废丙酮溶媒回收

《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： 指导教师： 学生姓名： 成 绩： 《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、设计任务及条件 1、原料液组成 组分 组成（质量%） 丙酮 75 水 25 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%） 3、处理能力 废丙酮溶媒处理量______13.5____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：金属环聚鞍填料，填料规格自选 塔顶冷凝器：全凝器 三、设计计算内容 1、物料衡算 2、填料精馏塔计算 ⑴操作条件的确定 ⑵塔径的确定 ⑶填料层高度的确定 ⑷填料层压降的计算 ⑸液体分布器设计计算 ⑹接管管径的计算 3、冷凝器和再沸器的计算与选型 4、填料精馏塔设计图 5、废丙酮溶媒回收过程工艺流程图 目录 1.前言 1.1项目的来源及开发意义 1.2精馏塔的选择依据 1.2.1选择填料塔的依据 1.2.2填料类型的选择 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液体分布器设计要求 2.6接管管径设计要求 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 3.8.1冷凝器 3.8.2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 1.前言 1.1项目来源及开发意义： 本次课程设计的题目为“废丙酮溶媒回收过程填料精馏塔设计”。废丙酮溶媒来自于抗生素类药物“盐酸四环素”的生产过程，在二次操作中用丙酮来溶解和洗涤晶体，再通过结晶和过滤得到产品盐酸四环素晶体和废丙酮溶媒。在废溶媒中丙酮含量颇高，故可以通过精馏操作来回收丙酮以重复利用，这样既可以降低生产成本，又可以减少环境污染，不但具有很好的经济效益，而且可以获得可观的环境效益和社会效益，可谓一举多得。 化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。 化工原理课程设计使学生在初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法的同时还能学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，并能画出塔板结构、液体分布器、精馏塔及工艺流程等。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还应考虑精馏塔具有较大的生产能力以满足工艺要求，还要考虑生产上的经济合理性。

本次课程设计的主要内容是工艺设计计算，结构设计和数据的校核。

1.2精馏塔的选择依据：

1.2.1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。填料塔又分为散堆填料和规整填料两种。填料精馏塔设计方案的确定包括装置流程的确定、操作压力的确定、进料热状况的选择、加热方式的选择及回流比的选择等，本设计目的是分离丙酮-水混合液，采用填料式精馏塔。 1.2.2填料类型的选择: 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。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者优点集合一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，是工业应用最为普遍的一种金属散装填料。这次设计使用的则是金属环矩鞍填料。

2.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_13.5_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 25 2.2 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 液体分布器设计要求 要求选用管式液体分布器，孔间距为3mm,孔流速计算的系数为0.6，再分布器设计同液体分布器设计要求。

2.6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。 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 丙酮的摩尔分率： 原料：0.75/58.08=0.75/58.080.25/18.02Fx≈0.4821

精馏：0.998/58.080.998/58.080.002/18.02Dx≈0.9936 提馏：0.005/58.080.005/58.080.995/18.02Wx≈0.0016 3.1.2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量 原料液：

FM0.482158.0810.482118.0237.3329 /gmol

精馏段：

DM0.993658.08(10.9936)18.0257.8236 /gmol 提馏段：

MW0.001658.08(10.0016)18.0218.0841 /gmol

3.1.3物料恒算 3313.510/2413.510/2415.0671/37.3329FFkmolhM



由 FDW FDwFxDxWx 可知：7.2982D/kmolh 7.7690W/kmolh

3.1.4原料液及塔顶、塔釜产品的质量流率 13500562.5/24Fkgh

7.298257.8236422.0081/DDDMkgh 7.769018.0841140.4954/WWWMkgh 3.1.5物料恒算表 流 股

流量 质量分数 摩尔分数

/kgh /kmolh 丙酮 水 丙酮 水

F 562.5 15.0671 0.75 0.25 0.4821 0.5179 D 422.0081 7.2982 0.998 0.002 0.9936 0.0064 W 140.4954 7.7690 0.005 0.995 0.0016 0.9984 3.2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

3.2.2.1. 塔顶温度的计算： 假设T=330.31K，根据安托尼方程：0ln/()iiiiPABTC 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：0iln16.65132940.46/(330.3135.93)P丙酮=6.662646

则：0i782.6189P丙酮 mmHg 由于0/iikPP 则：0i/=1.029762ikPP丙酮丙酮 =/xyk丙酮丙酮丙酮 其中y丙酮=Dx=0.9936

=0.9936/1.0297620.964883x丙酮

同理，=0.037176x水

则1--=0.002060.0005xx丙酮水 假设不成立。 假设T=330.36K，可得，1--=0.000340.0005xx丙酮水 所以假设成立，即塔顶温度为330.36K

3.2.2.2进料温度的计算