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设计题目：废丙酮溶媒回收过程填料精馏塔设计学 院：__________________________ 班 级：_________________________ 指导教师：__________________________ 学生姓名：__________________________成 绩：__________________________药学院 制药工程102 郭莉 顾薇《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252、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8.5废丙酮溶媒处理量___________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一、前言1．项目来源及开发意义2．精馏塔的选择依据2.1塔型2.2填料类型二、工艺设计要求三、工艺过程设计计算1．物料衡算2．填料精馏塔计算3．冷凝器和再废器计算与选择四、问题讨论五、求塔板数图六、生产工艺流程图七、填料精馏塔设计条件图八、液体分布器图参考文献前言在制药化工生产中，常采用精馏的方式对液体混合物进行分离和提纯。
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。
丙酮~水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。
化工原理课程设计题系目:丙酮-水分离板式回收塔设计别: 化学与材料工程系专业: 化学工程与工艺学号: 1303022014姓名：指导教师：附: 回收塔设计任务书一、设计题目丙酮与水分离板式回收塔设计二、设计任务及操作条件1、生产能力（进料量）：300000吨/年2、操作周期：7200 小时/年。
3、进料组成： 6.2%（质量分率，下同）。
4、塔顶产品组成：＞72%。
5、塔底产品组成：＜0.02%。
6、操作压力：塔顶为常压。
7、进料热状态：自选。
8、加热蒸汽：低压蒸汽。
9、设备类型：筛板、浮阀塔板10、回收率: n = 99%11、厂址：安徽地区。
三、设计内容设计方案的选择及流程说明。
塔的工艺计算。
主要设备工艺尺寸设计：塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定；塔板的流体力学校核；塔板的负荷性能图；总塔高、总压降及接管尺寸的确定丙酮- 水分离板式回收塔设计4、辅助设备选型及计算。
5、设计结果汇总。
6、设计评述。
7、工艺流程图及塔工艺条件图附图一：回收塔的工艺流程图。
附图二：回收塔的工艺条件图。
附图三：槽式液体分布器目录一、前言 (1)1.1 塔设备的类型 (1)1.2 操作条件确定 (2)1.3 换热器的选择 (3)1.4 泵的选择 (4)二、设计说明书符号表 (4)三、丙酮与水有关物性数据 (6)3.1 水和丙酮的性质 (6)四、精馏塔的工艺设计 (9)4.1 液相浓度计算 (9)4.2 温度计算 (10)4.3 气相组成计算 (10)4.4 平均相对挥发度的计算............................................ 1.1.4.5 物料衡算........................................................ 1.1..4.6 提馏段操作线方程 (12)4.7 逐板法确定理论板数及进料位置 (13)4.8 全塔效率的计算 (13)4.8.1 粘度计算 (13)4.8.2 板效率计算 (14)4.9 实际塔板数及加料位置的计算 (14)4.10 物性数据计算 (14)4.10.1 密度计算 (14)丙酮- 水分离板式回收塔设计4.10.2 摩尔组成计算 (16)4.10.3 操作压力计算 (17)4.10.4 混合液体表面张力计算 (17)4.11 精馏塔的主要工艺尺寸的计算 (21)4.11.1 体积流量的计算 (21)4.11.2 塔径的计算 (22)4.11.3 溢流装置的计算 (23)4.12 精馏塔流体力学校核 (24)4.12.1 塔板压降 (24)4.12.2 液面落差 (24)4.12.3 液沫夹带 (25)4.12.4 漏液 (25)4.12.5 液相负荷下限线 (25)4.12.6 液相负荷上限线 (26)4.12.7 液泛线 (26)五、热量衡算 (28)5.1 塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷 (28)5.1.1 冷凝器的热负荷 (28)5.1.2 再沸器的热负荷 (28)5.2 塔的辅助设备的设计计算 (29)5.2.1 冷凝器和再沸器的计算与选型 (29)1、冷凝器的计算与选型 (29)丙酮- 水分离板式回收塔设计2、再沸器的设计选型 (30)5.3 泵的设计选型 (30)5.3.1 塔总高度计算 (30)5.3.2 进料管线管径 (31)5.3.3 原料泵的选择 (32)六、参考文献 (34)七、结束语 (35)一、前言丙酮是重要的有机合成原料，用于生产环氧树脂、聚碳酸酯、有机玻璃、医药、农药等。
