏段填料层理论高度设计精馏段填料层高度提馏段填料层高度提馏段理论级数 (提馏段理论板数为 5,因为采用间接蒸汽加热所以再沸器相当于一层塔板 ,则,提馏段单板高度,所以提馏段理论高度 ,设计提馏段填料层高度依据散装填料分段高度推荐值,将精馏段分为两段 ,每段高度为 4.65m.六、填料层压降的计算对散装填料压降的计算依据埃克托通用关联图来计算。1、精馏段压降的计算相关参数为g u由计算可得横坐标 :0.02479,纵坐标 :0.07094读图可知 ,所以精馏段的压降为482、提馏段压降的计算相关参数

12、为g u则得横坐标为 :0.04716、纵坐标为 0.04917则由埃克托通用关联图知:所以提馏段的压降为 :24七、筒体壁厚的计算筒体选用 20R 钢板制造 ,已知则查表得因为 20R 钢板最小厚度为6mm,所以名义厚度取 6mm.水压试验校核则知 0.9,所以水压试验强度足够。八、管径的计算管径的计算依据公式1、塔顶出气管径的计算已知 u 取 40则圆整为 182mm,即取无缝钢管 DN175mm2、塔顶回流管径计算已知 u 取 1则圆整为 38mm,即取 DN40 的无缝钢管。3、进料管径计算已知 u 取 1则圆整为 50mm,即取 DN50 的无缝钢管。4、塔釜出液管管径计算已知 u

13、取 1则圆整为 38mm,即取 DN40 的无缝钢管。九、液体分布器简要设计1、液体分布器选型本设计采用槽盘式液体分布器,它兼有集液和分液的功能,而且操作弹性大。2、布液点密度按照埃克托建议值 ,喷淋点密度取 150 点布液点数按照分布点几何均匀与流量均匀的原则 ,进行布点设计 ,设计结果为 :二级槽共设 5 道 ,两槽中心间距 135mm,槽宽度 67mm,槽高度为 170mm.布液点示意图如下由图可知实际布点数为61 个。3、布液计算依据公式 (1对塔顶和精馏段分段处的液体再分布,相关数据为 n=61g=9.81将上述数据代入公式 (1 得对进料处的液体再分布 ,相关数据为 n=61g=9

14、.81将上述数据代入公式 (1 得第三章 :结论一、设计感想进行了整整两周的化工原理课程设计我收获颇丰。总结如下:对化工设计有了比较深刻地认识,在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算 ,而对参数之间的相互关联缺乏认识。平常的学习总会有题设的条件 , 省去了我们很多劳动 ,但在设计中大量用到的物性数据是需要我们自己去查取的。设计中我学会了离开老师进行自主学习 ,参看了多本指导书 ,还查阅了一些图书馆的资料。这样的设计让我从中获得了一些自信 ,学会了一种研究的方法 ,将来学习或工作中遇到了什么困难或从未接触过的领域 ,我也不再感到畏惧。因为我已经学到了一定的自主研究的能力 ,我能通过自学慢慢地将问题化解。设计帮助我更好的熟悉了 word、CAD 的操作。平常天天用电脑上网