1、武汉理工大学华夏学院化药系 化工原理课程设计共 页 第 页化工原理课程设计说明书系 别：化学与制药工程系武汉理工大学华夏学院化药系 化工原理课程设计共 页 第 页华夏学院化学与制药工程系课程设计任务书专业 化学工程与工艺 班级 1101 学生姓名 饶俊 发题时间： 2013 年 1 月 7 日一、 课题名称甲醇溶媒连续浮阀精馏塔设计二、 课题条件设计条件在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶媒，其组成为含甲醇 46%，水 54%（质量分数），另外含有少量的药物固体微粒。为了使废甲醇溶媒重复利用，拟设计建造一套浮阀精馏塔，对废甲醇溶媒进行精馏。2.设计目标年处理
2、废甲醇溶媒 3 万吨；甲醇溶媒含水量0.3%（质量分数），塔底废水中甲醇含量0.5%（质量分数）3.操作条件 操作压力 常压 精馏塔顶压强 4kPa（表压） 进料热状况 自选 回流比 自选 单板压降 不大于 0.7kPa4.设备形式 浮阀塔5.建厂地址 武汉 6. 指导教师 文艳霞 高小红武汉理工大学华夏学院化药系 化工原理课程设计共 页 第 页7.参考文献1化工原理课程设计，柴诚敬，王军，张缨 编，天津，天津科学技术出版社，2011年7月。2 王国胜 主编.化工原理课程设计（第二版）.大连理工大学出版社：大连.2008，013 梁忠英 主编 .化工原理.中国医药科技出版社 2008，06；4
3、化工工艺设计手册 ，上、下册，；5化学工程设计手册 ；上、下册6化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-塔设备；化学工业出版社：北京.2004，017化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-换热器；化学工业出版社：北京.2004，018化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-管道；化学工业出版社：北京.2004，019方利国，董新法 编著.化工制图 Auto CAD 实战教程与开发M.北京，化学工业出版社，2005,01三、 设计任务1文献检索及调研；2工艺流程设计，工艺流程图.；3物料衡算、塔设备工艺计算 4塔和塔板工艺尺寸计算、流体力学验算、附属设备的选型和计算；5设计结
4、果一览表、对本设计的评述；6绘制带控制点的工艺流程图（2#） 、塔工艺条件图（1#） 。四、 设计所需技术参数的获取参考化工工艺设计手册 （上、下） 、 化学工程设计手册 、 化工设备设计全书-塔设备 、 化工设备设计全书-管道 化工设备设计全书-压力容器 、化工设备设计全书-换热器 、 化工原理等资料五、 设计说明书内容武汉理工大学华夏学院化药系 化工原理课程设计共 页 第 页封面、设计任务书、目录、正文、成绩评定表正文：分章编写1. 前言2. 设计方案的确定和流程的说明3. 塔的工艺计算4. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计4.1. 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定4.2. 塔板的流体力学验算4.
5、3. 塔板的负荷性能图5. 附属设备的选型和计算6. 设计结果一览表7. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。8. 参考文献9.附录六、 进度计划1 2012.12.7-8 下达设计任务，课程设计指导课，借阅相关资料；2 2012.12.9 拟定设计方案，流程设计，进行物料衡算和塔工艺计算；3 2012.12.1013 塔工艺计算、塔和塔板主要工艺尺寸的计算、附属设备的选型和计算4 2012.12.14-16 完成设计说明书、绘制带控制点的工艺流程图5 2012.12.17-22 绘制塔的工艺条件图6 2012.12.23-24 上交课程设计资料指导教师（签名）： 年 月 日 系主任（签名）：
6、 年 月 日武汉理工大学华夏学院化药系 化工原理课程设计共 页 第 页武汉理工大学华夏学院化药系 化工原理课程设计共 页 第 页前言甲醇在工业等方面，都有很广泛的应用，是一种很重要的原料。在很多方面，要求甲醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，这是比较困难的。要想把低纯度的甲醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为甲醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆柱形的精馏塔内进行，塔内装有若干层塔板。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还
7、不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器，回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。浮阀塔与 20 世纪 50 年代初期在工业上开始推广使用，浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。气流从浮阀周边水平地进入塔板上液层，浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀的类型很多，国内常用的有 F1 型，V-4 型及 T 型等，本设计采用 F1 型浮阀。浮阀塔已成为国内应用最广泛的塔形，特别是在石油，化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的是 F1 型和
8、 V-4 型。F1 型浮阀的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1 型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，采用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、塔孔开孔率大生产能力大。2、由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大。3、因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。其缺点是处理易结焦，高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系
9、统，浮阀塔也能正常操作。本设计采用的是 F1 型重阀。武汉理工大学华夏学院化药系 化工原理课程设计共 页 第 页目录第一章 设计方案及流程的确定 .11.1 设计方案的确定 .11.2 流程说明及流程图 .1第二章 塔设备工艺计算 .32.1 精馏塔工艺计算 .32.2 主要数据参数的计算 .32.3 理论板的计算 .82.4 塔径的初步设计 .102.5 溢流装置 .122.6 塔板的结构尺寸、浮阀数目及排列 .15第三章 塔板的流体力学验算 .193.1 气相通过浮阀塔板的压降 .193.3 雾沫夹带 .203.4 塔板负荷性能图 .21第四章 设计结果一览表 .25第五章 塔附件设计 .
