制藥化工原理課程設計--廢丙酮溶媒回收過程填料精餾塔設計

1、<p>　　《化工原理》課程設計</p><p>　　設計題目：廢丙酮溶媒回收過程填料精餾塔設計</p><p>　　學 院： 藥 學 院 </p><p>　　班 級： 制藥工程 101 </p><p>　　指導教師：

2、 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　成 績：__________________________</p><p>　　《化工原理》課程設計任務書</p><p><b>　　一、設計題目</b></p><p>　　廢丙

3、酮溶媒回收過程填料精餾塔設計</p><p>　　本設計項目是根據(jù)生產(chǎn)實際情況提出的</p><p><b>　　二、設計任務及條件</b></p><p><b>　　1、原料液組成</b></p><p><b>　　2、分離要求</b></p><p&

4、gt;　　產(chǎn)品中水分含量≤0.2%（質量%）,殘液中丙酮含量≤0.5%（質量%）</p><p><b>　　3、處理能力</b></p><p>　　廢丙酮溶媒處理量___________噸/天（每天按24小時計）</p><p><b>　　4、設計條件</b></p><p><b>

5、;　　操作方式：連續(xù)精餾</b></p><p><b>　　操作壓力：常壓</b></p><p>　　進料狀態(tài)：飽和液體進料</p><p>　　回流比：根據(jù)設計經(jīng)驗自行確定</p><p>　　塔填料：金屬環(huán)聚鞍填料，填料規(guī)格自選</p><p><b>　　塔頂冷凝器

6、：全凝器</b></p><p><b>　　三、設計計算內容</b></p><p><b>　　1、物料衡算</b></p><p><b>　　2、填料精餾塔計算</b></p><p>　?、挪僮鳁l件的確定 ⑵塔徑的確定 ⑶填料層高

7、度的確定</p><p>　?、忍盍蠈訅航档挠嬎?⑸液體分布器設計計算 ⑹接管管徑的計算</p><p>　　3、冷凝器和再沸器的計算與選型</p><p>　　4、填料精餾塔設計圖</p><p>　　5、廢丙酮溶媒回收過程工藝流程圖</p><p><b>　　目 錄</b></

8、p><p><b>　　一、前言</b></p><p>　　1、課題的來源及背景……………………………………………………………………………1</p><p>　　2、課題的意義……………………………………………………………………………………1</p><p>　　3、精餾塔的選擇依據(jù)……………………………………………………

9、………………………2</p><p>　　3.1、選擇填料塔的依據(jù)…………………………………………………………………………2</p><p>　　3.2、選擇金屬環(huán)矩鞍填料的依據(jù)………………………………………………………………2</p><p>　　二、工藝設計要求……………………………………………………………………………3</p><p>

10、<b>　　工藝過程設計計算</b></p><p>　　1、物料衡算………………………………………………………………………………………4</p><p>　　2、填料精餾塔計算………………………………………………………………………………5</p><p>　　3、冷凝器與再沸器計算與選型…………………………………………………………………15&

11、lt;/p><p>　　四、問題討論…………………………………………………………………………………17</p><p>　　五、生產(chǎn)工藝流程圖…………………………………………………………………………18</p><p>　　六、填料精餾塔設計條件圖………………………………………………………………19</p><p>　　七、液體分布器圖……………

12、………………………………………………………………20</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………………………………21 </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　

13、一、課題的來源及背景</p><p>　　廢丙酮溶媒來自于抗生素類藥物“鹽酸四環(huán)素”的生產(chǎn)過程。</p><p><b>　　二、課題的意義</b></p><p>　　三、精餾塔的選擇依據(jù)</p><p>　　1、選擇填料塔的依據(jù)</p><p>　　塔設備按其結構形式基本上可以分為兩類：板式塔