丙酮溶媒回收过程填料精馏塔设计（封面）XXXXXXX学院废丙酮溶媒回收过程填料精馏塔设计报告题目：院（系）：专业班级：学生姓名：指导老师：一.前言1.1课题来源及意义1.2精馏塔的选择依据二．工艺设计要求2.1 进料要求2.2 分离要求2.3 物料衡算2.4 操作条件2.5 塔径计算2.6精馏段与提馏段物性参数三．工艺过程设计计算3.1泛点率3.2喷淋密度核算3.3塔高计算3.4 压降计算3.5液体分布器计算3.6布液器设计3.7 接管管径计算四．冷凝器和再沸器选型4.1 冷凝器计算选型4.2再沸器计算选型五．分析与讨论前言1.1 课题来源及意义药物生产的过程中经常会用到结晶的操作以提高产物的纯度，但是结晶操作中的洗涤步骤却需要使用大量的溶媒，这些溶媒的处理问题就成为了工艺设计过程中一个需要重点考量的问题。
例如，在盐酸四环素药物生产过程中，需要用丙酮溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废丙酮溶媒，其主要含大量丙酮和少量水。
废丙酮溶媒的来源如下图示：图1-1 盐酸四环素生产流程示意图废液中由于含有大量丙酮，不能直接排放到环境中，如果进行丙酮回收，既可以降低生产费用，又能使废水排放达到生产要求。
因此，将废丙酮回收，降低排放废水中的丙酮含量，从而产生社会效益和经济效益，是一个很重要的课题。
化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；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，能画出工艺流程、塔板结构等图形。
在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
本课程设计的主要任务是对废丙酮溶媒回收中的回收塔系统进行初步的工艺计算，并且给出工艺设计图。
1.2 精馏塔的选择依据1.2.1 填料塔选择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。
填料吸收塔工艺设计框①n=0.6～0.8水吸收丙酮填料吸收塔1、设计用水吸收丙酮常压填料塔，其任务及操作条件。
（1）混合气（空气，丙酮，蒸气）处理量1000m/h。
（2）进塔混合气含丙酮体积分数1.65%，相对温度70%，温度35%。
（3）进塔吸收剂（清水）的温度25%。
（4）丙酮回收率82%。
（5）操作压力为常压操作。
2、吸收工艺流程的确定采用常规逆流操作流程，流程说明从略3、物料计算（1）进塔气体中各组分含量近似取塔平均操作压 混合气量n=1000× 273 kmol/h 273+35混合气体中丙酮含量n=39.57*0.0165=0.65kmol/h M=0.56*58=37.7kg/h 查附录（化工原理），35C 饱和水蒸汽压强为5623.4Pa ，则每Kmol 相对温度为70%的混合气体中含水蒸汽量。
/Kmol （空气+丙酮）=1.54（Kmol/h ） m=1.54×18=27.72 （Kg/h ）混合气体中空气量n=39.57-0.65-1.54=37.38 （Kmol/h ） m=37.38×29=1084.02 （Kg/h ） （2）混合气体进出塔（物质的量）组成 已知：y 1=0.0165 Y 2=0.003（3）混合气体进出塔（物质的量）组成若将气体与水蒸气视为惰性气体，则惰性量n=37.38+1.542=38.92（Kmol/h ） m=1084.02+27.72=1111.74（Kg/h ）Y 丙酮/ KmolY =0.003 Kmol/h 丙酮/ Kmol （4×（1-0.82）=39.037（Kmol/h ）M=1111.74+37.7×0.18=1118.53（Kg/h ） 4、热量衡算热量衡算为计算液相对温度的变化，以判断是否为等温吸收过程，假设丙酮溶于水放出的热量全部被水吸收，且本略气相温度变化及塔的散热损失（塔的保温良好）查于（化工工艺算图）常用物料物性数据。
（封面）XXXXXXX学院废丙酮溶媒回收过程填料精馏塔设计报告题目：院（系）：专业班级：学生姓名：指导老师：一.前言1.1课题来源及意义1.2精馏塔的选择依据二．工艺设计要求2.1 进料要求2.2 分离要求2.3 物料衡算2.4 操作条件2.5 塔径计算2.6精馏段与提馏段物性参数三．工艺过程设计计算3.1泛点率3.2喷淋密度核算3.3塔高计算3.4 压降计算3.5液体分布器计算3.6布液器设计3.7 接管管径计算四．冷凝器和再沸器选型4.1 冷凝器计算选型4.2再沸器计算选型五．分析与讨论前言1.1 课题来源及意义药物生产的过程中经常会用到结晶的操作以提高产物的纯度，但是结晶操作中的洗涤步骤却需要使用大量的溶媒，这些溶媒的处理问题就成为了工艺设计过程中一个需要重点考量的问题。
