《 化 工 原 理》课 程 设 计设计题目：废丙酮溶媒回收过程填料精馏塔设计 学 院： 药学院 班 级： 11制药 指导老师：_____潘永兰____ 学生姓名： 郭婷婷 成 绩： 班级 11制药 学号 049011132 姓名 郭婷婷 《化工原理》课程设计任务书一 设计题目 废丙酮溶媒回收过程填料精馏塔设计 本设计项目是根据生产实际情况提出的二 设计任务条件1 .原料液组成 组分组成（质量%）丙酮75水252 .分离要求产品中水分含量 ≤0.2% （质量%）残液中丙酮含量 ≤0.5% （质量%） 3 .处理能力废丙酮溶媒处理量 11 吨/天 （每天按24小时计）4 .设计条件操作方式：连续精馏操作压力：常压进料状态：饱和液体进料回流比：根据设计经验自行确定塔填料：金属环矩鞍填料，填料规格自选三、 设计计算内容1. 物料计算2. 填料精馏塔计算1） 操作条件确定 2）塔径计算3） 填料层高度计算 4）填料层压降计算5） 液体分布器设计计算 6）接管管径计算3. 冷凝器和再沸器计算与选型4. 填料精馏塔设计条件图5. 废丙酮溶媒回收过程工艺流程图目录设计任务书：废丙酮溶媒回收过程填料精馏塔设计1. 前言1.1课题的来源及背景1.2课题的意义1.3精馏塔的选择依据2.工艺设计要求2.1进料要求2.2分离要求2.3塔顶冷凝设计要求2.4塔釜再沸器设计要求2.5接管管径设计要求2.6液体分布器设计要求3.工艺过程设计计算3.1物料恒算3.1.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率3.1.2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量3.1.3物料恒算3.1.4原料液及塔顶、塔釜产品的质量流率3.1.5物料恒算表3.2操作条件3.2.1操作压力3.2.2操作温度3.3塔径计算3.3.1计算最小回流比及理论板数3.3.2计算精馏段和提馏段的物性参数3.3.3采用埃克特通用关联图计算泛点气速及塔径3.3.4圆整塔径后验算3.4塔高计算3.4.1填料层高度3.4.2填料层高度校核3.5压降计算3.5.1精馏段填料层压降3.5.2提馏段填料层压降3.5.3填料层高度和压降汇总3.6液体分布器计算3.6.1液体分布器的选型3.6.2分布点密度计算3.6.3孔流速计算3.6.4布液计算3.6.5布液器设计3.7接管管径计算3.7.1进料管管径的计算3.7.2 进气管管径的计算3.7.3出气管管径的计算3.7.4 回流管管径的计算3.7.5 出液管管径的计算3.7.6接管管径计算结果3.8冷凝器与再沸器计算与选型3.81冷凝器3.82再沸器3.9设计结果汇总4.问题讨论5.填料精馏塔设计条件图6废丙酮溶媒回收过程工艺流程图参考文献附录一 填料精馏塔理论塔板求解图附录二 布液器设计图附录三 填料精馏塔设计条件图附录四 废丙酮溶媒回收过程工艺流程图第1章 前 言1.1课题的来源及背景废丙酮溶媒来自于抗生素类药物“盐酸四环素”的生产过程。
盐酸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 课题的意义废丙酮溶媒丙酮 75％水25％丙酮溶媒丙酮 99.8％水0.2％精制降低生产成本经济效益减少环境污染社会效益1.3精馏塔的选择依据 1.3.1选择填料塔的依据塔设备按其结构形式基本上可以分为两类：板式塔和填料塔板式塔为逐板接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、压降低，操作弹性大，持液量小等优点同时也有投资费用较高，填料易堵塞等缺点本设计目的是分离丙酮-水混合液，采用筛板式精馏塔 1.3.2选择金属环矩鞍填料的依据塔填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素，因此，填料塔的选择是填料塔设计的重要环节 填料类型有很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类散装填料根据特点不同，又可分为拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料及弧鞍填料、矩鞍填料、环矩鞍填料等这次设计使用的是金属环矩鞍填料 第2 章 工艺设计要求2.1 进料要求进料采用饱和液体进料，废丙酮溶媒的处理量为每天_11_吨（每天按24小时计）其中原料液的组成为：组分组成（质量%）丙酮75水252.2 分离要求产品中水分含量≤0.2%（质量%）残液中丙酮含量≤0.5%（质量%）2.3 塔顶冷凝器设计要求冷凝器采用冷却水作为冷流体，冷却水进口温度25℃，冷却水温升8~10℃，总传热系数600W/( m2·℃)2 .4 塔釜再沸器设计要求再沸器采用0.3 MPa的饱和水蒸气为加热介质来使塔釜釜液汽化，同时蒸汽冷凝放出汽化热，总传热系数400W/( m2·℃)，热损失为20%~30%2.5 接管管径设计要求要求气速流量控制在10~15 m/s，液体流量控制在0.5~1.0 m/s，计算完管径后要圆整为标准管。