14、和填料塔。板式塔為逐板接觸式汽液傳質設備，它具有結構簡單、安裝方便、壓降低，操作彈性大，持液量小等優(yōu)點。同時也有投資費用較高，填料易堵塞等缺點。本設計目的是分離丙酮-水混合液，采用篩板式精餾塔。</p><p>　　2、選擇金屬環(huán)矩鞍填料的依據(jù)</p><p>　　塔填料是填料塔中氣液接觸的基本構件，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計的重要環(huán)節(jié)。&l

15、t;/p><p>　　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。這次設計使用的是金屬環(huán)矩鞍填料。</p><p><b>　　工藝設計要求</b></p><p><b>　　1、進料要求</b><

16、;/p><p>　　進料采用飽和液體進料，廢丙酮溶媒的處理量為每天14.5噸（每天按24小時計）。其中原料液的組成為：</p><p><b>　　2、分離要求</b></p><p>　　產(chǎn)品中水分含量≤0.2%（質量%）</p><p>　　殘液中丙酮含量≤0.5%（質量%）</p><p>　　

17、3、塔頂冷凝器設計要求</p><p>　　冷凝器采用冷卻水作為冷流體，冷卻水進口溫度25℃，冷卻水溫升8~10℃，總傳熱系數(shù)600W/( m2·℃)</p><p>　　4、塔釜再沸器設計要求</p><p>　　再沸器采用0.3 M Pa的飽和水蒸氣為加熱介質來使塔釜釜液汽化，同時蒸汽冷凝放出汽化熱，總傳熱系數(shù)400W/( m2·℃)，熱損失

18、為20%~30%</p><p>　　5、液體分布器設計要求</p><p>　　要求選用管式液體分布器，孔流速計算的系數(shù)為0.6，再分布器設計同液體分布器設計要求相同。</p><p>　　6、接管管徑設計要求</p><p>　　要求氣速流量控制在10~15 m/s，液體流量控制在0.5~1.0 m/s，計算完管徑后要圓整為標準管。<

19、;/p><p><b>　　工藝過程設計計算</b></p><p><b>　　一、物料衡算</b></p><p>　　1、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率</p><p><b>　　丙酮的摩爾質量</b></p><p><b>　　水的摩

20、爾質量 </b></p><p><b>　　出料液組成</b></p><p><b>　　原料液組成</b></p><p><b>　　釜液組成 </b></p><p><b>　　2、物料衡算</b></p>&

21、lt;p>　　廢丙酮溶媒的處理量為14.5噸/天（每天按24小時計）</p><p><b>　　原料液流量</b></p><p><b>　　總物料衡算,</b></p><p><b>　　聯(lián)立解得,</b></p><p><b>　　物料衡算表<

22、/b></p><p><b>　　二、填料精餾塔計算</b></p><p><b>　　1、操作壓力</b></p><p>　　查表得丙酮常壓下(101.33kPa)沸點為56.2℃，故可采用常壓操作。</p><p>　　2、塔頂、進料口、塔釜溫度的計算（試差法）</p>

23、<p>　　根據(jù)安托尼方程 ，式中 —飽和蒸汽壓，；—溫度，</p><p><b>　　其中安托尼常數(shù)</b></p><p>　　丙酮 A=16.6513 B=2940.46 C=35.93</p><p>　　水 A=18.3036 B=3816.44 C

24、=46.13</p><p><b>　　假設</b></p><p><b>　　，即</b></p><p><b>　　由，可得 ，同理</b></p><p>　　因為，所以假設不成立</p><p>　　可用Excel輔助計算，直至當T=330

25、.356K時，</p><p>　　，所以塔頂溫度為330.356K</p><p>　　同理可得進料口溫度為360.866K，塔底溫度為373.133K</p><p><b>　　綜上所述</b></p><p><b>　　3、塔板數(shù)計算</b></p><p>　　常

