计算题：
1. 在离心过程中将含有25％(质量比)的诺氟沙星料浆进行过滤，料浆的进料流量为2000Kg/h 。滤饼含有90％的固体，而滤液含有1％的固体，试计算滤液和滤饼的流量？（答案：1460.7Kg/h ；539.3Kg/h ）
2.一精馏塔的进料流量为loooKg/h ，组成(质量％)为：苯60％，甲苯25％，二甲苯15％。
精馏塔顶馏出物的组成(质量％)为：苯94％，甲苯3.5％，二甲苯2.5％。塔底产物中的二甲苯占进料二甲苯的95
％。求馏出物、塔底产物的流量和塔底产物的组成。
（答案见下表）3.某药厂用清水吸收含有5%（体积）SO 2的混合气，需处理的混合气量为1000m 3/h ，吸收率为90%，吸收水温20℃，操作压力1atm ，试计算用水量。已知SO 2溶解度数据如下（20℃）：
SO 2 [kgSO 2／100kg H 2O] 1 0.7 0.5 0.3 0.2 0.15液面上S02分压[mmHg]
59 39 26 14.7 8.4 5.8（答案：26100Kg/h ）
4.过量10%的硫酸加到乙酸钙中制备乙酸，反应方程式如下：Ca(Ac)2+H 2
SO 4 CaSO 4+2HAc 反应收率为90%，未反应的乙酸钙和硫酸则从产物中分离出来，参见下面流程。以100Kg/h 进料为基准，计算：（1）每小时的循环量。（2）每小时制成的乙酸的千克数。（答案：110Kg 乙酸钙/h ；760 Kg 乙酸/h ）
5.水杨酸钠从水溶液重结晶处理工艺是将每小时4500mol 含33.33%（mol ）的水杨酸钠新鲜溶液和另一股含有3
6.36%（mol ）水杨酸钠的循环液合并加入至一台蒸发器中，蒸发温度为120℃，用0.3MPa 的蒸汽加热。从蒸发器放出的浓缩料液含49.4%（mol ）水杨酸钠进入结晶罐，在结晶罐被冷却，冷至40℃，用冷却水冷却（冷却水进出口温度5℃）。然后过滤，获得含水杨酸钠结晶滤饼和含有36.36%（mol ）水杨酸钠的滤液循环，滤饼中的水
杨酸钠占滤饼总物质量的95%。流程见下图，试计算：（1）蒸发器蒸发出水量。（2）循环液（mol ）/新鲜液（mol ）的比率。（3）蒸发器和结晶罐的投料比（mol ）。
（答案：2950.8mol/h；1.25；1.41）6、计算题
年工作日为300天。
3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 3.4.1操作温度的计算 1.)塔顶温度计算 查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.70和0.80时,其沸点分别为78.7℃78.4℃塔顶温度为 D T ,则由内插法: 0.7078.7 0.800.7078.478.7D D x T --=--, 78.24D T ?=℃ 3.)塔釜的温度 查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.00和0.05时,其沸点分别为100℃和90.6℃设塔顶温度为 W T ,则由内插法: 0.00100 0.050.0090.6100 W W x T --=--, 96.92W T ?=℃ 则 精馏段的平均温度: 278.2482.13 80.192 m T +==℃ 提馏段的平均温度: 196.9282.13 89.532 m T += =℃ 3.4.2操作压强 塔顶压强：P D =100 kpa 取每层塔板压降:ΔP=133.322 pa 则 进料板压力: 1000.77104.9F P kpa =+?= 塔釜 压力: 1000.77104.9W P kpa =+?= 则 精馏段的平均操作压强: 1100104.9 102.52 m P kpa +== 提馏段的平均操作压强: 2110.5104.9 107.72m P +== .）液相的平均密度 0.843 D x =0.013W x =
由 1 1 i i i n αρρ ==∑ 计算 （1.）对于塔顶 078.24D T C = 查文献 3741.83/A kg m ρ=，3972.9/B kg m ρ= 质量分率 ()0.84346.07 0.93210.84346.0710.84318.02 A α?= =?+-? 10.0679B A αα=-= 则 1A B D A B ααρρρ= +?A B A LB D 1L ρααρρ=+ D ρ31775.2/0.93210.0679 763.6972.9 m kg ==+ （2.）对于进料板 82.13F T C = 查文献 3739.6/A kg m ρ=，3970.50/B kg m ρ= 质量分率 ()0.215746.07 0.41270.215746.0710.215718.02 A α?= =?+-? 10.5102B A αα=-= 则 1A B F A B ααρρρ= +?A B A LB 1F L ρααρρ=+ F ρ31862.1/0.41270.5873 739.6970.5 m kg ==+ （3.）对于塔釜 096.92W T C = 160.009195x = 查文献 3721.2/A kg m ρ=，3955.1/B kg m ρ=
