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1、1.1课程设计甲醇-水分离板式精馏塔的设计系别：专业（班级）:作者（学号）:指导教师：完成日期：甲醇-水分离板式精馏塔的设计设计题目在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，洗 涤过滤后产生废甲醇溶媒，其组成为含甲醇46%、水54% （质量 分数），另含有少量的药物固体微粒。为使废甲醇溶媒重复利用, 拟建立一套板式精馏塔，设计要求废甲醇溶媒的处理量为5万吨 /年，以对废甲醇溶媒进行精馏。馏出液组成为含水2%,塔底废 水中甲醇含量0.5% （质量分数）。（二）操作条件1）操作压力常压2）进料热状态自选3）回流比自选4）全塔效率：Et=56%5）单板压降：0.7KPa（三）塔板类型筛孔板（
2、四）工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行（五）设计内容1、设计说明书的内容1）精馏塔的物料衡算；2）塔板数的确定；3）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5）塔板主要工艺尺寸的计算；6）塔板的流体力学验算；7）塔板负荷性能图；8）精馏塔接管尺寸计算；9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。2、设计图纸要求：1）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；2）绘制精馏塔设计条件图（A3号图纸）。目录1设计方案的确定12精馏塔的物料衡算12.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率12.2原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量12.3物料衡算13塔板数的确定23.1 理论板层数
3、n的求取2T3.1.1相对挥发度的求取23.1.2求最小回流比及操作回流比 33.1.3求精馏塔的气、液相负荷33.1.4求操作线方程 33.1.5采用逐板法求理论板层数 43.2实际板层数的求取53.2.1液相的平均粘度 53.2.2精馏段和提馏段的相对挥发度63.2.3全塔效率Et和实际塔板数 64精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算74.1操作压力的计算74.2操作温度计算74.3平均摩尔质量计算74.4平均密度计算84.4.1气相平均密度计算84.4.2液相平均密度计算84.5液体平均表面张力的计算4.6液体平均粘度105精馏塔的塔体工艺尺寸计算105.1塔径的计算105.2精馏塔有效
4、高度的计算116塔板主要工艺尺寸的计算126.1溢流装置计算126.1.1堰长i 错误！未定义书签。W6.1.2溢流堰高度h 错误！未定义书签。W6.1.3弓形降液管宽度w和截面积a错误！未定义书签。 df6.1.4降液管底隙高度h 错误！未定义书签。06.2塔板布置136.2.1塔板的分块136.2.2边缘区宽度确定 146.2.3开孔区面积计算146.2.4筛孔计算及排列147塔板的流体力学验算 157.1塔板压降157.1.1干板阻力h计算15c7.1.2气体通过液层的阻力h计算 1517.1.3液体表面张力的阻力h计算 157.2液面落差167.3液沫夹带167.4漏液167.5液泛1
5、78塔板负荷性能图188.1漏液线188.2液沫夹带线198.3液相负荷下限线208.4液相负荷上限线208.5液泛线209筛板塔设计计算结果2210精馏塔接管尺寸计算2410.1塔顶蒸气出口管的直径d .错误！未定义书签。V10.2回流管的直径d 错误！未定义书签。R10.3进料管的直径d 错误！未定义书签。F10.4塔底出料管的直径 错误！未定义书签。W11对设计过程的评述和有关问题的讨论2512设计图纸2513参考文献2614主要符号说明262设计方案的确定本设计任务为分离甲醇一水混合物。对于二元混合物的分离, 应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热 器加热至泡点后送入
6、精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝， 冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷 却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至 储罐。3精馏塔的物料衡算M =32.04kg/kmolAM =18.02kg/kmolB0.46/32.04y =f 0.46/32.04 + 0.54/18.023.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 甲醇的摩尔质量水的摩尔质量原料液摩尔分率:塔顶摩尔分率:塔底摩尔分率:=0.9650.98/32.040.98/32.04 + 0.02/18.02=0.00280.005/32.040.005/32.04 + 0.995/18.023.2原料