26、壓下丙酮—水氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　由上表常壓下丙酮—水氣液平衡數(shù)據(jù)可繪制圖</p><p>　　在上取點，即，過該點作丙酮—水氣液平衡曲線的切線，切點為,即</p><p>　　由最小回流比公式,得</p><p>　　經(jīng)小組商量，取最小回流比</p><p>　　取回流比系數(shù)為1.2，則操作回流比<

27、/p><p><b>　　精餾段操作線:</b></p><p>　　由方程可知，過點和點作直線,即精餾段操作線。</p><p>　　q線:進料為飽和液體，q=1，作過點且垂直x軸的直線。</p><p>　　提餾段操作線：精餾段操作線與q線交于點，連接點,</p><p>　　即與點,此線即為提餾

28、段操作線。</p><p><b>　　其方程為：</b></p><p><b>　　如下圖</b></p><p>　　在Excel上將上圖放大N倍后,由作圖法可得：</p><p>　　精餾段塔板數(shù) 28 塊</p><p>　　加料板為第 29 塊</p&

29、gt;<p>　　提餾段塔板數(shù) 2 塊</p><p>　　再沸器為第 32 塊</p><p>　　總 板 數(shù) 32 塊（含再廢器）</p><p>　　4、氣液相負荷V、V'、L、L'</p><p><b>　　泡點液體進料：</b></p><p

30、><b>　　5、塔徑的計算</b></p><p><b>　　塔頂?shù)奈镄詤?shù)：</b></p><p><b>　　溫度:</b></p><p>　　氣相流量： 氣相組成：</p><p>　　液相流量： 液相組成：</p><p&g

31、t;<b>　　氣相平均摩爾質量：</b></p><p><b>　　液相平均摩爾質量：</b></p><p><b>　　塔頂壓強：</b></p><p>　　取每層塔板,則進料板壓強</p><p><b>　　所以</b></p>

32、<p><b>　　同理可求：</b></p><p><b>　　進料板：</b></p><p><b>　　塔 底：</b></p><p><b>　　精餾段：氣相密度：</b></p><p><b>　　液相密度：<

33、;/b></p><p>　　同理提餾段：氣相密度： 液相密度：</p><p>　　對于散裝填料，可采用?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算泛點氣速和塔徑D</p><p>　　其泛點率的經(jīng)驗值為：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　查圖得：,,,,&l

34、t;/b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　帶入縱坐標可得：</b></p><p><b>　　取泛點率,即</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b

35、>　　同理：提餾段</b></p><p><b>　　圓整后塔徑為：</b></p><p>　　圓整后空塔氣速核算：</p><p>　　精餾段：,系數(shù),成立</p><p>　　提餾段：,系數(shù),成立</p><p>　　綜上所述，塔徑為0.45m</p>&l

36、t;p>　　6、塔高的計算（等板高度法）</p><p>　　填料層的設計高度一般為,取</p><p><b>　　精餾段填料層高度：</b></p><p><b>　　提餾段填料層高度：</b></p><p>　　設計取精餾段填料層高度為16.2m，提餾段填料層高度為1.2m。<

37、/p><p><b>　　對于金屬環(huán)矩鞍取,</b></p><p><b>　　精餾段需要分段</b></p><p>　　所以精餾段分為5層，每層高度為3.24m,提餾段不用分層</p><p>　　7、填料層壓力降的計算</p><p>　　散裝填料的壓力降值可由?？颂赝ㄓ?/p>

38、關聯(lián)圖計算。計算時，先根據(jù)氣液負荷及有關物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標和縱坐標，通過作圖得出交點，讀出過交點的等壓線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值。</p><p><b>　　精餾段:</b></p><p><b>　　橫坐標：</b></p><p><b>　　所以</b></p><

39、p><b>　　縱坐標：</b></p><p>　　由埃克特通用關聯(lián)圖可得：</p><p><b>　　同理求得提餾段：</b></p><p><b>　　所以，總壓降為</b></p><p>　　8、液體分布器的計算</p><p>　　