第三章物料衡算 第一节概述 一、物料衡算的作用和任务 物料衡算是医药工艺设计的基础，根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或者单元操作的物料衡算计算，可以得到的单耗(生产1Kg产品所需要消耗的原料的Kg数)、副产品量以及输出过程中物料损耗量以及“三废”生成量等，使设计由定性转向定量。 在制药过程中经常遇到有关物料的各种数量和质量指标，如“量”(产量、流量、消耗量、排出量、投料量、损失量、循环量等)；“度”(纯度、浓度、分离度等)，“比”(配料比、循环比、固液比、气液比、回流比等)；“率”(转化率、单程收率、产率、回收率、利用率等)等。这些量都与物料衡算有关，都影响到实际上的物料平衡。 因此，物料衡算是制药生产(及设计)的基本依据，是衡量制药生产(以及任何生产)经济效果的基础，对改进生产和指导设计具有重大意义。 二、物料衡算的类型 在医药生产中，我们按照物质的变化过程来分，可以将物料衡算分为两类： 一类是物理过程的物料衡算，即在生产系统中，物料没有发生化学反应的过程，它所发生的只是相态和浓度的变化，这类物理过程在医药工业中主要体现在混合过程和分离过程。如流体输送、吸附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取等单元操作。 图3-1盐酸林可霉素结晶过程物料衡算 另一类是化学过程的物料衡算，即由于化学反应，原子与分子之间形成新的化学键，从而形成完全不同的新物质的过程。在进行计算时候，经常用到组分平衡和化学元素平衡，特别是当化学反应计量系数未知或很复杂以及只有参加反应的各物质的化学分析数据时，用元素平衡最方便，有时甚至只能用该方法才能解决(如非那西丁酰化反应见图3-2)。同时，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物收率等因素。
板式精馏塔设计方案 第三节精馏方案简介 (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件数据的计算； (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) 绘制生产工艺流程图； (10) 绘制精馏塔设计条件图； (11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液由泵从原料储罐中引岀，在预热器中预热至84 C后送入连续板式精馏塔(筛板塔)，塔顶上升蒸汽 流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至25 C后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。 第四节：精馏工艺流程草图及说明
、流程方案的选择
1. 生产流程方案的确定: 原料主要有三个组分：C2°、C3二、C3°,生产方案有两种：（见下图A , B ）如 任务书规定： 图（A ） 为按挥发度递减顺序采出，图（B ）为按挥发度递增顺序采出。在基本有机化工 生产过程中，按挥发度递减的顺序依次采出馏分的流程较常见。 因各组分采出之 前只需一次汽化和冷凝，即可得到产品。而图（B ）所示方法中，除最难挥发组 分外。其它组分在采出前需经过多次汽化和冷凝才能得到产品， 能量（热量和冷 量）消耗大。并且，由于物料的循环增多，使物料处理量加大，塔径也相应加大， 再沸器、冷凝器的传热面积相应加大，设备投资费用大，公用工程消耗增多，故 应选用图（A ）所示的是生产方案。 2. 工艺流程分离法的选择： 在工艺流程方面，主要有深冷分离和常温加压分离法。 脱乙烷塔，丙烯精制 塔采用常温加压分离法。因为 C2, C3在常压下沸点较低呈气态采用加压精馏沸 点可提高，这样就无须冷冻设备，可使用一般水为冷却介质，操作比较方便工艺 简单，而且就精馏过程而言，获得高压比获得低温在设备和能量消耗方面更为经 济一些，但高压会使釜温增加，引起重组分的聚合，使烃的相对挥发度降低，分 离难度加大。可是深冷分离法需采用制冷剂来得到低温， 采用闭式热泵流程，将 精馏塔和制冷循环结合起来，工艺流程复杂。综合考滤故选用常温加压分离法流 程。 1、 脱乙烷塔：根据原料组成及计算：精馏段只设四块浮伐 塔板,塔顶采用分 凝器、全回流操作 2、 丙烯精制塔：混合物借精馏法进行分离时它的难易程度取决 于混合 物的沸点差即取决于他们的相对挥发度丙烷一丙烯的 C2 C3 = C3 ° iC4 W% 5.00 73.20 20.80 0.52 0.48 100 工艺特点: 原料 C 工 C 。 (A ) (B )
第1章物料及热量衡算 本工艺采用草酸二甲酯和为原料制乙二醇，其中有未反应的、过量的氢气及中间产物乙醇酸甲酯。采用加氢反应合成并借助高效催化剂提高转化率和反应速率，在精馏分离工段中，利用复合式精馏塔进行多元物质的分离。 工艺流程的物料衡算以的流程模拟结果为基础所得到的。以工段为单位进行物料衡算，全流程分为两个工段：加氢反应工段、精馏分离工段。下面为两个工段的物流平衡表。 1.1物料衡算 1.1.1加氢反应工段 原料和经混合器混合后并在换热器中加热然后进入反应器中进行合成反应。 表 1-1 加氢反应工段的物料平衡表 项目MDO原料H2原料循环气粗乙醇温度℃165.00 70.00 40.00 40.00 压力bar 25.00 25.00 20.00 20.00 气化率0 1 1 0 质量流率kg/hr 1.19E+05 8.01E+03 1.38E+05 1.27E+05 DMO 1.19E+05 0 1.44E+00 2.37E+02 MG 0 0 2.48E+01 2.70E+03 EG 0 0 2.76E+01 6.07E+04 H2 0 8.01E+03 1.14E+05 5.98E-04
MEOH 0 2.37E+04 6.36E+04 质量分率 DMO 1 0 1.04E-05 1.86E-03 MG 0 0 1.80E-04 2.12E-02 EG 0 0 2.00E-04 4.77E-01 H2 0 1 8.27E-01 4.70E-09 MEOH 0 0 1.72E-01 5.00E-01 1.1.2精馏分离工段 反应所生成的乙二醇、甲醇以及中间产物和未完全反应的进入精馏分离工段进行精馏，此工段主要包括两个精馏塔。 表 1-2精馏工段物料平衡表 项目粗乙醇纯甲醇纯乙二醇回收原料温度℃40.00 15.00 171.62 104.61 压力bar 20.00 0.30 0.45 0.40 气化率0 0 0 0 质量流率 1.27E+05 6.36E+04 6.07E+04 2.99E+03 kg/hr DMO 2.37E+02 2.65E-10 7.34E+01 5.47E-02 MG 2.70E+03 1.69E-06 1.01E+02 8.68E-01 EG 6.07E+04 5.13E-23 6.05E+04 5.64E-02