10、265.1 接管 .265.2 筒体与封头 .285.3 除沫器 .285.4 裙座 .295.5 人孔 .29第六章 塔总体高度的设计 .296.1 塔的顶部空间 .296.2 塔的底部空间高度 .306.3 塔总体高度 .30第七章 附属设备的设计 .307.1 热量衡算 .307.2 附属设备的选型 .33第八章 总结 .37参考文献 .38附录 .39一、符号代码说明 .39二、阶梯法求理论塔板数 .41三、塔板负荷性能图 .42武汉理工大学华夏学院化药系 化工原理课程设计共 页 第 页第一章 设计方案及流程的确定1.1 设计方案的确定1.1.1 操作压力的选择蒸馏操作通常可在常压、加
11、压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。1.1.2 进料热状况的选择进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。
12、在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。1.1.3 加热方式的选择蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液)，便可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。这样，可节省一些操作费用和设备费用。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释
13、作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。此时采用间接蒸汽加热，设置再沸器是合适的。1.1.4 回流比的选择适宜的回流比应该通过经济核算来确定，即操作费用和设备折旧费用之和为最低时的回流比为最适宜的回流比。确定回流比的方法为：先求出最小回流比 Rmin，根据经验取操作回流比为最小回流比的 1.22.0 倍，考虑到原始数据和设计任务，本方案取 1.4，即 R= 1.5Rmin；采用釜液产品去预热原料，可以充分利用釜液产品的余热，节约能源。1.2 流程说明及流程图甲醇-水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，进入回武汉理工
14、大学华夏学院化药系 化工原理课程设计共 页 第 页流罐部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽加热。将加热再沸器物料的蒸汽再用来预热原料。精馏装置有精馏塔、再沸器，原料预热器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔低蒸汽输入，由冷凝器中的冷却介质将余热带走。甲醇水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。武汉理工大学华夏学院化药系 化工原理课程设计共 页 第 页第二章 塔设备工艺计算2.1 精馏塔工艺计算2.1.1 精馏塔
15、的全塔物料衡算F：进料量（kmol/h) ：原料组成FxD：塔顶产品流量（kmol/h) ：塔顶组成DW：塔底残液流量（kmol/h) ：塔底组成Wx原料中甲醇的组成： = =0.3239Fx02.18/54.0.32/46.塔顶组成 ： = 0.9947D/3./97.塔釜组成 ： = 0.00282Wx02.18/95.04.2/5./进料量 F= 3)/460(713 hkmol/6.4由总物料衡算： DF易挥发组分物料衡算： WDxx解得：D= 59.78kmol/h W=124.9kmol/h2.2 主要数据参数的计算2.2.1 甲醇水系统 t-x-y 数据表 2-1 甲醇-水的气液
16、平衡数据甲醇摩尔分数 甲醇摩尔分数温度 t/液相 x/% 气相 y/% 温度 t/ 液相 x/% 气相 y/%100 0 0 73.8 46.20 77.5692.9 5.31 28.34 72.7 52.92 79.7190.3 7.67 40.01 71.3 59.37 81.8388.9 9.26 43.53 70.0 68.49 84.9285.0 13.15 54.55 68.0 85.62 89.6281.6 20.83 62.73 66.9 87.41 91.9478.0 28.18 67.75 64.7 100 10076.7 33.33 69.18注：摘自化工工艺设计手册2.2.2 温度的计算
