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1、制药工程原理课程设计报告（制药工程学院）设 计 题 目： 苯-甲苯混合液筛板精馏塔设计专 业 班级： 指 导 教师： 学 生 姓名： 设 计 地 点： 设 计 日 期： 制药工程原理课程设计任务书一、设计题目苯-甲苯混合液筛板精馏塔设计二、设计任务及操作条件1. 年处理量：4419 kg/h2. 料液初温：253. 料液浓度：45%（苯的质量分数）4. 塔顶产品浓度：98.5% 5. 塔底釜液含甲苯量不低于98%（以质量计）6. 每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修）7. 精馏塔塔顶压强：4KPa（表压）8. 冷却水温度：259. 饱和水蒸汽压力：2.5kgf/cm2（表压）(1kg
2、f/cm2=98.066KPa)10. 设备形式：筛板（浮阀）塔11. 进料热状况 泡点进料，q=1；12. 回流比 2.06613. 单板压降 0.7kPa14. 厂址：贵州地区三、设计内容及要求1. 设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。2. 设计计算过程： 工艺计算及主体设备的设计计算。包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、主体设备结构和工艺尺寸的设计计算、塔板流体力学验算等。 辅助设备的选型计算。通过计算选定典型辅助设备的规格型号（选做）。3. 图纸： 工艺流程图草图。 主体设备工艺条件图。4. 设计结果汇总。5. 设计结果评述。6. 参考文献。目 录设
3、计任务书前言11.设计方案简介21.1 工艺流程简介21.2 操作条件21.3 主要设备简介22.工艺流程草图及说明23.工艺计算及主体设备设计23.1工艺计算23.2.物料衡算33.3 塔板数计算33.3.1 作图法求Rmin33.3.2 操作线方程43.4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算53.4.1 操作压力计算53.4.2操作温度计算53.4.3 平均摩尔质量计算83.4.4 平均密度计算83.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算103.5.1塔径的计算103.5.2有效高度的计算123.5.3 塔板的布置123.5.4 溢流堰的计算143.6 筛板的流体力学验算163.6.1 精馏段16
4、3.6.2 提馏段183.7 塔板负荷性能图(精馏段)203.7.1 漏液线203.7.2 液沫夹带线203.7.3 液相负荷下限线213.7.4 液相负荷上限线223.7.5 液泛线223.8 塔板负荷性能图(提馏段)233.8.1 漏液线233.8.2 液沫夹带线243.8.3 液相负荷下限线253.8.4 液相负荷上限线253.8.5 液泛线254. 辅助设备的计算及选型274.1 塔顶冷凝器274.2 再沸器284.2.1 蒸馏釜热负荷QB284.2.2 接管284.2.3 进料管284.2.4 回流管294.2.5 塔釜出料管294.2.6 塔顶蒸汽出料管294.2.7 塔釜蒸汽进口
5、管294.2.8 法兰304.3 筒体与封头304.3.1 筒体壁厚304.3.2 封头(椭圆形封头)314.4 除沫器314.5 裙座324.6 人孔324.7 塔总体高度的设计325. 设计结果概要326.本设计方案的评价及总结33参考文献34致谢34附图III前 言通过两个学期对制药工程原理的理论课学习，同学们或多或少了解了一些化工单元操作在制药领域的应用，但只有理论知识是远远不够的。更多的是要求工科的学生形成一种思维模式，提高动手能力，把理论和实践充分结合起来，最终达到学习致用的目的。制药工程原理课程设计是制药工程原理课程的一个总结性教学环节，是培养学生工程设计能力的一次基本训练，它要
6、求学生按照课程设计任务书的要求，完成一项制药工程设备的设计工作，通过设计使学生掌握制药工程设计的基本程序和方法，同时在以下几个方面得到训练、培养和提高：1. 综合应用制药工程原理课程及有关先修课程的基本知识去分析和解决实际问题的能力。2. 查阅技术资料、选用计算方法、计算公式和收集数据的能力。3. 树立正确的设计思想，懂得工程设计应兼顾技术上的先进性、经济上的合理性和操作上的安全可靠性。4. 用层次清楚的计算，辅以必要而简洁的文字说明和清析的图表来表达设计结果的能力。5. 工程制图的能力。这次课程设计任务重，内容多，需要的不仅仅是坦然面对，而更多的还有专心与细致。第35页1.设计方案简介1.1
7、 工艺流程简介本设计方案采用了筛板精馏塔对苯-甲苯混合物进行分离，其中主要涉及的设备有预热和加热装置、回流装置、冷凝装置、以及一系列的控制装置，传感器、筛孔塔板等。1.2 操作条件操作压力：4kPa；进料热状况：泡点进料，q=1；单板压降：0.7kPa；加热方式：间接蒸汽加热，加热蒸汽的绝对压力P=264.6kPa回流状态：泡点回流，即y1=xD；R=2.066操作温度：80摄氏度以上的高温。1.3 主要设备简介本着简洁、高效、易于操作的原则，本设计方案选择了板式精馏塔。其中本方案中的筛板精馏塔与填料塔相比，因具有接触面积大、生产能力大、操作弹性大、效率高等特点而被最终采用。2.工艺流程草图及
