1、 化 工 原 理 课 程 设 计 报 告废 丙 酮 溶 媒 回 收 过 程 填 料 精 馏 塔 设 计学 院 天津大学化工学院专 业班 级学 号姓 名指 导 教 师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、处理能力废丙酮溶媒处理量_11_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
2、格自选塔顶冷凝器：全凝器三、设计计算内容1、物料衡算2、填料精馏塔计算操作条件的确定 塔径的确定 填料层高度的确定填料层压降的计算 液体分布器设计计算 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天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告 0目 录一、前言 .1二、工艺设计要求 .1三、工艺过程设计计算 .23.1 物料衡算 .2待处理的总物料: .23.2 精馏塔设计计算 .33.2.1 操作条件的确定 .33.2.2 塔径的计算 .63.2.3 填料层高度的计算 .113.2.4 填料层压降计算 .123.2.5 液体分布器设计计算
3、 .133.2.6 接管管径的计算 .143.3 冷凝器和再沸器计算与选型 .153.3.1 冷凝器的计算与选型 .153.3.2 再沸器的计算与选型 .16四 问题与讨论 .184.1 设计中产生误差的原因 .18附录一：生产工艺流程简图 .19附录二：填料精馏塔设计条件图 .20参考资料 .21天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告 0一、前言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） 。废丙酮溶媒的来源如下图示：盐酸原料 发酵 四环素碱 溶解、洗涤 结晶、过滤 晶体 丁醇母液废丁醇溶媒晶体盐酸四环素
4、 结晶、过滤 溶解、洗涤 丙酮 母液废丙酮溶媒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，如何将废丙酮回收，降低排放废水中的丙酮含量，是一项十分重要的课题。二、工艺设计要求原料液组成： 组分 组成（质量）丙酮 75水 25分离要求：产品中水分含量 0.2% （质量）釜残液中丙酮含量 0.5%处理能力：废丙酮溶媒处理量 11 吨 / 天（每天按 24 小时计） 。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：根据设计经验自己确定。塔填料：金属环矩鞍填料，填料规格自选。设计计算内容：1、物料衡
5、算天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告 12、填料塔设计计算 操作条件确定 塔径计算 填料层高度计算 填料层压降 计算 液体分布器计算 接管管径计算3、冷凝器和再沸器计算与选型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三、工艺过程设计计算3.1 物料衡算待处理的总物料:+ 58247.01F hkmol/284.1245.01总物料衡算: (1)WD易挥发组分衡算: （2）Fxyx其中 481.025.87.0Fx 936.0182.59.0Dy6.19.5.Wx由（1） （2）式得：hkmolxyFDW /950.16.093.482. hkol/52.1平均摩尔质
6、量：进料 lgM/37.289.084.5F 塔顶 moD 456193塔釜 l/.W天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告 2质量流量: =2410Fmhkg/3.58D479.k/1.9.06W物料衡算结果列于下表表 1 物料平衡表流量 质量分数 摩尔分数流股 Kg/h Kmol/h 丙酮 水 丙酮 水平均摩尔质量( )MF 458.33 12.284 0.75 0.25 0.4821 0.5179 37.28D 343.55 5.950 0.998 0.002 0.9936 0.0064 57.74W 114.39 6.334 0.005 0.995 0.0016 0.9984
7、 18.063.2 精馏塔设计计算3.2.1 操作条件的确定1 ）塔顶温度的确定查表可知丙酮和水的安托尼常数为表 2 丙酮和水的 Antoine 常数A B C丙酮 16.6513 2940.46 35.93水 18.3036 3816.44 46.13根据 Antoine 方程： 求饱和蒸气压，并确定塔顶液相摩尔分数CTpi0ln设 Ct6093.560.1273465.1/l ）（丙 酮 mHgP解得 9.8丙 酮由 得3.760丙 酮kxyk1.丙 酮x13.4605.173806.8/ln）（水 mHgP天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告 3解得 mHgP43.19水6.