例如，在盐酸四环素药物生产过程中，需要用丙酮溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废丙酮溶媒，其主要含大量丙酮和少量水。
废丙酮溶媒的来源如下图示：图1-1 盐酸四环素生产流程示意图废液中由于含有大量丙酮，不能直接排放到环境中，如果进行丙酮回收，既可以降低生产费用，又能使废水排放达到生产要求。
因此，将废丙酮回收，降低排放废水中的丙酮含量，从而产生社会效益和经济效益，是一个很重要的课题。
化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；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，能画出工艺流程、塔板结构等图形。
在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
本课程设计的主要任务是对废丙酮溶媒回收中的回收塔系统进行初步的工艺计算，并且给出工艺设计图。
1.2 精馏塔的选择依据1.2.1 填料塔选择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。
《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：______10级制药1班___________指导教师：_____ _____________________学生姓名：____ ___________________成绩：__________________________一、前言 (3)1.1项目来源及开发意义 (3)1.2精馏塔的选择依据 (3)1.2.1塔型 (3)1.2.2填料类型 (4)二、设计工艺要求 (4)2.1进料要求 (4)2.2分离要求 (4)2.3塔顶冷凝器设计要求 (4)2.4塔釜再沸器设计要求 (5)2.5液体分布器设计要求 (5)2.6接管管径设计要求 (5)三、工艺过程设计计算 (5)3.1物料横算——确定塔顶、塔釜、进料流量及摩尔分率 (5)3.1.1塔顶、塔釜、进料摩尔分率 (5)3.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)3.1.3物料衡算 (6)3.2填料精馏塔计算 (6)3.2.1操作条件的计算 (6)3.2.2塔径的确定——D=83.2.3填料层高度的确定 (13)3.2.4填料层压降的计算 (13)3.2.5液体分布器设计计算 (14)3.2.6接管管径的确定 (14)3.3冷凝器和再沸器的计算与选型 (16)3.3.1冷凝器 (16)3.3.2再沸器 (17)四．设计方案讨论 (18)一、前言塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备，用以实现蒸馏的塔设备称为蒸馏塔，这类塔设备的基本功能在于提供气、液两相充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行，还要能使接触之后的气液两相及时分开，互不夹带。
根据塔内气液接触部件的结构形式，可将塔设备分为两大类：板式塔和填料塔。
板式塔内沿塔高度装有若干层塔板，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔釜，并在各块板面上形成流动的液层，气体靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。
丙酮精馏填料塔课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握丙酮精馏填料塔的基本原理、设计和应用。
通过本课程的学习，学生应能够：1.描述丙酮精馏填料塔的工作原理和特点。
2.分析并评价填料塔的设计参数和性能。
3.应用丙酮精馏填料塔进行实际问题的分析和解决。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.丙酮精馏填料塔的基本原理：介绍丙酮精馏填料塔的工作原理、分类和性能。
2.填料塔的设计：讲解填料塔的设计方法、参数选择和计算。
3.填料塔的应用：分析丙酮精馏填料塔在实际工业中的应用和案例。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法：1.讲授法：通过讲解丙酮精馏填料塔的基本原理、设计和应用，使学生掌握相关知识。
2.案例分析法：分析实际案例，使学生更好地理解丙酮精馏填料塔的应用。