第 4 章物料衡算与热量衡算 4.1物料衡算物料衡算即是利用物料的能量守恒定律对其进行前后操作后物料总量与产品以及物料损失状况的计算方法，也就是进入设备用于生产的物料总数恒等于产物与物料损失的总量。物料衡算与生产经济效益有着直接的关系。 物料衡算需要在知道产量和产品规格的前提下进行所需的原、辅材料量、废品量以及消耗量的计算。 物料衡算的意义： （1）知道生产过程中所需的热量或冷量； （2）实际动力消耗量； （3）能够为设备选型、台数、决定规格等提供依据； （4）在拟定原料消耗定额基础上，进一步计算日消耗量、时消耗量，能够为所需设备提供必要的基础数据。 4.1.1 年工作日的选取 （1）年工作时间365-11 （法定节假日）=354×24=8496（小 时） （2）设备大修25 天/ 年=600 小时/ 年 （3）特殊情况停车15 天/年=360 小时/ 年 （4）机头清理、换网过滤6次/年8 小时/次 [354-（25+15）] ×1/6 次/天×8 小时/次=396小时=16.5 天=17 天（5 ）实际开车时间 365－11－25－15－17=297 天8496－600－360－396=7140 小 时 （6 ）设备利用系数 K= 实际开车时间/ 年工作时间=7140/8496=0.84 4.1.2 物料衡算的前提及计算 （1）挤出成型阶段物料衡算的前提是应在已知产品规格和产量的前提下进行许多原辅材 料量、废品量及消耗量的计算
已知：PVC 片材的年生产量为28500 吨，其中物料自然消耗率为 0.1% ，产品合格率为94%，回收率为90% 。每年生产297 天，二班轮流全天24 小时生产。物料衡算如下： 年需要物料量 M 1=合格产品量/合格率=28500/0.94 ≈30319.15t 年车间进料量 M2= M 1/（1-物料自然消耗率）=30319.15t / （1-0.1% ） ≈30349.50t 年自然消耗量 M3=M 2-M 1=30349.50-30319.15=30.35t 年废品量 M4=M 1-合格产品量=30319.15-28500=1819.15t 每小时车间处理物料量M 5=30319.15/297/ 24h≈4.25t 年回收物料量 M6=M 4×回收率=1819.15 ×90%≈1637.23t 新料量 M7=M 2-M 6=30349.50-1637.23=28712.27t 2）造粒阶段 ① 确定各岗位物料损失率塑化造粒工段物料损耗系数
《精馏段和提馏段操作线方程》教学设计
线方程可通过塔板间的物料衡算求得。 在连续精馏塔中，因原料液不断从塔的中部加入，致使精馏段和提馏段具有不同的操作关系，现分别予以讨论。 讲授新知讲述： 1、精馏段操作线方程 在图片虚线范围（包括精馏段的 第n+1层板以上塔段及冷凝器）内作 物料衡算，以单位时间为基准，可得： 总物料衡算：V=L+D 易挥发组分的物料衡算： V y n+1=Lx n+Dx D 式中： V——精馏段内每块塔板上升的蒸汽 摩尔流量，kmol/h； L——精馏段内每块塔板下降的液体 摩尔流量，kmol/h； y n+1——从精馏段第n+1板上升的蒸 汽组成，摩尔分率； x n——从精馏段第n板下降的液体组 成，摩尔分率。 聆听并看下图 学生书写记忆： D n n x D L D x D L L y + + + = +1 1 1 1+ + + = +R x x R R y D n n 分析归纳：(小组发言) 关于精馏段操作线方程的两点 讨论（1）该方程表示在一定操作条 件下，从任意板下降的液体组成x n 和 与其相邻的下一层板上升的蒸汽组 成y n+1 之间的关系。
将以上两式联立后，有： D n n x D L D x D L L y +++=+1 令R =L /D ，R 称为回流比，于是上式可写作： 111+++= +R x x R R y D n n 以上两式均称为精馏段操作线方程。 点评小组的发言：（略） （2）该方程为一直线方程，该直线过对角线上a (x D ，x D )点，以R /(R +1)为斜率，或在y 轴上的截距为 x D /(R +1)。 讲授新知 讲述： 2、 提馏段操作线方程 在图虚线范围（包括提馏段第m 层板以下塔段及再沸器）内作物料衡算，以单位时间为基准，可得： 总物料衡算：L’=V’+W 易挥发组分衡算：L’x m =V’y m+1+Wx W 式中： L ’——提馏段中每块塔板下降的液体流量，kmol/h ； V ’——提馏段中每块塔板上升的蒸汽流量，kmol/h ； x m ——提馏段第m 块塔板下降液体中 易挥发组分的摩尔分率； y m +1——提馏段第m +1块塔板上升蒸 聆听并看下图 学生书写记忆： W m m x W L W x W L L y ---= +''''' 1