8、说明草图见附图1。说明：苯-甲苯混合料液经过原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后，送至贮槽，塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。3.工艺计算及主体设备设计3.1工艺计算1. 原料液处理量：4419kg/h；2. 原料液组成：0.45(苯质量分数)；3. 塔板形式：筛孔塔板；4. 操作压力：4kPa(塔顶产品出料管表压)；4kPa（塔底再沸器釜液出料管表压）；4kPa（进料管表压）5. 进料热状况：泡点进料，q=1；6. 单板压降：0.7kPa：7. 建厂地址：贵州地区，如贵阳，大气压P=101.325
9、kPa；8. 加热方式：间接蒸汽加热，加热蒸汽的绝对压力P=264.6 kPa；9. 回流状态：泡点回流，即y1=xD；10. 塔顶馏出液组成(质量分数)：0.985；11. 塔底釜液组成(质量分数)：0.02；12. 苯的相对分子量：MA=78.11kg/kmol，甲苯的相对分子量：MB=92.13kg/kmol3.2.物料衡算已知xF(m)=0.45，xD(m)=0.985，xW(m)0.02,Fm= 4419 kg/hxF=0.4578.110.4578.11+0.5592.13=0.491xD=0.98578.110.98578.11+0.01592.13=0.987xW=0.0278
10、.110.0278.11+0.9892.13=0.0235原料中 MF=78.110.491+92.131-0.491=85.24 kg/kmol塔顶产品MD=78.110.987+92.131-0.0.987=78.29 kg/kmol塔釜产品MW=78.110.0235+92.131-0.0235=91.88 kg/kmol F=FmMF=441985.24=51.84 kmol/hF.xF=D.xD+w.xWF=D+w1D=25.31 kmol/h，w=26.53 kmol/h3.3 塔板数计算3.3.1作图法求Rminq线方程为：q=1即x=xF作图得出p点坐标为xP=0.491，yP
11、=0.735Rmin=xD-ypyp-xp2Rmin=0.987-0.7350.735-0.491=1.033由于苯-甲苯物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。操作回流比R=2Rmin=21.033=2.0663.3.2操作线方程a.精馏段操作线方程即 yn=2.0662.066+1xn-1+xD2.066+1yn=0.674xn-1+0.322b.提馏段操作线方程其中，即R=2.066+10.491-0.02350.987-0.491=2.926yn+1=2.926+12.926xn-0.02352.926yn+1=1.342xn-0.006在苯-甲苯溶液的y-x
12、图上作出操作线，见附图2。3.3.3理论塔板数求取从D点开始在平衡曲线与精馏短操作线之间绘直角梯级，第八个梯级的水平线跨过f点，此后，在提馏段操作线与平衡曲线之间作梯级，直到第十六级水平线与平衡曲线交点的x值小于xw为止，共有16个梯级，即总理论塔板数为16，精馏段理论数为7，第八块理论板为进料板，从进料板开始为提馏段，其理论塔板数为8(包括再沸器)。3.3.4实际塔板数求取xF=0.491，查苯-甲苯气液平衡组成与温度关系图得tF=92.13由tF=92.13,查液体粘度共线图得A=0.279mPa.S,B=0.286mPa.S进料液体平均粘度为L=0.2790.491+0.286(10.4
13、91) =0.283 mPa.S由L =0.283 mPa.S，查精馏塔全塔效率关联图得ET=54%已知ET=NT/N实精馏短实际板层数 N精=6/54%=11.1111提馏段实际板层数N提=8/54%=14.8115总实际板层数N精+N提=263.4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算3.4.1操作压力计算塔顶操作压力 PD=101.3+4=105.3kPa取单板压降 P=0.7 kPa进料板压力PF=105.3+0.711=113 kPa可得精馏段平均压力Pm=( PD+ PF)/2=( 105.3+ 113)/2=109.2 kPa塔釜压力Pw=113+0.715=123.5 kPa可
14、得提馏段平均压力Pm=( Pw+ PF)/2=( 123.5+ 113)/2=118.25 kPa3.4.2操作温度计算a.塔顶温度tD已知xD=0.987假设t=81，由安托因公式其中 苯： A=6.03055，B=1211.033,C=220.79 甲苯：A=6.07954，B=1344.8,C=219.482得PA0=104.164kPa得故假设温度较小假设t=82，则得PA0=107.391kPa得PB0=41.582kPa故假设温度较大假设t=81.6，则lgPA0=6.03055-1211.03381.6+220.79得PA0=106.170kPalgPB0=6.03055-1344.881.6+2