3.实验法：安排实验室实践，让学生亲身参与丙酮精馏填料塔的设计和操作。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选择合适的教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，拓展学生的知识视野。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，增强课堂的趣味性和生动性。
4.实验设备：准备实验所需的设备，让学生亲身体验丙酮精馏填料塔的操作。
五、教学评估本课程的评估方式将包括平时表现、作业和考试等方面，以全面、客观地评估学生的学习成果。
1.平时表现：通过课堂参与、提问和讨论等方式，评估学生的课堂表现和积极性。
2.作业：布置相关的作业，评估学生的理解和应用能力。
3.考试：安排期末考试，全面测试学生对丙酮精馏填料塔知识的掌握程度。
六、教学安排本课程的教学安排将紧凑合理，确保在有限的时间内完成教学任务。
具体安排如下：1.教学进度：按照教学大纲，有序地进行教学内容的讲解和实践。
2.教学时间：根据学生的作息时间，合理安排课堂时间和课后实践时间。
3.教学地点：选择适当的教室和实验室，为学生提供良好的学习环境。
环境工程原理课程设计题目水吸收丙酮填料塔设计学院专业班级学生姓名学生学号指导教师2014年6月16日目录第一章设计任务书 (3)1.1 设计题目 (3)1.2 设计任务及操作条件 (3)1.3 设计内容 (3)1.4 设计要求 (3)第二章设计方案的确定 (4)2.1 设计方案的内容 (4)2.1.1 流程方案的确定 (4)2.1.2 设备方案的确定 (4)2.2 填料的选择 (5)第三章吸收塔的工艺计算 (6)3.1 基础物性数据 (6)3.1.1 液相物性数据 (6)3.1.2 气相物性数据 (6)3.1.3气液平衡相数据 (7)3.2 物料衡算 (7)3.3 填料塔塔径的计算 (8)3.3.1 泛点气速的计算 (8)3.3.2 塔径的计算及校核 (9)3.4.1 气相总传质单元数的计算 (10)3.4.2 气相总传质单元高度的计算 (10)3.5 填料塔流体力学校核 (12)3.5.1 气体通过填料塔的压降 (12)3.5.2 泛点率 (13)3.5.3 气体动能因子 (13)第四章塔内辅助设备的选择和计算 (13)4.1 液体分布器 (13)4.2 填料塔附属高度 (14)4.3 填料支承装置 (15)4.4 填料压紧装置 (15)4.5 液体进、出口管 (15)4.6 液体除雾器 (16)4.7 筒体和封头 (17)4.8 手孔 (17)4.9 法兰 (17)4.10 裙座 (19)第五章设计计算结果总汇表 (20)第六章课程设计总结 (23)参考文献 (24)附录 (25)第一章设计任务书1.1 设计题目水吸收丙酮填料塔设计1.2 设计任务及操作条件（1）气体处理量：1820 m3/h（2）进塔混合气含丙酮5%（V ol），进塔温度35℃（3）进塔吸收剂（清水）温度：25℃，吸收剂的用量为最小用量的1.3倍（4）丙酮回收率：90%（5）操作压力：常压（6）每天工作24小时，一年300天1.3 设计内容（1）确定吸收流程（2）物料衡算，确定塔顶塔底的气液流量和组成（3）选择填料、计算塔径、填料层高度、填料分层、塔高（4）流体力学特性校核：液气速度求取、喷淋密度校核、填料层压降计算（5）附属装置的选择与确定：液体喷淋装置、液体再分布器、气体进出口及液体进出口装置、栅板1.4 设计要求（1）设计说明书内容①目录和设计任务书②流程及流程说明③设计计算及结果总汇表④对设计成果的评价及讨论⑤参考文献（2）绘制填料塔设计图第二章设计方案的确定2.1 设计方案的内容2.1.1 流程方案的确定本工艺采用清水吸收丙酮，为易溶气体的吸收过程，由于逆流操作传质推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高，故选用逆流操作，即气体自塔低进入由塔顶排出，液体自塔顶进入由塔底排出。
精馏塔的工艺条件及有关物性数据目录1. 设计方案简介 (1)1.1设计的方案 (1)1.2设计工艺 (1)1.3设计内容 (1)2. 工艺计算 (1)2.1 .1水和丙酮物性数据 (1)2.1.2全塔物料衡算 (2)2.1.3塔板数的确定 (2)2 .1.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (2)2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (3)2.2.1 塔径的计算 (3)2.2.2塔高的计算 (5)2.2.3 塔板压降计算 (7)2.2.4塔板负荷性能图 (8)3. 辅助设备的计算及选型 (8)3.1 填料支承设备 (9)3.2填料压紧装置 (9)3.3液体再分布装置 (9)4. 设计一览表 (9)5. 后记 (10)6. 参考文献 (10)7. 主要符号说明 (10)8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）1.设计方案简介1.1设计的方案在抗生素类药物生产过程中，需要用丙酮溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废丙酮溶媒，其组成为含丙酮__50%__、水___50%__（质量分数）。
