2精馏塔的物料衡算

1、重庆课程设计题目：r际CHOn塔塔设计1学院专业年级姓名学号完成时间成绩年7月62日化学化工学院制药工程班级刘晶平时成绩（20）张红晶图纸成绩（40）报告成绩（40）指导老师：1、设计简要设计任务及概述在抗生素类药物生产中，需要甲醇溶液洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶液，其组成为含甲醇50%、水50%（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，拟建一套填料精馏塔，对废甲醇进行精馏，得到含水量至0.3%（质量分数）的甲醇溶液。设计要求废甲醇溶液处理量为日产3吨，塔底废水中甲醇含量至0.5%（质量分数）。操作条件：（1）常压；（2）拉西环，填料规格。设计方案填料塔简介填料塔是提

2、供气-液、液-液系统相接触的设备。填料塔外壳一般是圆筒形，也可采用方形。材质有木材、轻金属或强化塑料等。填料塔的基本组成单元有：壳体（外壳可以是由金属（钢、合金或有色金属）、塑料、木材，或是以橡胶、塑料、砖为内层或衬里的复合材料制成。虽然通入内层的管口、支承和砖的机械安装尺寸并不是决定设备尺寸的主要因素，但仍需要足够重视;：填料（一节或多节，分布器和填料是填料塔性能的核心部分。为了正确选择合适的填料，要了解填料的操作性能，同时还要研究各种形式填料的形状差异对操作性能的影响）；：填料支承（填料支承可以由留有一定空隙的栅条组成，其作用是防止填料坠落；也可以通过专门的改进设计来引导气体和液体的流动。

3、塔的操作性能的好坏无疑会受填料支承的影响）;：液体分布器（液体分布的好坏是影响填料塔操作效率的重要因素。液体分布不良会降低填料的有效湿润面积，并促使液体形成沟流）；：中间支承和再分布器（液体通过填料或沿塔壁流下一定的高度需要重新进行分布）；：气液进出口。塔的结构和装配的各种机械形式会影响到它的设计并反映到塔的操作性能上，应该力求在最低压降的条件下，采用各种办法提高流体之间的接触效率并设法减少雾沫夹带或壁效应带来的效率损失。与此同时，塔的设计必须符合由生产过程和塔的结构形式所决定的经济性原则。填料精馏塔流程图2、设计所需基本数据本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。

4、表甲醇水溶液体系的平衡数据（KP3a液相中甲醇的含量（摩尔分数）0.05310.07670.09260.12570.13150.16740.18180.20830.23190.2818汽相中甲醇的含量（摩尔分数）0.28340.40010.43530.48310.54550.55850.57750.62730.64850.6775液相中甲醇的含量（摩尔分数）0.29090.33330.35130.46200.52920.59370.68490.77010.8741汽相中甲醇的含量（摩尔分数）0.68010.69180.73470.77560.79710.81830.84920.89620.91

5、94表2瓷拉西环的结构特性参数（乱堆）外径d/mm高X厚/mmXmm比表面积公/n?in-3空隙率/nPins个数丹/个*m_1堆积密月/kgn6.46.4X0-87890.73311000073788X1*55700+64146500075010WX1.54400707200007001515X23300.702500006901616X23050.731925007302525X2-5190678490005754040X4.512610.75127005775050X4.5930.81J60004578080X9.5760.681910714因为需要处理的常用废甲醇溶液中另含有少量的药物

6、固体微粒，为了便于清洗，所以采用乱堆填料表3甲醇的物理性质温度c汽化热密度热容表面张力粘度卡/克分子克/厘米3卡/克分子.C达因/厘米厘泊095140.825217.9624.500.7991093670.815118.5223.280.6772092130.804818.9322.070.5803090500.794319.3920.860.5034088800.783519.9019.670.4395087020.772520.4618.500.3876085160.761121.0917.330.3447083210.749421.7716.180.3078081160.737422.5

7、215.040.2779079030.724923.3313.910.25010076790.712024.2012.800.228表4水的物理性质温度/c密度kPa比热容c/kJkg-1K-J动力粘度u(uPa-s)表面张力/mN/m）汽化潜热r(kJ/kg)0999.94.212178875.612491.310999.74.191130574.142468.620998.24.183100472.672446.330995.74.174801.271.202423.740992.24.174653.269.632401.150988.14.174549.267.672378.160983

8、.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：克分子=1摩尔1卡=4.187焦耳1达因=10-5牛顿1厘泊=1毫帕秒3、设计计算计算之前进行对物性数据的查询，部分物性数据列于表1、表2、表3、表中，其它数据见参考资料与互联网上资源。4、物料衡算甲醇的摩尔质量水的摩尔质量:工艺物料计算M=32.04kg/kmol甲醇M=18.02kg/kmol水原料液中轻组分（甲醇）质量

9、分数为3=0.50，其摩尔分率F3/MF甲醇3/M+(1-3)/MF甲醇F水0.5032.040.5032.04+0.5018.02=0.3600塔顶轻组分（甲醇）质量分数为3d=%=0.997,其摩尔分率二0.99473/M0.997/32.04x=x=甲醇甲醇=D甲醇3/M+3/M0.997/32.04+0.003/18.02甲醇甲醇水水塔底轻组分（甲醇）质量分数为3D=3甲醇=0.005其摩尔分率0.00283/M0.005/32.04x=x=甲醇甲醇=W甲醇3/M+3/M0.005/32.04+0.995/18.02甲醇甲醇水水原料液的平均摩尔质量Mf=0.3600X32.04+(1-

10、0.3600)X18.02=23.067kg/kmol物料的衡算废甲醇溶液的处理量为日产3吨原料处理：F=3000/23.067/24=5.419Kmol/hF=D+WF*XF=D*XD+W*XW把已知数据带入上式，得5.419=D+W5.419*0.3600=D*0.9947+W*0.0028解得:D=1.951kmol/hW=3.468kmol/h5、热量衡算求相对挥发度LogPo=AB（t+C）查表得ABC甲醇7.878631473.1111230.0水8.107651750.286235.0当P=101.325KPa（常压P=760mmHg）时水的沸点为99.87C，甲醇的沸点为64.

