天津大学 化工传质与分离课程设计

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1、天津大学2011级本科生《化工原理》课程设计报告目录第一章前言1一、课题来源1二、课题意义1第二章工艺设计要求2一、原料液组成2二、分离要求2三、处理能力2四、设计条件2五、设计计算内容2第三章工艺过程设计计算3一、物料衡算31.计算过程32.物料平衡表3二、精馏塔设计计算41.操作条件的确定42.塔径计算83.填料层高度计算114.填料层压降计算135.液体分布器计算146.接管管径计算15三、冷凝器与再沸器设计计算171.冷凝器计算与选型172.再沸器计算与选型18第四章生产工艺流程简图及填料

2、塔设计条件图19第五章问题讨论20一、分离方法选择20二、塔类型的选择20三、进料热状况的影响20四、加热方式20五、填料类型及规格的选择21六、近似计算影响21第六章课程设计理解与体会211天津大学2011级本科生《化工原理》课程设计报告第一章前言一、课题来源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。其生产工艺流程框图如下：药品原料经过发酵后得到四环素碱，经盐酸、丁醇溶解、洗涤后过滤、结晶得到晶体和母液废丁醇溶媒，晶体再经过丙

3、酮溶解、洗涤后过滤、结晶得到晶体盐酸四环素和母液废丙酮溶媒。在废丙酮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。本次课程设计即为设计一填料精馏塔，以实现废丙酮溶媒中丙酮的回收。二、课题意义丙酮是一种常用的有机溶剂，具有一定的挥发性，对人中枢神经系统具有麻醉作用，对人体健康及环境有一定危害。有效回收丙酮溶剂并进行循环再利用，一方面可以减少挥发性有机物对于环境的污染，降低对周围居民和环境的危害，提高社会效益；另一方面，也可以使原料重复利用，减少溶剂消耗，降低生产成本，提高经济效益。因此

4、对于废丙酮溶媒中丙酮的回收利用是具有重要意义的，可谓一举多得。20天津大学2011级本科生《化工原理》课程设计报告第二章工艺设计要求一、原料液组成组分组成（质量%）丙酮75水25二、分离要求产品中水分含量≤0.2%（质量%）残液中丙酮含量≤0.3%（质量%）三、处理能力废丙酮溶媒的处理量为8吨/天（每天按24小时计）。四、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：根据最小回流比及设计经验选择塔填料：金属环矩鞍填料，规格自选五、设计计算内容1.物料衡算2.填料塔设计计算2

5、0天津大学2011级本科生《化工原理》课程设计报告1）操作条件确定（试差精度δ=0.0005）2）塔径计算（核算泛点率、D/d、最小喷淋密度，其中(LW)min=0.03）3）填料层高度计算（分段高度：h=8D）4）填料层压降计算5）液体分布器计算（管式、液位高度取△H=120-200mm；分布点密度取220-260点/平方米塔截面）6）接管管径计算（气体流速范围：10~15m/s；液体流速范围：0.5~1.0m/s）3.冷凝器计算与选型冷却水进口温度：25℃冷却水升温：8~10℃总传热系数：K=

6、600W/(m2·℃)4.再沸器的计算与选型加热蒸汽：0.3MPa饱和水蒸气总传热系数：K=400W/(m2·℃)热损失：20-30%5.填料精馏塔设计条件图及废丙酮溶媒回收过程工艺流程图20天津大学2011级本科生《化工原理》课程设计报告第三章工艺过程设计计算一、物料衡算1.计算过程设：丙酮为A、水为B全塔物料衡算：易挥发组分物料衡算：代入数值有：可以解得质量流量为：已知丙酮的相对分子质量为MA=58.08kg/kmol；水的相对分子质量为MB=18.02kg/kmol。由此可以求得进料、塔顶、

7、塔釜的摩尔流量为：进料、塔顶、塔釜的摩尔组成为：2.物料平衡表流股流量质量分数摩尔分数kg/hkmol/h丙酮水丙酮水F333.338.930.750.250.48200.5180D250.254.330.9980.0020.99310.0069W83.084.600.0030.9970.00090.999120天津大学2011级本科生《化工原理》课程设计报告二、精馏塔设计计算1.操作条件的确定（1）塔顶温度确定(试差精度δ=0.0005)根据塔顶馏出物中丙酮的质量分数为0.998，可知塔顶温度应

8、接近于丙酮的沸点，故取初值℃。压力为760mmHg,塔顶采用全凝器，故馏出液组成与塔顶气相组成相等：，由露点方程计算。由丙酮和水的安托尼方程：当t0=57℃时，代入上两式可以求得57℃时丙酮和水的饱和蒸汽压为：由相对挥发度，则可求得57℃时丙酮和水的相对挥发度为：由露点方程：由水的安托尼方程反算出温度为：此时相平衡常数由检验故需迭代计算，57.21℃时丙酮和水的相对挥发度为：20天津大学2011级本科生《化工原理》课程设计报告由露点方程：由水的安托尼方程反算出温度为：此时相平衡常数