2.6 液体分布器设计要求管式液体分布器 液位高度取分布点密度取220～260 点/m2塔截面小孔孔径取3mm第3章 工艺过程设计计算3.1物料恒算3.1.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率丙酮的摩尔分率：3.1.2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量 精馏段：MD57.82 g/mol进料：MF37.33 g/mol提馏段：MW18.08 g/mol3.1.3物料恒算12.277 kmol/h由物料恒算得：F=D+WFXF=DXD+WXW解得：D=5.947 kmol/h W=6.330 kmol/h3.1.4原料液及塔顶、塔釜产品的质量流率=330.95kg/h114.45 kg/h11000/24= 458.333 kg/h3.1.5物料衡算表见表3.9.13.2操作条件3.2.1操作压力操作压力选为常压3.2.2操作温度 a. 塔顶温度的计算：假设T=330.36K,根据安托尼方程：其中安托尼常数：丙酮 A=16.6513 B=2940.46 C=35.93水 A=18.3036 B=3816.44 C=46.13可得：=16.6513-2940.46/(330.36-35.93)=6.664P0丙酮=783.948mmHg由于 则：k丙酮= P0丙酮/P=1.0315 其中y丙酮=XD=0.9936丙酮=0.9936/1.0315=0.9632同理水=0.0371则|1-丙酮-水|=0.00034≤0.0005假设T=330.37K,方法同上可得，丙酮=0.9629 水=0.0371则|1-丙酮-水|=0.0000006≤0.0005综上：塔顶的温度是57.220Cb.进料温度的计算假设T=345.91K, 根据安托尼方程：可得：lnP0丙酮=16.6513-2940.46/(345.91-35.93)=7.165P0丙酮=1293.793 mmHgk丙酮=P0丙酮/p=1.7024y丙酮=XF×k丙酮=0.8207同理 y水=0.1793则｜1- y丙酮-y水｜=0.0000431≤0.0005所以：进料温度为72.760CC塔釜温度的计算假设温度为373.03K, 根据安托尼方程：可得：lnp0丙酮=16.6513-2940.46/(99.88-35.93)=7.9285P0丙酮=2775.227 mmHgk丙酮=Po丙酮/p=3.6516y丙酮=XW×k丙酮=0.005843同理 y水=0.9941则｜1- y丙酮-y水｜=0.0001004≤0.0005所以塔釜的温度为99.880C试差法表格：进料p0ptTlnp0kiXFY误差丙酮1292.60576072.73345.887.1644151.7007960.48210.8199540.0009381293.00176072.74345.897.1647211.7013170.48210.8202050.0006111293.39776072.75345.97.1650271.7018380.48210.8204560.0002841293.79376072.76345.917.1653331.7023590.48210.820707-4.3E-051294.18976072.77345.927.1656391.702880.48210.820958-0.00037水262.834276072.73345.885.5715230.3458340.51790.179108 262.945876072.74345.895.5719480.3459810.51790.179184 263.057576072.75345.95.5723730.3461280.51790.17926 263.169376072.76345.915.5727970.3462750.51790.179336 263.28176072.77345.925.5732220.3464220.51790.179412 塔顶 p0ptTlnp0kiyx误差丙酮783.681776057.2330.356.6640031.031160.99360.963575-0.00068783.947676057.21330.366.6643421.031510.99360.963248-0.00034。