化工中的物料衡算和能量衡算 化72 王琪2007011897 在化工原理的绪论课上，戴老师曾强调过化工原理的核心内容是“三传一反” 即传质、传动、传热和反应，而物理三大定律——质量守恒、动量守恒、能量守 恒正是三传的核心与实质，因此这三大定律在化工中统一成一种核心的方法：衡 算。正是衡算，使原本复杂的物理定律的应用变得简单，实用性强，更符合工程 学科的特点。为此化工中的物料衡算和能量衡算很重要，本文将分别从物料衡算、 能量衡算讨论化工中的衡算问题，然后将讨论二者结合的情况。 物料衡算在台湾的文献中称为“质量平衡”，它反映生产过程中各种物料 之间量的关系，是分析生产过程与每个设备的操作情况和进行过程与设备设计的 基础。一般来说物料衡算按下列步骤进行，为表示直观，做成流程图。 绘制流程图时应注意： 1.用简洁的长方形来表达一个单元，不必画蛇添足； 2.每一条物质流线代表一个真实的流质流动情况； 3.区别开放与封闭的物质流 4.区别连续操作与分批操作（间歇生产） 5.不必将太复杂的资料写在物质流线上 确定体系也比较重要，对于不同体系，衡算基准和衡算关系会有不同。 合适的基准对于衡算问题的简化很重要，根据过程特点通常有如下几种： 1.时间基准：连续生产，选取一段时间间隔如1s，1min，1h，1d；间歇生产以一釜或一批料的生产周期为基准，对于非稳态操作，通常以时间微元dt为基准。 2.质量基准，对于固相、液相体系，常采用此基准，如1kg，100kg，1t，1000lb
等。 3.体积基准（质量基准衍生）：适用于气体，但要换成标准体积；适用于密度无变化的操作。 4.干湿基准：水分算在内和不算在内是有区别的，惯例如下： 烟道气：即燃烧过程产生的所有气体，包括水蒸气，往往用湿基； 奥氏分析：即利用不同的溶液来相继吸收气体试样中的不同组分从而得到气体组分，往往用干基。 化肥、农药常指湿基，而硝酸、盐酸等则指干基。 选取基准后，就要确定着眼物料了。通常既可从所有物料出发，也可根据具体情况，从某组分或某元素着眼。对于有化学反应的过程，参加反应的组分不能被选作着眼物料。 列物料衡算方程式时计算中要注意单位一致。列方程时，要注意：物料平衡是关于质量的平衡，而不是关于体积或者摩尔数的平衡。只有密度相同时才可列关于体积的方程，根据元素守恒可列相应的关于摩尔数的方程。 物料衡算方程的基本形式为：（以下均为质量，若密度不变，也可用体积或体积流速） 输入+产生=输出+积累+消耗。 对于无反应的物理过程，没有产生和消耗，所以输入=输出+积累，如果是稳态过程，积累=0，则方程变为：输入=输出。以下分别对特定的单元操作讨论物料衡算关系。 1.输送：连续性方程，进管液体=出管液体；进泵液体=出泵液体 2.过滤：总平衡：输入的料浆=输出的滤液+输入的滤饼； 液体平衡：料浆中的液体=滤液中的液体+滤饼中的液体 3.蒸发：原料液=积累+母液+晶体+水蒸气 其他过程类似。值得注意的是，如果对于每个组分列物料衡算方程，则总衡算方程不用列出，因为其不独立。一般来说，对于无反应的物理过程，如果有n 个组分，就可以列出n个方程。 对于有化学反应的过程，物料衡算要更复杂一些，因为反应中原子重新组合，消耗旧物质，产生新物质，所以每一个物质的摩尔量和质量流速不平衡。此外，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物的收率等因素。为了有利于反应的进行，往往一种反应物要过量。因此在进行反应过程的物料衡算时，应考虑以上因素。对于不参加反应的惰性物质列衡算方程通常比较方便。通常来讲，总质量衡算和元素衡算用得较多，组分衡算对于有化学反应的过程不可以用。 有化学反应的过程物料衡算通常有以下几种方法：直接计算法、利用反应速率进行物料衡算、元素衡算法、化学平衡常数法、结点衡算法、联系组分衡算法等。
3 物料衡算 依据原理：输入的物料量=输出的物料量+损失的物料量 3.1 衡算基准 年生产能力：2000吨/年 年开工时间：7200小时 产品含量：99% 3.2 物料衡算 反应过程涉及一个氧化反应过程，每批生产的产品相同，虽然有原料对叔丁基甲苯和溶剂甲苯的循环，第一批以后循环的物料再次进入反应，但每批加料相同。在此基础上，只要计算第一个批次的投料量，以后加料一样。 反应釜内加热时间2h、正常的反应时间18h、冷却时间1h。加上进料和出料各半个小时，这个生产周期一共2+18+1+1=22h。所以在正常的生产后，每22小时可以生产出一批产品。每年按300天生产来计算，共开工7200小时，可以生产327个批次。要求每年生产2000吨对叔丁基苯甲酸，则每批生产2000÷327＝6.116吨。产品纯度99 %( wt %) 实际过程中为了达到高转化率和高反应速率，需要加入过量对叔丁基甲苯做溶剂，反应剩余的原料经分离后循环使用。 3.2.1 各段物料 (1) 原料对叔丁基甲苯的投料量 设投料中纯的对叔丁基甲苯为X kg，则由 C11H16C11H14O2 M 148.24 178.23 m x 6054.8 得x=6054.8×148.24÷178.23=5036.0 kg 折合成工业原料的对叔丁基甲苯质量为5036.0÷0.99=5086.9kg 实际在第一批生产过程加入的对叔丁基甲苯为6950.3kg （2）氧气的通入量 生产过程中连续通入氧气,维持釜内压力为表压0.01MPa,进行氧化反应。实
际生产过程中,现场采集数据结果表明,通入的氧气量为1556.8 kg，设反应消耗的氧气量为x kg 3/2O2C11H14O2 M 31.99 178.23 m x 6054.8 得x= 3/2×6054.8×31.99÷178.23=1630.1kg 此时采用的空气分离氧气纯度可达99%，因此折合成通入的氧气为1630.1÷0.99=1646.6 kg即在反应过程中，需再连续通入1646.6kg氧气。 （3）催化剂 催化剂采用乙酰丙酮钴(Ⅲ)，每批加入量10.4 kg （4）水的移出量 设反应生产的水为x kg H2O C11H14O2 M 18.016 178.23 m x 6054.8 得x=6054.8×18.016÷178.23=612 kg 产生的水以蒸汽的形式从反应釜上方经过水分离器移出。 3.2.2 设备物料计算 （1）计量槽 对叔丁基甲苯计量槽： 一个反应釜每次需加入的对叔丁基甲苯质量为3475.1÷2=3475.15 kg 对叔丁基甲苯回收计量槽：每批反应结束后产生母液1834.8kg 甲苯计量槽：每批需加入甲苯做溶剂，加入量为396.1 kg （2）反应釜：反应结束后，经过冷却、离心分离后，分离出水612kg，剩余的对叔丁基甲苯1834.8kg循环进入下一批产品的生产。分离出来的固体质量为：6950.3+10.4+1646.6-612-1834.8=6160.5 kg 。 （3）进入离心机的物料：6950.3＋10.4＋1646.6－1834.8－612=6160.5kg （4）脱色釜：分离机分离出来的粗产品移入脱色釜，加入甲苯做溶剂，加入量为396.1 kg，搅拌升温将产品溶解，再加入76.5 kg活性碳进行脱色。进入