为使废丙酮溶媒重复使用，拟建立一套板式精馏塔，以对废丙酮溶媒进行精馏。
得到含水量≤0.5%的丙酮溶液；或者丙酮回收率为98%。
设计要求废丙酮溶媒的处理量为__31000__吨/年，塔底废水中丙酮含量≤__0.05%__（质量分数）。
1.2设计工艺生产能力：31000吨/年（料液）年工作日：300天原料组成：50%丙酮，50%水（质量分率，下同）产品组成：馏出液 99.5%丙酮，釜液0.5%丙酮操作压力：塔顶压强为常压进料温度：泡点进料状况：泡点加热方式：直接蒸汽加热回流比：自选1.3设计内容1、确定精馏装置流程，绘出流程示意图。
2、工艺参数的确定基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。
3、主要设备的工艺尺寸计算板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。
4、流体力学计算流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。
《化工传质与分离过程》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：班级：指导教师：学生姓名：成绩：《化工传质与分离过程》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252、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______10_____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，填料规格自选三、设计计算内容1、物料衡算2、填料精馏塔计算1）操作条件的确定 2）塔径的确定3）填料层高度的确定 4）填料层压降的计算5）液体分布器设计计算 6）接管管径的计算3、冷凝器和再沸器的计算与选型4、填料精馏塔设计条件图5、废丙酮溶媒回收过程工艺流程图目录一、前言 (5)1.1课题的来源及背景 (5)1.2课题的意义 (5)1.3精馏塔的选择依据 (6)二、工艺设计要求 (7)2.1进料要求 (7)2.2分离要求 (7)2.3液体分布器设计要求 (7)2.4接管管径设计要求 (7)2.5塔顶冷凝设计要求 (7)2.6塔釜再沸器设计要求 (7)2.7填料层设计要求 (7)三、工艺过程设计计算 (8)3.1物料衡算 (8)3.1.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率 (8)3.1.2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量 (8)3.1.3物料恒算 (8)3.1.4原料液及塔顶、塔釜产品的质量流率 (8)3.1.5物料恒算表 (9)3.2精馏塔设计计算 (9)3.2.1操作温度 (9)3.2.2塔径计算 (12)3.2.2.1计算最小回流比及理论板数 (13)3.2.2.2计算精馏段和提馏段的物性参数 (14)3.2.2.3采用埃克特通用关联图计算泛点气速及塔径 (16)3.2.2.4圆整塔径后验算 (18)3.2.3塔高计算 (18)3.2.3.1填料层高度 (18)3.2.3.2填料层高度校核 (19)3.2.4压降计算 (19)3.2.4.1精馏段填料层压降 (19)3.2.4.2提馏段填料层压降 (20)3.2.4.3填料层高度和压降汇总 (20)3.2.5液体分布器计算 (20)3.2.5.1液体分布器的选型 (20)3.2.5.3孔流速计算 (20)3.2.5.4布液计算 (20)3.2.5.5布液器设计 (20)3.2.6接管管径计算 (20)3.2.6.1进料管管径的计算 (20)3.2.6.2出气管管径的计算 (20)3.2.6.3进气管管径的计算 (21)3.2.6.4 回流管管径的计算 (21)3.2.6.5 出液管管径的计算 (21)3.2.6.6接管管径计算结果 (21)3.3冷凝器与再沸器计算与选型 (22)3.3.1冷凝器 (22)3.3.1.1冷凝器换热面积计算 (22)3.3.1.2冷凝器的选型 (22)3.3.1.3总传热系数的核算 (22)3.3.1.4冷凝水用量计算 (22)3.3.2再沸器 (22)3.3.2.1再沸器换热面积计算 (22)3.3.2.2再沸器的选型 (22)3.3.2.3总传热系数的核算 (23)3.3.2.4再沸量计算 (23)四、问题讨论 (23)4.1小组讨论 (23)4.2个人体会 (24)附录一附录二附录三一、前言1.1课题的来源及背景废丙酮溶媒来自于抗生素类药物“盐酸四环素”的生产过程。
