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1、 .化工原理课程设计说明书 系 别：化学与制药工程系 / 华夏学院化学与制药工程系课程设计任务书专业 化学工程与工艺 班级 1101 学生 饶俊 发题时间： 2013 年 1 月 7 日一、 课题名称甲醇溶媒连续浮阀精馏塔设计二、 课题条件设计条件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），另外含有少量的药物固体微粒。为了使废甲醇溶媒重复利用，拟设计建造一套浮阀精馏塔，对废甲醇溶媒进行精馏。2.设计目标年处理废甲醇溶媒3万吨；甲醇溶媒含水量0.3%（质量分数），塔底废水中甲醇含量0.5%（质量分数）3.操作条件 操作压
2、力 常压 精馏塔顶压强 4kPa（表压） 进料热状况 自选 回流比 自选 单板压降 不大于0.7kPa4.设备形式 浮阀塔5.建厂地址6. 指导教师 文艳霞 高小红7.参考文献1化工原理课程设计，柴诚敬，王军，缨 编，科学技术，2011年7月。2 王国胜 主编.化工原理课程设计（第二版）.理工大学：.2008，013 梁忠英 主编.化工原理.中国医药科技2008，06；4化工工艺设计手册，上、下册，；5化学工程设计手册；上、下册6化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-塔设备；化学工业：.2004，017化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-换热器；化学工业：.2004，018化
3、工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-管道；化学工业：.2004，019方利国，董新法 编著.化工制图Auto CAD实战教程与开发M.，化学工业，2005,01三、 设计任务1文献检索与调研； 2工艺流程设计，工艺流程图.； 3物料衡算、塔设备工艺计算 4塔和塔板工艺尺寸计算、流体力学验算、附属设备的选型和计算； 5设计结果一览表、对本设计的评述； 6绘制带控制点的工艺流程图（2#）、塔工艺条件图（1#）。四、 设计所需技术参数的获取参考化工工艺设计手册（上、下）、化学工程设计手册、化工设备设计全书-塔设备、化工设备设计全书-管道化工设备设计全书-压力容器、化工设备设计全书-换热器、化
4、工原理等资料五、 设计说明书容封面、设计任务书、目录、正文、成绩评定表 正文：分章编写1. 前言 2. 设计方案的确定和流程的说明 3. 塔的工艺计算 4. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计 4.1. 塔高、塔径与塔板结构尺寸的确定 4.2. 塔板的流体力学验算 4.3. 塔板的负荷性能图 5. 附属设备的选型和计算 6. 设计结果一览表 7. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。8. 参考文献9.附录六、 进度计划1 2012.12.7-8 下达设计任务，课程设计指导课，借阅相关资料；2 2012.12.9拟定设计方案，流程设计，进行物料衡算和塔工艺计算；3 2012.12.1013 塔工艺计算、
5、塔和塔板主要工艺尺寸的计算、附属设备的选型和计算4 2012.12.14-16完成设计说明书、绘制带控制点的工艺流程图5 2012.12.17-22 绘制塔的工艺条件图6 2012.12.23-24上交课程设计资料指导教师（签名）：年月日 系主任（签名）：年月日前言甲醇在工业等方面，都有很广泛的应用，是一种很重要的原料。在很多方面，要求甲醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，这是比较困难的。要想把低纯度的甲醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为甲醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆柱
6、形的精馏塔进行，塔装有若干层塔板。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器，回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。气流从浮阀周边水平地进入塔板上液层，浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀的类型很多，国常用的有F1型，V-4型与T型等，本设计采用F1型浮阀。浮阀
7、塔已成为国应用最广泛的塔形，特别是在石油，化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的是F1型和V-4型。F1型浮阀的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，广泛应用在化工与炼油生产中，现已列入部颁标准（168-68），F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，采用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、塔孔开孔率大生产能力大。2、由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大。3、因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率高。4、气体压强降与液面落差较小。5、塔的造价低。其缺点是处理易结焦，高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时
8、会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。但对于黏度稍大与有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。本设计采用的是F1型重阀。目录第一章 设计方案与流程的确定11.1设计方案的确定11.2流程说明与流程图1第二章 塔设备工艺计算32.1 精馏塔工艺计算32.2 主要数据参数的计算32.3理论板的计算82.4塔径的初步设计102.5溢流装置122.6塔板的结构尺寸、浮阀数目与排列15第三章 塔板的流体力学验算193.1气相通过浮阀塔板的压降193.3 雾沫夹带203.4塔板负荷性能图21第四章 设计结果一览表25第五章 塔附件设计265.1 接管265.2筒体与封头285.3除沫器2
9、85.4裙座295.5人孔29第六章 塔总体高度的设计296.1塔的顶部空间296.2塔的底部空间高度306.3塔总体高度30第七章 附属设备的设计307.1热量衡算307.2附属设备的选型33第八章 总结37参考文献38附录39一、符号代码说明39二、阶梯法求理论塔板数41三、塔板负荷性能图42第一章 设计方案与流程的确定1.1设计方案的确定1.1.1操作压力的选择蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分与热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽
10、真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径一样的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。1.1.2进料热状况的选择进料状态与塔板数、塔径、回流量与塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径一样，为设计和制造上提供了方便。
11、1.1.3加热方式的选择蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液)，便可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。这样，可节省一些操作费用和设备费用。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量一样的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。此时采用间接蒸汽加热，设置再沸器是合适的。1.1.4回流比的选择适宜的回流比应该通过经济核算来确定，即操作费用和设备折
12、旧费用之和为最低时的回流比为最适宜的回流比。确定回流比的方法为：先求出最小回流比Rmin，根据经验取操作回流比为最小回流比的 1.22.0倍，考虑到原始数据和设计任务，本方案取1.4，即R= 1.5Rmin；采用釜液产品去预热原料，可以充分利用釜液产品的余热，节约能源。1.2流程说明与流程图甲醇-水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，进入回流罐部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽加热。将加热再沸器物料的蒸汽再用来预热原料。精馏装置有精馏塔、再沸器，原料预热器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔低蒸汽输入，由冷凝器中的冷却介质将
13、余热带走。甲醇水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。第二章 塔设备工艺计算2.1 精馏塔工艺计算2.1.1精馏塔的全塔物料衡算F：进料量（kmol/h) ：原料组成D：塔顶产品流量（kmol/h) ：塔顶组成W：塔底残液流量（kmol/h) ：塔底组成原料中甲醇的组成：=0.3239 塔顶组成 ：=0.9947 塔釜组成 ：=0.00282进料量F=由总物料衡算：易挥发组分物料衡算：解得：D= 59.78kmol/h W=124.9kmol/h2.2
14、 主要数据参数的计算2.2.1甲醇水系统t-x-y数据表2-1 甲醇-水的气液平衡数据温度t/甲醇摩尔分数温度t/甲醇摩尔分数液相x/%气相y/%液相x/%气相y/%1000073.8 46.20 77.5692.9 5.3128.3472.7 52.92 79.7190.3 7.6740.0171.3 59.37 81.8388.9 9.2643.5370.0 68.49 84.9285.0 13.1554.5568.0 85.62 89.6281.6 20.8362.7366.9 87.41 91.9478.0 28.1867.7564.7 10010076.7 33.3369.18注：摘自化工工艺设计手册2.2.2温度的计算塔顶,塔釜.进料的温度分别为利用表2-1数据，由插法得： =64.79=100 =76.94精馏段平均温度：70.865提馏段平均温度：88.472.2.3密度的计算已知：混合液相密度 混合气相密度