40、8.1液體分布器的選型</p><p><b>　　管式液體分布器</b></p><p>　　8.2主管、支管管徑的確定</p><p>　　分布點密度在220～260 點/㎡塔截面范圍內選取,經(jīng)小組討論,分布點密度取240 點/㎡塔截面,進行布點設計。設計結果：主管為,支管為，采用6根支管，支管中心距離為70mm，理論分布點數(shù),按分布點幾何

41、均勻與流量均勻的原則，進行布點設計,實際設計點數(shù)為42。</p><p><b>　　8.3孔流速計算</b></p><p><b>　　孔流系數(shù)：取</b></p><p>　　開孔上方的液位高度：，取</p><p><b>　　所以</b></p><

42、;p><b>　　8.4布液計算</b></p><p><b>　　取，</b></p><p><b>　　9、液體再分布器</b></p><p>　　由于精餾塔的直徑小于0.6m，故選用截錐式再分布器。</p><p>　　10、接管管徑的計算</p>

43、<p>　　氣體流速：，液體流速：,設計中取，</p><p>　　10.1進料管管徑的計算</p><p><b>　　，</b></p><p>　　圓整到,取DN20，則，符合要求</p><p><b>　　10.2進氣管管徑</b></p><p>　

44、　圓整到，取DN125，則，符合要求</p><p><b>　　10.3出氣管管徑</b></p><p>　　圓整到，取DN150，則，符合要求</p><p><b>　　10.4回流管管徑</b></p><p>　　圓整到，取DN32，則，符合要求</p><p>

45、<b>　　10.5出液管管徑</b></p><p>　　圓整到，取DN25，則，符合要求</p><p>　　10.6接管管徑計算的結果</p><p>　　三、冷凝器和再沸器的計算和選型</p><p><b>　　1、冷凝器</b></p><p>　　采用冷卻水作為

46、冷流體，冷卻水進口溫度25℃，冷卻水升溫升8~10℃，總傳熱系數(shù)600W/（m2℃）,取水溫升10℃</p><p>　　1.1傳熱面積的計算</p><p><b>　　查表(得：℃時</b></p><p><b>　　熱負荷：</b></p><p>　　T 57.36℃ 5

47、7.36℃</p><p>　　t 25℃ 35℃</p><p>　　32.36℃ 22.36℃ </p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　因為 ,所以 </b></p><p&

48、gt;　　查列管式固定管板熱交換器基本參數(shù),選G400I-16-16</p><p><b>　　總傳熱系數(shù)核算:</b></p><p>　　1.2冷卻水用量的計算：,</p><p><b>　　查表得水在時的比熱</b></p><p><b>　　所以冷卻水用量：</b>

49、;</p><p><b>　　綜上所述：</b></p><p><b>　　2、再沸器</b></p><p>　　采用0.3MP的飽和水蒸汽為加熱介質來使塔釜釜液汽化，同時蒸汽冷凝放出汽化熱，總傳熱系數(shù):，熱損失為。</p><p><b>　　查表得:℃時，</b>&l

50、t;/p><p><b>　　查表得：時，,</b></p><p><b>　　釜液汽化潛熱為：</b></p><p><b>　　熱負荷：</b></p><p><b>　　因為,所以</b></p><p><b>

51、　　取,換熱面積為</b></p><p><b>　　總傳熱系數(shù)核算:</b></p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　蒸汽用量：</b></p><p>　　取熱損失25％,則</p><p><b&g

52、t;　　小組討論</b></p><p><b>　　經(jīng)小組討論：</b></p><p>　　本次設計，去R=2一組。由于物料恒算數(shù)值一致，最小回流比大致相同，有各自回流系數(shù)，提餾方程也不同，致使理論塔板數(shù)也有所不同，塔徑原整后有所偏差。冷凝器、再沸器選型大致相同，各段管徑也基本相差不多。</p><p><b>　　參