一、精馏塔全塔物料衡算 )(:)(:)(:s kmol W s kmol D s kmol F 塔底残液流量塔顶产品流量进料量：塔底组成 ：塔顶组成、下同）：原料组成（摩尔分数x x x w D F a t F 4102.1?= 00F 46=x 00D 93=x 00W 1=x kmol kg 04.32=M 甲醇 kmol kg 02.18=M 水 原料甲醇组成： 00F 4.3202.18/5404.32/4604 .32/46=+= x 塔顶组成：00D 2.8802 .18/704.32/9304 .32/93=+=x 塔底组成：00W 6.002 .18/9904.32/104 .32/1=+=x 进料量： s kmol a t F 23 44 10205.23600 24300] 02.18/)324.01(04.32/324.0[10102.1102.1-?=??-+??=?= 物料衡算式为： x x x W D F W D W D F F +=+= 联立代入求解：3 108-?=D 2 10405.1-?=W 二、常压下甲醇—水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 1、温度 C C C o o o t t t t t t t t t 2.99.......................... 06.0100 31.509.9210076.66 (100) 2.887 .6441.871009.667.6452.68....................67.74.323.9026.967.79.883.90W W W D D D F F F =--=--=--=--=--=--：：： 精馏段平均温度： C o t t t 64.67276 .6652.682 D F 1=+= += 提馏段平均温度： C o t t t 86.832 76 .6652.682 W F 2 =+= +=
第二节精馏原理、第三节精馏塔物料衡算 复习 【学习目标】 1、理解精馏的原理，精馏过程及连续精馏的流程。 2、理解全塔物料方程、操作线方程，掌握有关的计算。 【学习过程】 一、简单蒸馏 1、简单蒸馏的定义： 2、简单蒸馏时一种、蒸馏操作。 3、简单蒸馏包含、和等设备。 4、随着蒸馏过程的进行，釜液中易挥发组分的含量不断，与之平衡的气相组成中易挥发组分的含量不断，釜中液体的泡点逐渐。 二、精馏原理 1、精馏过程就是将液相多次和将气相多次的过程，液体混合物经过 和后，便可以得到几乎完全的分离。 2、精馏装置的作用 ⑴塔板的作用 精馏塔塔板上气相中易挥发组分从上而下逐板；液相中难挥发组分从上而下逐渐；温度从上而下逐渐。 ⑵精馏段是指，其作用是 。 ⑶提馏段是指，其作用是 。 ⑷回流的作用 。⑸塔釜的作用 。 3、精馏连续进行的必要条件是。 4、精馏可以分为和。 三、精馏塔物料衡算的前提 1、为了简化精馏衡算，通常引入下列几种假设、、 和。 2、恒摩尔汽化是指 。 3、恒摩尔溢流是指 。 四、精馏塔物料衡算 1、精馏塔物料衡算包括、和。 2、全塔物料衡算的表达式为和。 3、精馏段操作线方程表达式为或。该方程的斜率分别为、；截距分别为、。 4、提馏段操作线方程表达式为或。该方程的斜率分别为、；截距分别为、。 5、精馏塔的进料状况包括(q )、(q )、 ( q )、(q )和(q )。 6、进料热状况参数表达式为，当进料状况为液体时，表达式为 。 7、进料状况方程(q线方程)的表达式为，代表提馏段操作线和精馏段操作线焦点轨迹方程。 8、精馏段操作线、提馏段操作线和进料状况操作线与对角线交点分别为、 和。 【基础练习】 1、在精馏塔内自上而下，气相中易挥发组分的含量逐板( ) A、增多 B、减少 C、不变 D、先减少后增多 2、在精馏操作中自上而下，精馏塔内温度的变化情况( )
计算题： 1. 在离心过程中将含有25％(质量比)的诺氟沙星料浆进行过滤，料浆的进料流量为2000Kg/h。滤饼含有90％的固体，而滤液含有1％的固体，试计算滤液和滤饼的流量？（答案：1460.7Kg/h；539.3Kg/h） 2.一精馏塔的进料流量为loooKg/h，组成(质量％)为：苯60％，甲苯25％，二甲苯15％。精馏塔顶馏出物的组成(质量％)为：苯94％，甲苯 3.5％，二甲苯2.5％。塔底产物中的二甲苯占进料二甲苯的95％。求馏出物、塔底产物的流量和塔底产物的组成。 （答案见下表） 3.某药厂用清水吸收含有5%（体积）SO2的混合气，需处理的混合气量为1000m3/h，吸收率为90%，吸收水温20℃，操作压力1atm，试计算用水量。已知SO2溶解度数据如下（20℃）：