7、液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量原 料 液 平 均 摩 尔质 量：M 二 0.324 x 32.04 + (1 - 0.324) x 18.02 二 22.56Kg / kmolF塔顶产品平均摩尔质量Md=0.965 x 32.04 + (1 - 0.965) x 18.02 = 31.55Kg / kmol塔底产品平均摩尔质量= 0.0028 x 32.04 + (1 - 0.0028) x 18.02 二 18.06Kg /kmol23物料衡算原料处理量F =5 x 107300 x 24 x 22.56 = 307.82kmol/h总物料衡算307.82二D+W苯物料衡算 307.82
8、X 0.324=0.965 X D+0.0028 X W 联立解得 D 二 102.76kmol / hW 二 205.06kmol / h4塔板数的确定4.1理论板层数N的求取T4.1.1相对挥发度的求取由“ (I)為，再根据表11数据可得到不同温度下的挥发度, XA (1 -，A)见表2表1温度/cxy温度/cxy1000.000.0075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41
9、866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.001.0078.00.300.665温度/c挥发度温度/c挥发度96.47.582784.63293.57.33275.34.03591.26.84373.13.52589.36.61071.23.14387.76.46469.32.86884.46.06667.62.69181.75.501662.534所以 a 二 a a a 二 4.45m 12154.1.2求最小回流比及操作回流比 泡点进料：x二x二0.324q fa xy =mFq 1 + (a -1) xmF4.
10、45 x 0.3241 + (4.45 -1) x 0.324故最小回流比为Rmin二2UzYqYq - Xq0.965 - 0.6810.681 - 0.324取操作回流比为R=2Rmin=2X0.796=1.5924.1.3求精馏塔的气、液相负荷L 二 RD 二 1.592 X102.76 二 163.59kmol / hV = (R +1) D = 2.592 x 102.76 = 266.35kmd / hV二 V 二 266.35kmd / h L二 L + F 二 163.59 + 307.82 二 471.41kmol/h4.1.4求操作线方程精馏段操作线方程为二 Ryn+l R
11、+11592 X + 0.9652.592 n 2.592=0.614 X + 0.372n(a)提馏段操作线方程(b)LWym+1 _ L - W 咒m L - W 咒W471.41205.06 门心“”y =x 一x 0.0028 = 1.77 咒-2.16 x10-3m+1266.35 m 266.35m4.1.5采用逐板法求理论板层数ya (a 1) ya xy =qq1 + (a - 1)xqa =4.45代入得相平衡方程ya (a 1) yy4.45 3.45 y(c)联立（a）、（b）、（c）式，可自上而下逐板计算所需理论板数。因塔顶为全凝则 y1=Xd= 0.965由（c）式求
12、得第一块板下降液体组成X1 二y1/（4.45-3.45y1）=0.965/（4.45-3.45 X 0.965）=0.861利用（a）式计算第二块板上升蒸汽组成为Y2=0.614X1+0.372=0.901交替使用式（a）和式（c）直到x x，然后改用提馏段操作线n F方程，直到x X为止，n W计算结果见表3。表3板 号12345678910y0.9650.90107850.6490.5180.3420.1830.0830.0330.011x0.8610.6720.4510.294Wx f10.1950.1050.0480.0200.00760.0025 Wxw精馏塔的理论塔板数为 n =
13、10 （包括再沸器）T进料板位置N =4F4.2实际板层数的求取4.2.1液相的平均粘度进料黏度：根据表1，用内插法求得t 二 78.2。CF查手册2得 卩=0. T16mPa.s卩=0.360mPa.sABlg r 0.294 lg(0.276) + 0.706 lg(0.360)LF求得r =0.333mPa .sLF塔顶物料黏度：用内插法求得t 二 64.8。C，D查手册2得 r = 0.332mPa.sr = 0.467mPa.sABlg r = 0.965 lg(0.332) + 0.035 lg(0.467)求得r =0.356mPa - sLD塔釜物料黏度：用内插法求得t二99.5OC，查手册得卩 =0.249mPa s P = 0268mPa sABlg p= 0.03 lg(0.249) + 0.997 lg(0.268)