11、75C。logP0=7.87863-甲醇1473.1164.75+230.02.881P0=760.3KP甲醇alogP0=8.10765-水1750.28664.75+235.02.268P=185.4mmHgP0顶=甲醇=41P0水同理可求的底=3.4=顶+底=41+3d=3.7525.2回流比平衡线方程为：y=a*x3.75*x1+(a-1)*x1,2.75x泡点进料q=1,=xF二0.3600375*.3620.67842.75*0.3600最小回流比.minRmin1,Rminxy_Dex-xDeO9947一06784二0.49830.9947-0.3600R=0.9932此处操作回

12、流比取最小回流比的倍minR22R21.986min5.3精馏塔的气液相负荷精馏段L2RDV2(R,1)D提馏段L2L+qFV=L-W操作线方程精馏段操作线方程为：yn,1RX*x+D-1,RnR,1=0.665x+0.333n提馏段操作线方程为：y=RD+qF*xF-Dx=1.595x-0.0017n,1(R+1)D-(1-q)Fn(R+1)D-(1-q)Fwn5.5平衡线方程*x3.75xy=y21+(-1)*x1,2.75x5.6采用逐板计算法求理论塔板数且LRD1.986x1.935=3.843kmolh03.75x平衡线方程：y1+2.75x式TOC o 1-5 h z操作线方程：精

13、馏段y0.665x+0.333式n+1n精馏段y1.595x-0.0017式n+1n泡点进料q=1,x=x0.3600qF解析过程如下：I第一块塔板上升蒸汽组成：y1=XD=0.9947从第一块塔板上下降的液体组成由式求取=站戸=0-98041II由式得：y2=0.665X0.9804+0.333=0.9850由式得：x2=0.9460同理可求得：y3=0.9621x3=0.8713y4=0.9124x4=0.7353y5=0.8220 x5=0.5519y6=0.7000 x6=0.3836y7=0.5881x7=0.2758x70.3600第8块板上升的气相组成由式计算:y8=1.595X

14、0.27580.0y9=0.2730 x9=0.0910y11=0.0664x11=0.01867=0.4x83=08.127228y10=0.1434x10=0.0427y12=0.0280 x12=0.0076y0.0104x0.002798符合要求塔径圆整为400mm0.114u2p1.3234501x22在设计气速下圧LI0.2=gpl9.8797.18L在埃克特实验曲线中，纵坐标为0.114,横坐标为0.0256的点落在每米填料P1KPa的等压线上,即此时每米填料层压降为1Kpa。整个填料塔压降口Plx7.187.18KPa6.1.5验算液体喷淋密度U(L)aminwmin因为填料直

15、径，75mm,所以(L)=0.08m3/(m-h)wminU(L)a0.08x190=15.2m/h=0.00422m/sminwmin精馏段液相流量L3.843kmol/h=0.00107kmols，近似当作纯甲醇处理,0.00107x32.04则实际喷淋密度u0.00465m/s736.53*D24提馏段液相流量L9.262kmol/h=0.00257kmols，近似当做纯水处理，则实际喷淋密度0.00483m/s0.00257x18.02U958.4*D24实际喷淋密度均大于最小喷淋密度，故以上选择符合条件。塔高的计算HH+Z+（n-1）H+Hdfb式中：H-塔顶空间高度（不包括封头），

16、一般取11.5mdHf-液体再分布器的空间高度（不包括封头），mH-塔底空间咼度（不包括封头），一般取1015min的持液量，mbn-填料分层数取H1.2md，H取10min的持液量，b则V0.mxo5x7sx/s100.kmg)0H0k=1m8o.l0m20/.295k8g3.m4/b24计算得：塔的总高度H1.2+7.18+0.238.61m6.3塔主要附属构件结构尺寸计算设计液体分布器槽式液体分布器具有较大的操作弹性和好的抗污堵性，具有优良的分布性能，应用广泛，故选用槽式液体分布器。喷淋点密度选择60点/m2。6.3.2支承板由于填料层高度较高，需分层，但不需液体再分布器。选用升气管式支

17、承板，需要两块。6.3.3除沫器选用丝网除沫器。主要辅助设备的计算及选型7.1换热器此精馏工艺中一共用到四个换热器，分别为塔顶冷凝器、塔底再沸器、原料预热器以及塔底产品冷却器。7.1.1塔顶冷凝器将塔顶蒸汽当作纯甲醇近似处理，查得甲醇的汽化热虻1109kJ呢,Q二5.778kmol/hx32.04kg/kmolx1109kJ/kg=2.053x105kJ/h采用C的循环冷却水冷凝塔顶蒸汽，设出口水温为C。,T(,T,T)/ln(,T/,T)m1212,T64.755014.75C,T=64.7525=39.75C12,T1475一397525.22mln(14.75/39.75)选择传热系数K1000W/(m2K)传热面积AQ/(K,T)8.14m2,取安全系数为，则实际换热面积mA8.14/0.810.175m2，选择固定管板式换热器，换热器型号可选用G325IV1.611.8。其具体参数如下G325IV-1.6-11.8管程数4公称直径325mm换热管长度30