化工课程设计甲醇水分离过程填料精馏塔设计

1、 天 津 农 学 院化工原理课程设计任务书设计题目： 甲醇-水分离过程填料精馏塔设计 系 别： 食品科学系 专 业： 食品科学与工程 学生姓名: xxx 学 号: xxxxxxxxxxxxxx 指导教师: xxxxxxx 化工原理课程设计任书 一、设计题目在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇洗涤晶体，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1%的甲醇溶媒。设计要求废甲醇的处理量为14215吨/年，塔底废水中甲醇含量为1%。二、操作条件(1)操作压力 常压。 (

2、2)进料热状态 自选。(3)回流比 自选。 (4)塔底加热蒸气压力 0.3mpa(表压)。三、塔板类型筛板或浮阀塔板（f1型）。四、工作日每年工作300天，每天24小时连续运行。五、厂址天津地区。六、设计内容(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； 七、设计计算1、设计方案的确定本设计任务为分离甲醇水混合物。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。

3、塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。本设计使用的是浮阀塔，浮阀塔有生产能力大、操作弹性大、塔板效率高、气体压降及液面落差小和抗腐蚀性较高等优点。甲醇具有腐蚀性，所以浮阀塔适合本设计的要求。工艺流程草图：图1甲醇-水分离工艺流程草图1 精馏塔的物料衡算1.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率甲醇的摩尔质量 =32.04kg/kmol水的摩尔质量 =18.02kg/kmol1.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量1.3 物料衡算原料处理量 kmol/h总物料衡算 87.51=d+w甲醇物料衡算 联立解得 d=28.54kmol/h w=58.97kmol/h2 塔板数的确定2.1 理论

4、板层数的求取2.1.1 相对挥发度的求取由，再根据表1数据可得到不同温度下的挥发度，见表2表1温度/xy温度/ x y1000.000.0075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.001.0078.00.300.665表2温度/挥发度温度/挥发度96.47.582

5、784.63293.57.332 75.34.03591.26.843 73.13.52589.36.61071.23.14387.76.464 69.32.86884.46.06667.62.69181.75.501 662.534所以2.1.2 求最小回流比及操作回流比泡点进料：由q线与平衡线的交点e（xe，ye）作图可得： 图2 甲醇-水的y-x相图在上图中我们可以得到q线与平衡线的交点为e（xe，ye）=（0.324，0.681）故最小回流比为=0.843取操作回流比为r=2=20.843=1.6862.1.3 求精馏塔的气、液相负荷40.051kmol/h76.551kmol/h 4

6、0.051+87.5=127.551kmol/h76.551kmol/h2.1.4 求操作线方程精馏段操作线方程为：=+=+=0.63+0.366 （a）提馏段操作线方程：1.666-0.0043 （b）2.1.5 采用逐板法求理论板层数由 得 将 =4.45 代入得相平衡方程 （c）联立（a）、（b）、（c）式，可自上而下逐板计算所需理论板数。因塔顶为全凝则由（c）式求得第一块板下降液体组成0.925利用（a）式计算第二块板上升蒸汽组成为0.949交替使用式（a）和式（c）直到，然后改用提馏段操作线方程，直到为止，计算结果见表3。表3 版号组成12345678910y0.9820.9490.

7、8740.7500.6200.4420.2470.1100.0410.0115x0.9250.8070.6090.4030.268xf0.1510.0690.0270.00950.00261xw精馏塔的理论塔板数为 =10-1=9（不包括再沸器）进料板位置 2.2 实际板层数的求取2.2.1 液相的平均粘度根据表1，用内插法求得用内插法求得用内插法求得，则塔顶、塔底的平均温度tm =（64.6+99.5）/2 =82.1 粘度的计算 在tm =82.1 时，查得2h2o =0.347, ch3oh=0.272 则由 求出2.2.2 全塔相对挥发度由表2可求得全塔的平均相对挥发度m=4.452.

8、2.3 全塔效率et 和实际塔板数全塔效率可用奥尔康公式：计算所以全板精馏段实际板层数 11.212 块 提馏段实际板层数 8.979块全塔实际板层数 n=12+9=21块3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算3.1 操作压力的计算 塔顶操作压力 每层塔板压降 进料板压力 精馏段平均压力 3.2 操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中甲醇、水的饱和蒸气压由安托尼方程计算。计算结果如下：塔顶温度 进料板温度 精馏段平均温度 3.3 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由 31.78kg/kmol进料板平均摩尔质量计算： 18.18kg/kmol18.06kg/kmo

9、l精馏段平均摩尔质量：提馏段平均摩尔质量：3.4 平均密度计算3.4.1 气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即 =1.091kg/3.4.2 液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算由，查手册3得 757.46kg/进料板液相平均密度的计算：由，查手册得： 进料板液相的质量分率： 精馏段液相平均密度为： ，查手册2得： 提馏段液相平均密度为：=955.45kg/3.5 液体平均粘度计算见3.2.1精馏段液相平均黏度4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 4.1 塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为：=0.57=0.0003668由 式中的c由式计算，其中由史密斯关联图4查

10、取，图的横坐标为 ： 取板间距，板上液层高度，则查史密斯关联图3得=0.068取安全系数为0.6，则空塔气速为0.764m按标准塔径圆整后为 d=1.0m塔截面积为实际空塔气速为：4.2 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为提馏段有效高度为在提溜段开1个人孔，在精馏段开1个人孔，其高度均为：0.8m，故精馏塔的有效高度为：4+2.8+1.6=8.4m2对课程设计成果的要求包括图表、实物等硬件要求：塔顶压力 101.3 kpa(表压)。 塔底加热蒸气压力 0.3mpa(表压)。单板压降 0.7 kpa。.3主要参考文献： 化工原理 柴诚敬主编 高等教育出版社 化工原理课程设计 贾绍义 柴诚敬主编 天津大学出版社4课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容12011-12-3熟悉该设计基本流程及查阅相关资料22011-12-42011-12-5进行有关计算并核对结果，整理数据及结果 主指导教师王步江日期