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1、化工原理 课程设计报告废丙酮溶媒回收过程填料精馏塔设计学院 专业 班级 学号 姓名 指导教师 天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告1目目 录录 一、课题的来源及意义一、课题的来源及意义1.1 课题的来源 21.2 课题的意义 21.3 方法的依据 2二、工艺设计要求二、工艺设计要求 3 三、工艺过程设计计算三、工艺过程设计计算 3.1 物料衡算 33.2 精馏塔设计计算3.2.1 操作条件的确定43.2.2 塔径计算113.2.3 填料层高度计算 163.2.4 填料层压降计算 183.2.5 液体分布器计算 183.2.6 接管管径计算 193.3 冷凝器与再沸器计算与选型3.3
2、.1 冷凝器的计算与选型 203.3.2 再沸器的计算与选型 21四、问题讨论四、问题讨论 23五、生产工艺流程简图（附图）五、生产工艺流程简图（附图）27六、填料精馏塔设计条件图（附图）六、填料精馏塔设计条件图（附图）28天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告2一、课题的来源及意义一、课题的来源及意义1.1 课题的来源课题的来源废丙酮溶媒来自于抗生素类药物“盐酸四环素”的生产过程。原料发酵四环素碱溶解、洗涤丁醇结晶、过滤晶体溶解、洗 涤丙酮结晶、过 滤母液 废丁醇溶媒晶体 盐酸四环素母液 废丙酮溶媒1.2 课题的意义：课题的意义：1）回收废丙酮溶媒母液中的丙酮循环利用可以降低生产成
3、本，具有很高的经济效益。2）回收废丙酮溶媒可以减少环境污染，具有一定的社会效益。1.3方法的选择：方法的选择：水 25丙酮溶媒丙酮 99.8水 0.2精制丙酮 75 废丙酮 溶媒丙酮和水二元物系，在常压下水的沸点100，丙酮沸点56.2，其沸点相差43.8。由于沸点相差较大，故可以选用精馏操作。为了提高生产能力，降低操作费用，宜选用连续精馏的操作方式。精馏塔可以分为板式塔和填料塔。与板式塔相比，填料塔具有如下特点：1)生产能力大；2)分离效率高；3)压力降小；4)持液量小；5)操作弹性大。故选用填料塔进行分离。丙酮水物系分离的难易程度适中，气液负荷适中，设计中选用金属环矩鞍填料。丙酮在常压下的
4、沸点为 56.2，故可采用常压操作，用 30的循环水进行冷凝。塔顶蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流，一部分经产品冷却器冷凝后送至储槽。塔釜选用再沸器进行间接加热。综上，此任务选择在填料塔中进行，采用常压连续精馏的方法完成。回收丙酮的流程是：天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告3二、工艺设计要求二、工艺设计要求2.1 原料液组成：原料液组成：组分组成（质量%）丙酮75水252.2 分离要求：分离要求：产品中水分含量 0.2% （质量）釜残液中丙酮含量 0.5%2.3 处理能力处理能力：废丙酮溶媒处理量 14 吨 / 天（每天按 24 小时计） 。2.4 设计条件设计条件：
5、操作方式：连续精馏。操作压力：常压。进料状态：饱和液体进料。回流比：根据设计经验自己确定。塔填料：金属环矩鞍填料，填料规格自选。三、工艺过程设计计算3.1 物料衡算物料衡算丙酮 MA58.03kg/kmol水 MB18.02kg/kmol1、摩尔分率的计算（计算丙酮的含量）：xF 0.482102.18/25. 003.58/75. 003.58/75. 0xD 0.993502.18/002. 003.58/998. 003.58/998. 0xW 0.001602.18/995. 003.58/005. 003.58/005. 02、平均摩尔质量的计算：MF0.482158.03(10.4
6、821)18.0237.32kg/kmol天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告4MD0.993558.03(10.9935)18.0257.77kg/kmolMW0.001658.03(10.0016)18.0218.08kg/kmol3、物料衡算：废丙酮溶媒日处理量为 14 吨（按每天 24 小时计算）原料处理量 =1400024 37.32= 15.63kmol/h总物料衡算 FDW 即 15.63DW丙酮物料衡算 FxFDxDWxW 即 15.630.4821D0.9935W0.0016联立方程求解，得D7.566kmol/hW8.064kmol/h将摩尔流量转换为质量流量F
