化工原理课程研发设计填料精馏塔.doc

课 程 设 计 说 明 书 课程名称： 化工原理课程设计 设计题目： 甲醇—水分离过程填料精馏塔的设计 学生姓名： 陈强 学 号： 200905020035 专业班级： 化学工程与工艺（2）班 指导教师： 路有昌 2011 年 11 月 15 日 课程设计任务书 设计题目 甲醇—水分离过程填料精馏塔的设计 学生姓名 陈强 所在院系 化学与环境工程学院 专业、年级、班 09化学工程与工艺（2）班 设计要求：本设计要求对甲醇—水分离过程填料精馏塔装置进行了设计，主要进行了以下工作：1、对主要生产工艺流程进行了选择和确定。2、对生产的主要设备—填料塔进行了工艺计算设计,其中包括：（1）/℃ 液相中甲醇的摩尔分数 气相中甲醇的摩尔分数 温度/℃ 液相中甲醇的摩尔分数 气相中甲醇的摩尔分数 100 0 0 75.3 0.4 0.729 96.4 0.02 0.134 73.1 0.5 0.779 93.5 0.04 0.234 71.2 0.6 0.825 91.2 0.06 0.304 69.3 0.7 0.87 89.3 0.08 0.365 67.6 0.8 0.915 87.7 0.1 0.418 66 0.9 0.958 84.4 0.15 0.517 65 0.95 0.979 81.7 0.2 0.579 64.5 1 1 78 0.3 0.665 在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生的废甲醇溶媒，其组成为含甲醇46%，水56%（质量分数），另含少量的药物固体颗粒。为使废甲醇溶媒重复利用，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇溶媒进行精馏，得到含水量≦0.3%（质量分数），的甲醇溶媒。设计要求甲醇溶媒的处理量为3吨/小时。塔底废水中甲醇含量≦0.5%（质量分数）。 设计中采用泡点进料，甲醇常压下的沸点为64.8℃，故可采用常压操作。塔顶上升蒸汽用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储槽。因所分离物系的重组分为水，故选用直接蒸汽加热方式，釜残液直接排放。 设计中选用金属散装鲍尔环Dn50填料。因废甲醇溶液中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低，根据计算故选用Dn50规格的。 精馏塔的物料衡算 1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量： MA =32.04kg/kmol 水的摩尔质量: MB=18.02kg/kmol XF =(0.46/32.04)/[0.46/32.04+0.54/18.02]=0.324 XD=(0.997/32.04)/[0.997/32.04+0.003/18.02]=0.995 XW =(0.005/32.04)/(0.005/32.04+0.995/18.02)=0.0028 1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF =0.324*32.04+(1-0.324)*18.02=22.56kg /kmol MD=0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kg/kmol MW=0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.059kg/kmol 1.3物料衡算 废甲醇溶媒的处理量为3吨/小时， 原料处理：F 3000/22.56=132.98kg/h 总物料衡算: 132.98=D+W 甲醇物料衡算: 132.98*0.324=0.995D+0.0028W 解得: D=43.69kmol/h W=89.29kmol/h 2.1塔板数的确定 3.1甲醇-水属理想物系,故可用图解法求理论板层数. 3.1.1由以知的甲醇-水物系的气液平衡数据,绘出x-y图. 2.2求最小回流比及操作回流比 泡点进料，q值为1， 采用作图法求最小回流比:在x-y图中对角线上，自点e（0.324,0.324）作垂线即为进料线.该线与平衡线的交点坐标: yq =0.682， xq =0.327. 故最小回流比; R min=(xD –yq)/(yq –xq)=(0.995-0.682)/(0.682-0.324)=0.85. R=(1.1~2.0)Rmin,故取操作回流比:R=1.5 2.3求精