SO 2 [kgSO 2／100kg H 2O] 1 0.7 0.5 0.3 0.2 0.15 液面上S02分压[mmHg] 59 39 26 14.7 8.4 5.8 （答案：26100Kg/h ） 4.过量10%的硫酸加到乙酸钙中制备乙酸，反应方程式如下： Ca(Ac)2+H 2 SO 4 CaSO 4+2HAc 反应收率为90%，未反应的乙酸钙和硫酸则从产物中分离出来，参见下面流程。以100Kg/h 进料为基准，计算： （1）每小时的循环量。 （2）每小时制成的乙酸的千克数。 （答案：110Kg 乙酸钙/h ；760 Kg 乙酸/h ） 5.水杨酸钠从水溶液重结晶处理工艺是将每小时4500mol 含33.33%（mol ）的水杨酸钠新鲜溶液和另一股含有36.36%（mol ）水杨酸钠的循环液合并加入至一台蒸发器中，蒸发温度为120℃，用0.3MPa 的蒸汽加热。从蒸发器放出的浓缩料液含49.4%（mol ）水杨酸钠进入结晶罐，在结晶罐被冷却，冷至40℃，用冷却水冷却（冷却水进出口温度5℃）。然后过滤，获得含水杨酸钠结晶滤饼和含有36.36%（mol ）水杨酸钠的滤液循环，滤饼中的水杨酸钠占滤饼总物质量的95%。流程见下图，试计算： （1）蒸发器蒸发出水量。 （2）循环液（mol ）/新鲜液（mol ）的比率。 （3）蒸发器和结晶罐的投料比（mol ）。
化工原理课程设计任务书一 一、设计题目：乙醇精馏塔 二、设计任务及条件 （1）、进料含乙醇38.2%，其余为水（均为质量分率，下同） （2）、产品乙醇含量不低于93.1%； （3）、釜残液中乙醇含量不高于0.01%； （4）、生产能力5000T/Y乙醇产品，年开工7200小时 （5）、操作条件： ①间接蒸汽加热；②塔顶压强：1. 03 atm（绝对压强） ③进料热状况：泡点进料；④回流比：R=5 ⑤单板压降：75mm液柱 三、设计内容 （1）、流程的确定与说明； （2）、塔板和塔径计算； （3）、塔盘结构设计： i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；ii. 流体力学验算；iii. 塔板负荷性能图。（4）、其它：i. 加热蒸汽消耗量；ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量 四、设计成果 （1）设计说明书一份； （2）A4设计图纸包括：流程图、精馏塔工艺条件图。 化工原理课程设计任务书(6) (一) 设计题目 乙醇-水连续精馏塔的设计 (二) 设计任务及操作条件 1) 进精馏塔的料液含乙醇25%（质量分数，下同），其余为水； 2) 产品的乙醇含量不得低于94%； 3) 残液中乙醇含量不得高于0.1%； 4) 生产能力为日产（24小时）吨94%的乙醇产品； 5) 操作条件 a) 塔顶压力 4kPa（表压） b) 进料热状态自选 c) 回流比自选 d) 加热蒸气压力 0.5MPa（表压） e) 单板压降≤0.7kPa。 (三) 塔板类型
浮阀塔。 (四) 厂址 厂址为武汉地区。 (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（A2号图纸）； 2) 绘制精馏塔设计条件图（A2号图纸）。 3.4 浮阀精馏塔设计实例 3.4.1 化工原理课程设计任务书 1 设计题目：分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计 2 原始数据及条件 生产能力：年处理乙醇-水混合液14.0万吨（开工率300天/年）原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量不低于95%
1 8.3干燥过程的物料衡算与热量衡算 干燥过程是热、质同时传递的过程。进行干燥计算，必须解决干燥中湿物料去除的水分量及所需的热空气量。湿物料中的水分量如何表征呢？ 湿物料中的含水量有两种表示方法 1.湿基含水量w 湿物料总质量 湿物料中水分的质量= w kg 水/kg 湿料 2.干基含水量X 量 湿物料中绝干物料的质湿物料中水分的质量= X kg 水/kg 绝干物料 3.二者关系 X X w +=1w w X -=1 说明：干燥过程中，湿物料的质量是变化的，而绝干物料的质量是不变的。因此，用干基含 水量计算较为方便。 图8.7 物料衡算 符号说明： L ：绝干空气流量，kg 干气/h ； G 1、G 2：进、出干燥器的湿物料量，kg 湿料/h ； G c ：湿物料中绝干物料量，kg 干料/h 。 产品 G 2, w 2, (X 2), θ2 G 1, w 1, (X 1), θ1 L, t 2 , H 2
目的：通过干燥过程的物料衡算，可确定出将湿物料干燥到指定的含水量所需除去的水分量及所需的空气量。从而确定在给定干燥任务下所用的干燥器尺寸，并配备合适的风机。 1.湿物料的水分蒸发量W[kg 水/h] 通过干燥器的湿空气中绝干空气量是不变的，又因为湿物料中蒸发出的水分被空气带 走，故湿物料中水分的减少量等于湿物料中水分汽化量等于湿空气中水分增加量。即： [])]([][)(1221221121H H L W X X G w G w G G G c -==-=-=- 所以：1212221 1 2111w w w G w w w G G G W --=--=-= 2.干空气用量L[kg 干气/h] 1212) (H H W L H H L W -=∴-=Θ 令121H H W L l -== [kg 干气/kg 水] l 称为比空气用量，即每汽化1kg 的水所需干空气的量。 因为空气在预热器中为等湿加热，所以H 0＝H 1，0 21211H H H H l -=-=，因此l 只与空气的初、终湿度有关，而与路径无关，是状态函数。 湿空气用量：)1(0'H L L += kg 湿气/h 或)1(0'H l l += kg 湿气/kg 水 湿空气体积：H s L V υ= m 3湿气/h 或H s l V υ=' m 3湿气/kg 水 通过干燥器的热量衡算，可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出空气的状态。作为计算空气预热器和加热器的传热面积、加热剂的用量、干燥器的尺寸或热效率的依据。 1.流程图 温度为，湿度为H 0，焓为的新鲜空气，经加热后的状态为t 1、H 1、I 1，进入干燥器与湿物料接触，增湿降温，离开干燥器时状态为t 2、H 2、I 2，固体物料进、出干燥器的流量为G 1、G 2，温度为θ1、θ2，含水量为X 1、X 2。通过流程图可知，整个干燥过程需外加热量有两处，预热器内加入热量Q p ，干燥器内加入热量Q d 。外加总热量Q ＝Q p ＋Q d 。将Q 折合