在抗生素类药物生产过程中，需要用丙酮溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废丙酮溶媒，其组成为含丙酮75%，水25%（质量分数）。
1.2 课题的意义废液中由于含有大量丙酮，不能直接排放到环境中，如果进行丙酮回收，既可以降低生产费用，又能使废水排放达到生产要求。
因此，将废丙酮回收，降低排放废水中的丙酮含量，从而产生社会效益和经济效益，是一个很重要的课题。
1.3精馏塔的选择依据1.3.1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。
填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。
过去，填料塔多推荐用于0.6-0.7m以下的塔径。
近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。
本设计目的是分离丙酮-水混合液，采用填料精馏塔。
1.3.2选择金属环矩鞍填料的依据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类。
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。
这次设计使用的是金属环矩鞍填料。
二、 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 10 吨（每天按24小时计）。
其中原料液的组成为：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 液体分布器设计要求 管式液体分布器 液位高度取 mm 160h =∆ 小孔孔径取 d=3mm 孔流系数取 C 0=0.6 2.4 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。
2.5 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6~10℃，总传热系数400W/( m 2·℃) 2.6 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300W/( m 2·℃)，热损失为20%~30% 2.7 填料层设计要求 填料层分段高度 h=8D三、 工艺过程设计计算3.1物料恒算3.1.1原料液及塔顶产品、塔釜产品的摩尔分率丙酮的摩尔分率：0.75/58.03=0.75/58.030.25/18.02F x +≈0.48230.998/58.03=0.998/58.030.02/18.02D x +≈0.9936 0.005/58.030.005/58.030.995/18.02W x =+≈0.00163.1.2原料液及塔顶产品、塔釜产品的平均摩尔质量进料：M F ()0.482358.0310.482318.02=⨯+-⨯=37.32 g/mol精馏段：M D 82.5702.189936.0103.589936.0=⨯-+⨯=）（g/mol 提馏段：M W =⨯-+⨯=02.180016.0103.580016.0）（18.08 g/mol3.1.3物料恒算31010/2411.16/37.32F kmol h ⨯==由物料恒算得：F D W =+F D W F x D x W x ⨯=⨯+⨯解得： D =5.42 kmol/h W=5.74 kmol/h3.1.4原料液及塔顶产品、塔釜产品的质量流率31010416.67kg/h245.4257.82313.38/5.7418.08103.78/F D D W W D M kg h W M kg hωωω⨯===⨯=⨯==⨯=⨯=3.1.5物料衡算表3.2精馏塔设计计算3.2.1操作温度A. 塔顶温度的计算：假设T 0=330K ，根据安托尼方程：0ln /()i i i i P A B T C =-- 其中安托尼常数：可得：652.6)93.35330/(46.29406513.16)/(ln 101101=--=--=C T B A P m m Hg 42.774P 01= 由于：019.1/P k 011==P且： 111/k y x = （其中y 1即是x D =0.9936） 则： 975.0019.1/9936.01==x 同理，m m Hg 93.128P 02= 1696.0k 2=03772.01696.0/0064.0/y x 222===k 则0005.00128.0121>=--x x 假设不成立。
计算结果归总于下表：故再假设T0，方法同上，直至0005.0121=<--xx，则假设成立。