7、MF 15.6337.32583.312kg/hDMD 7.56657.77437.088kg/hWMW 8.06418.08145.797kg/h将物料衡算结果列于表 1：表 1 物料平衡表流量质量分数摩尔分数 流股 kg/hkmol/h丙酮水丙酮水F583.31215.630.750.250.48210.5179D437.0887.5660.9980.0020.99350.0065W145.7978.0640.0050.9950.00160.99843.2 精馏塔设计计算精馏塔设计计算3.2.1 操作条件的确定1、塔顶温度确定已知塔顶压力 P760mmHg，yA0.9935，yB0.006
8、51）假设塔顶温度 t57.0 即 T330.15K查表，得到丙酮和水的 Antoine 常数天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告5表 2 丙酮和水的 Antoine 常数ABC丙酮16.65132940.4635.93水18.30363816.4446.13根据 Antoine 方程：求饱和蒸气压，并确定塔顶液相摩尔分数CTBApi0ln丙酮 = = 16.6513 2940.46330.15 35.93= 6.65721p0A778.379mmHg=0 =778.379760= 1.02418=0.99351.24018= 0.97004水 = = 18.3036 3816.4
9、4330.15 46.13= 4.86638p0B129.850mmHg=0 =129.850760= 0.17085=0.00650.17085= 0.03804 =|1 -|=|1 - 0.97004 - 0.03804|= 0.00808 0.0005不符合精度要求，需要调整假设的温度。2) 假设塔顶温度 t57.1 即 T330.25K根据 Antoine 方程：求饱和蒸气压，并确定塔顶液相摩尔分数CTBApi0ln丙酮 = = 16.6513 -2940.46330.25 - 35.93= 6.66061p0A781.027mmHg= =781.027760= 1.02767=0.9
10、9351.02767= 0.96675天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告6水 = = 18.3036 -3816.44330.25 - 46.13= 4.87111p0B130.465mmHg= =130.465760= 0.17167=0.00650.17494= 0.03786 =|1 |=|1 - 0.96675 - 0.03786|= 0.00431 0.0005不符合精度要求，需要调整假设的温度。3) 假设塔顶温度 t57.2 即 T330.35K根据 Antoine 方程：求饱和蒸气压，并确定塔顶液相摩尔分数CTBApi0ln丙酮 = = 16.6513 -2940.
11、46330.35 - 35.93= 6.66400p0A783.682mmHg= =783.682760= 1.03116=0.99351.03116= 0.96348水 = = 18.3036 3816.44330.35 - 46.13= 4.87583p0B131.083mmHg= =131.083760= 0.17248=0.00650.17248= 0.03769 =|1 |=|1 - 0.96348 - 0.03769|= 0.00117 0.0005不符合精度要求，需要调整假设的温度。4) 假设塔顶温度 t57.23 即 T330.38K根据 Antoine 方程：求饱和蒸气压，并
12、确定塔顶液相摩尔分数CTBApi0ln天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告7丙酮 = = 16.6513 2940.46330.38 - 35.93= 6.66502p0A784.480mmHg= =784.480760= 1.03221=0.99351.03221= 0.96250水 = = 18.3036 3816.44330.38 - 46.13= 4.87725p0B131.269mmHg= =131.269760= 0.17272=0.00650.17272= 0.03763 =|1 |=|1 0.96250 0.03763|= 0.00013 0.0005不符合精度要求，需要调整假设的温度。2) 假设进料温度 t72.8 即 T345.95K根据 Antoine 方程：求饱和蒸气压，并确定进料气相的摩尔分数CTBApi0ln丙酮 = = 16.6513 2940.46345.95 35.93= 7.16656p0A1295.381mmHg= =1295.381760= 1.70445yAKAxA1.704450.48210.82171水 = = 18.3036 3816.44345.95 - 46.13= 5.57450p0B263.61