物料衡算和热量衡算 以下计算部分将对石灰石-石膏法的脱硫工艺进行物料衡算、热量衡算、反应器的设计和换热器的设计等具体的步骤 物料衡算简化运算条件：物料衡算主要针对脱硫装置系统（即喷淋塔）和制浆系统（石灰石浆液）来进行的，两个系统之间来联系的纽带是在脱硫塔内进行的脱硫反应，即钙硫比（Ca/S）（选择为1.02,下面将详细论述）。以下条件在计算方法中被简化 （1）不包括吸收塔的损失 （2）假设烟气带入的粉尘为零 （3）假设工艺水和石灰石不含杂质 （4）假设原烟气和净烟气没有夹带物代入和带出系统 （5）假设没有除雾器冲洗水 （6）假设没有泵的密封水 （7）假设工艺系统是封闭的，没有环境物质的进入和流出 3.1吸收系统物料衡算和相关配置 喷淋塔内主要进行脱硫反应，由锅炉引风压机引来的烟气，经过增压风机升压后，从吸收塔中下部进入吸收塔，脱硫除雾后的净烟气从吸收塔顶部侧向离开吸收塔，塔的下部为浆液池。 前面已经详细地介绍了脱硫反应的机理，由此可知反应的物料比例为 CaCO3s Ca s 1.02S s 1.02SO2 1.02 : 1.02 : 1 : 1 设原来烟气二氧化硫SO2质量浓度为 a （mg/m3）,根据理想气体状态方程 PV二nRT 可得：7700mg/m3273K amg/m3(273 145)K 求得： 4 4 a=1.18X 104mg/m4 而原来烟气的流量（145C时）为20X 104（m3/h）换算成标准状态时（设为V a） 200000m3/h (145 273)K V a273K 求得 V a=1.31 X 105 m3/h=36.30 m3/s 故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为
物料衡算和热量衡算 物料衡算 根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。 物料衡算的基础 物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。 ∑G1=∑G2+∑G3+∑G4 ∑G2：——输人物料量总和； ∑G3：——输出物料量总和； ∑G4：——物料损失量总和； ∑G5：——物料积累量总和。 当系统内物料积累量为零时，上式可以写成： ∑G1=∑G2+∑G3 物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。 物料衡算的基准 (1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。 (2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。 消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消耗的原材料量。 制剂车间的消耗定额及消耗量计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。 热量衡算 制药生产过程中包含有化学过程和物理过程，往往伴随着能量变化，因此必须进行能量衡算。又因生产中一般无轴功存在或轴功相对来讲影响较小，因此能量衡算实质上是热量衡算。生产过程中产生的热量或冷量会使物料温度上升或下降，为了保证生产过程在一定温度下进行，则外界须对生产系统有热量的加入或排除。通过热量衡算，对需加热或冷却设备进行热量计算，可以确定加热或冷却介质的用量，以及设备所需传递的热量。 热量衡算的基础
课程设计题目 浮阀精馏塔连续回收乙醇与水混合物中的乙醇设计 姓名：黄同月 学号：3212003902（30号） 班级：121103班 指导老师：罗儒显 完成时间：2014年9月18日
目录 一.板式精馏塔工艺设计内容及任务 (3) 1.1设计背景 (3) 1.2设计目的 (4) 1.3设计题目 (4) 1.4设计的要求 (4) 1.5设计条件及操作条件 (4) 1.6 浮阀塔及筛板塔的特性 (5) 1.6.1 浮阀塔的特性 1.6.2筛板塔的特性 二. 精馏塔工艺的设计 (6) 2.1精馏塔全塔物料衡算 (6) 2.2 理论塔板的计算 (7) 2.2.1最小回流比及操作回流比 2.2.2精馏段操作曲线 2.2.3提馏段操作曲线 2.2.4作直角阶梯图求理论塔板 2.3实际塔板数计算 (9) 2.4常用数据一览表 (9) 三.精馏塔尺寸计算 (9) 3.1塔径的初步设计 (10) 3.1.1塔径 3.1.2总塔高 3.2塔板主要工艺尺寸 (13) 3.2.1溢流装置 3.2.2降液管宽度W d 与降液管面积A f 3.2.3降液管底隙高度h 3.2.4筛板的布置 3.2.5开孔区面积 3.3浮阀数目及排列 (16) 3.3.1浮阀数目N 3.3.2阀孔排列 3.4各接管尺寸的确定 (17) 3.4.1进料管 3.4.2塔釜残夜出料管 3.4.3回流管 3.4.4塔顶上升蒸汽管
3.4.5水蒸气进口管 3.5精馏塔主要附属设备 (19) 3.5.1冷凝器 3.5.2再沸器 3.5.3除沫器 3.5.4法兰 3.5.5视镜 3.5.6塔体壁厚 3.5.7筒体与封头 四.流体力学验算 (21) 4.1气体通过浮阀塔版的压力降（单板压降） (21) 4.1.1干板阻力h c 4.1.2板上充气液阻力h 1 4.1.3由表面张力引起的阻力 4.2漏液验算 (21) 4.3液泛验算 (21) 4.4雾沫夹带验算 (22) 五.操作性能负荷图 (22) 5.1气相负荷下限线（又称漏液线），记为线1 (24) 5.2过量雾沫夹带线（又称为气相负荷上限线），记为线2 (24) 5.3液相负荷下限线，记为线3 (24) 5.4液相负荷上限线，记为线4 (25) 5.5液泛线，记为线5 (25) 六.浮阀塔板工艺设计结果一览表 (26) 七.参考文献 (27) 八.设计心得 (28) 一.板式精馏塔工艺设计内容及任务 1.1设计背景 随着世界石油资源的减少,作为生物燃料的无水乙醇在今后的动力燃料中可能占一席之地，而无水乙醇与汽油混合(俗称汽油醇) 可作为内燃机的燃料就成为