利用Excel软件的单变量求解功能，计算得T0=330.36 K，计算过程如下：所以，塔顶温度T D=330. 36 KB. 进料温度的计算假设T=345 K，方法同上可得：即：lnP10 = 7.137 , P10 = 1258.2 mmHgk1 = P10 / P = 1.6555y1 = x1 ⨯k1 = 0.7981 ( 其中x1 = x F = 0.4821) 同理，y2 = x2 ⨯k2 = 0.1725 ( 其中x2 = 1- x F )则|1-y1-y2|= 0.02938 > 0.0005 ，假设不成立故再假设T0，方法同上，直至0005.0121=<--yy，则假设成立。
利用Excel软件的单变量求解功能，计算得T0=373.02 K，计算过程如下：所以，进料温度T F=345.90 KC. 塔釜温度的计算假设T=370 K，方法同上可得（其中x1=x W，x2=1-x W）：12故再假设T0，方法同上，直至0005.0121=<--yy，则假设成立。
利用Excel软件的单变量求解功能，计算得T0=373.02 K，计算过程如下：所以，塔釜温度T W=373.02 K3.2.2塔径计算3.2.2.1计算最小回流比及理论板数由上表数据绘制的常压下丙酮-水气液平衡曲线，见下图：图1.丙酮-水气液相平衡线在y x =上取点(,)F F x x 即点(0.4823,0.4823)，q=1,即0.4823q x =最小回流比：min 0.99360.03002.0170.96000.4823D q q qx y R y x --===--根据设计要求，取最小回流比min R =2.017的1.5倍 min 1.5 3.026R R ==操作回流比：11'2'2''34.4918.102256.7=391.3/36002100027.3130033.43273.91000292.62/2833.43300 1.0252 1.15292.62273.91.936/4.24233.430.7273.9/V m m C Q V M r kJ sQ S m K t Q K W m CS t K K W kg sQ Q kJ s⨯⨯=⨯⨯=⨯===⨯∆⨯⨯===⋅⨯∆⨯==≤==⨯==水精馏段操作曲线：10.7620.24711D n n n x Ry x x R R +=+=+++ 提馏段操作曲线：1W m m Wx L y x L W L W'+''=--- 其中: ''L L FV V L R D =+==则提馏段操作曲线的方程为：141 3.026 5.4211.16 5.740.00163.026 5.4211.16 5.74 3.026 5.4211.16 5.741.263 4.20910m m m m y x y x +-+⨯+=+⨯⨯+-⨯+-=-⨯ 操作线如下所示：0.00.20.40.60.80.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.050.100.150.200.00.20.40.60.8X Axis TitleY A x i s T i t l e得结论：理论塔板数：25 精馏段：22提镏段：3 第23块为加料板，第26块为再沸器 3.2.2.2计算精馏段和提馏段的物性参数表10.丙酮和水在塔顶和塔底条件下的密度表（kg/m 3)状态 t F =72.750C t D =57.210C t W =99.870C 水 气相g 0.2214 0.1154 0.5956 液相l 976.17 984.57 958.47 丙酮液相l729.1748.1695.4表11.丙酮和水在塔顶和塔底条件下的黏度数据表(mPa.s) t f =72.750C t D =57.210C t W =99.870C 水 0.3913 0.4891 0.2841 丙酮0.23670.21060.1757塔顶的物性参数： 温度：57.21 0C气相流量：1 3.026 5.42 5.4221.82/V L D RD D kmol h =+=+=⨯+= 液相流量：1 3.026 5.4216.40/L RD kmol h ==⨯= 气相组成： 10.9936D y x ==液相组成： 10.9905x =气相质量分率： 10.993658.030.99800.993658.03(10.9936)18.02wv x ⨯==⨯+-⨯液相质量分率： 10.990558.030.99700.990558.03(10.9905)18.02wl x ⨯==⨯+-⨯气相平均摩尔质量： 10.993658.03(10.9936)18.0257.78/V M g mol =⨯+-⨯= 液相平均摩尔质量： 10.990558.03(10.9905)18.0257.65/L M g mol =⨯+-⨯=气相密度：3101057.78273.152.13/22.422.4(273.1557.21)V V M T p kg m p T ρ⨯=⨯⨯==⨯+ 液相密度：1111-1=0.001336wl wl L x x ρρρ=+丙酮水液相粘度：1lg lg lg =0.9970lg0.2556+0.003lg0.4911L x x μμμ=+⨯⨯丙酮丙酮水水则1=0.2561L mPa sμ⋅简化：1.进料、塔底的物性参数计算方法同塔顶相似。