8、07水k 0325.196.4水x0.0005 需重新计算ix重设 Ct2.50计算步骤如上，解得：mHgP68.73丙 酮 mHgP08.13水012丙 酮k725水k94.丙 酮x.水x0i所以塔顶温度为 57.22 。C2）进料温度的确定设进料温度为 7293.572.1346065.1/ln ）（丙 酮 mHgP解得 9.163丙 酮由 得.702丙 酮kxyk8014.丙 酮y13.46725.3.86./ln ）（水 mHgP解得 79.25水35.064水k 5.09.0水y不满足条件，需重新计算1iy重设进料温度为 C7.293.57.25.146063.1/ln ）（丙 酮
9、mHgP解得 8.194丙 酮天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告 4由 得703.168.294丙 酮kxyk2.丙 酮y13.467.25.1386.8/ln ）（水 mHgP解得 2.63水4.07水k 9.0.4.0水y满足条件51iy所以进料温度为 。C.23）塔底温度的确定设塔底温度为 1093.510.27346.651./ln ）（丙 酮 mHgP解得 85.273丙 酮由 得.60丙 酮kxyk05861.丙 酮y13.460.1273./ln ）（水 mHgP解得 94.75水.06水k 98.9.水y不满足条件，需重新计算5.21iy重设塔底温度为 C8.99
10、3.58.5.12734606.1/ln ）（丙 酮 mHgP解得 2.75丙 酮由 得.360丙 酮kxyk0581.丙 酮y天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告 513.468.95.127306.18/ln ）（水 mHgP解得 69.75水5.0水k 0.0.水y满足条件0121iy所以进料温度为 。C8.9表 3 操作条件结果表塔顶温度 进料温度 塔底温度C2.577.2C8.93.2.2 塔径的计算1）最小回流比与操作回流比的确定常压下丙酮水气液平衡数据丙酮摩尔分数液相 x丙酮摩尔分数气相 y丙酮摩尔分数液相 x丙酮摩尔分数气相 y0.0000 0.0000 0.196
11、5 0.8000 0.0087 0.0500 0.3554 0.8200 0.0094 0.1000 0.5012 0.8400 0.0124 0.1500 0.7012 0.8600 0.0136 0.2000 0.7652 0.8800 0.0178 0.2500 0.8215 0.9000 0.0187 0.3000 0.8526 0.9100 0.0200 0.3500 0.8785 0.9200 0.0212 0.4000 0.9011 0.9300 0.0293 0.4500 0.9163 0.9400 0.0324 0.5000 0.9321 0.9500 0.0378 0.55
12、00 0.9483 0.9600 0.0501 0.6000 0.9602 0.9700 0.0693 0.6500 0.9730 0.9800 0.0894 0.7000 0.9855 0.9900 0.1275 0.7500 1.0000 1.0000 根据丙酮和水的两相平衡数据做气液平衡相图：天津大学 2010 级本科生化工原理课程设计报告 6进料条件为饱和液体进料即泡点进料为 q=1，因此 。由气液平衡曲4821.0Fqx线可知 时 。4821.0qx8374.0qy由最小回流比计算公式可得：4.0821.374.096minqxyDR此回流比很小，当回流比小到某一值时，两操作线的交点（夹紧点）落在平衡线上，将需要无穷多多阶梯才能到达夹紧点，由气液平衡图我们可以看出平衡线有下凹部分，且在右侧，因此夹紧点在精馏段与操作线与平衡线相切的位置。在 Excel 表格中，从（x D,xD）=(0.993,0.993)做平衡曲线的切线通过作图法可得斜率 k=0.687，则有 ，解得687.01minRk 19.2minR由 取min)0.21(R4.25.1i因此最小回流比为 2.19，操作回流比为 2.74。2）精馏段和提馏段的气液相负荷：该精馏塔为饱和液体进料，进料热状况参数 q=1精馏段上升蒸汽量： hkmolDRV/253.90.)174.2()1(