物料衡算 产品组成分析 工厂设计为年产精甲醇20万吨，开工时间为每年330天，采用连续操作，则每小时精甲醇的产量为（=200,000/330/24）吨，即t/h。 精馏工段 通过三塔高效精馏工艺，精甲醇的纯度可达到%，三塔精馏工艺中甲醇的收率达97%。则入预精馏塔的粗甲醇中甲醇量=h。由粗甲醇的组成通过计算可得下表： 表2 粗甲醇组成 组分百分比产量 甲醇% h 即h 二甲醚%kmol/h 即m3/h 高级醇（以异丁醇计）%h 即m3/h 高级烷烃（以辛烷计）%h 即h 水%h 即h 粗甲醇100%h 注；设计中的体积都为标准状态下 计算方法: 粗甲醇==h 二甲醚=×%=h即h，h 高级醇（以异丁醇计）=×%=h即h，h 高级烷烃（以辛烷计）=×%=h即h，h 水=×%=h即h，h 合成工段 （1）合成塔中发生的反应: 主反应CO+2H2=CH3OH （1） CO2+3H2=CH3OH+H2O （2） 副反应2CO+4H2=（CH3O）2+H2O （3） CO+3H2=CH4+H2O （4）
4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （5） 8CO+17H2=C18H18+8H2O （6） CO2+H2=CO+H2O （7） （2）粗甲醇的合成 工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇就会产生（标态）的甲烷，即设 计中每小时甲烷产量为h，h。 由于甲醇入塔气中水含量很少，忽略入塔气带入的水。由反应（3）、（4）、（5）、（6）得出反应（2）、（7）生成的水分为； －－－×3－×8=h 由于合成反应中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要发生逆变反应生成一氧化碳，且入塔气中二氧化碳的含量一般不超过5%，所以计算中忽略反应（2）。则反应（7）中二氧化碳生成了h，即h的水和一氧化碳。（计算水汽变换反应） （3）粗甲醇中的溶解气体量 粗甲醇中气体溶解量查表5Mpa、40℃时，每一吨粗甲醇中溶解其他组成如下表： 表3 吨粗甲醇中合成气溶解情况（已知） 气体H2CO CO2N2Ar CH4 溶解量（m3/t粗甲醇） 则粗甲醇中的溶解气体量为： H2=×=m3/h 即h CO=×=h 即h CO2=×=h 即h N2=×=h 即h Ar=×=h 即h CH4=×=h 即h （4）粗甲醇中甲醇扩散损失 40℃时,液体甲醇中释放的溶解气中,每立方米含有37014g的甲醇, 假设减压后液
kmol kg M A /11.78=板式连续精馏塔设计任务书 一、 设计题目：分离苯—甲苯系统的板式精馏塔设计 试设计一座分离苯—甲苯系统的板式连续精馏塔，要求原料液的年处理量 为 45000 吨，原料液中苯的含量为 30 %，分离后苯的纯度达到 95 %，塔底流出液中苯含量不得 高于1%(以上均为质量百分数)。 二、 操作条件 1. 塔顶压强： 4kPa(表压) 2. 进料热状态： Q=1 3. 回流比： 最小回流比的1.6倍 加热蒸汽压强： 101.3kPa 单板压降： ≤ 0.7kPa 三、 塔板类型：浮阀塔 四、 生产工作日 每年300天，每天24小时运行 全塔物料衡算 1.1 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 苯的摩尔质量： 甲苯的摩尔质量： 3 .192/70.01.178/30.01 .178/30.0+= F x =0.336 3.192/0 4.01.178/96.01 .178/96.0+=D x =0.983 3 .192/99.01.178/01.01 .178/01.0+= W x =0.0117 F M =0.3×78.11+0.7×92.13=87.924(kg/kmol) kmol kg M B /13.92=
D M =0.96×78.11+0.04×92.13=78.671(kg/kmol) W M =0.01×78.11+0.99×92.13=91.990(kg/kmol) 1.2物料衡算 原料处理量：F=45000×1000/(300×24×87.924)=71.084kmol/h 总物料衡算：71.084=D+W 苯物料衡算：71.084×0.3=0.96D+0.01W 联合解得 ：D =21.699kmol/h W=49.385kmol/h 最少回流比：由q=1和平衡线交点画图的出。（附图1） 塔板数的确定 2.1理论板数的求取 苯-甲苯属理想体系，可采用图解法球理论板层数。 ① 由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出t-x-y 图与x-y 图。 ② 作图法求最小回流比及操作回流比。如图1-1。由，336.0==f q x x 从图中读得 5111.0=q y 所以最小回流比为 336 .0511.0511 .0966.0m i n --= R =1.93 取操作回流比为 088.393.16.16.1min =?==R R 精馏塔打气、液相负荷 L=RD=3.088×21.699=67.007kmol/h V=(R+1)D=(3.088+1)21.699=88.706kmol/h L'=L+F=66.007+71.084= 138.091kmol/l V'=V=88.706 kmol/h 操作线方程: