2精馏塔的物料衡算

重庆大学课程设计报告

课程设计题目：甲醇—水分离过程填料

精馏塔塔设计

学院：化学化工学院

专业：制药工程01班

年级： 2008级

姓名：刘晶

学号： 20087057 完成时间： 2011年7月6日

成绩：

平时成绩（20%）：

图纸成绩（40%）：

报告成绩（40%）：

指导老师：张红晶

1、设计简要

1.1 设计任务及概述

在抗生素类药物生产中，需要甲醇溶液洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶液，其组成为含甲醇50%、水50%（质量分数），另含有少量的药物固体微粒。为使废甲醇溶液重复利用，拟建一套填料精馏塔，对废甲醇进行精馏，得到含水量≦0.3%（质量分数）的甲醇溶液。设计要求废甲醇溶液处理量为日产3吨，塔底废水中甲醇含量≦0.5%（质量分数）。

操作条件：

(1) 常压；

(2) 拉西环，填料规格。

1.2 设计方案

填料塔简介

填料塔是提供气-液、液-液系统相接触的设备。填料塔外壳一般是圆筒形，也可采用方形。材质有木材、轻金属或强化塑料等。填料塔的基本组成单元有：

①：壳体（外壳可以是由金属（钢、合金或有色金属）、塑料、木材，或是以橡胶、塑料、砖为内层或衬里的复合材料制成。虽然通入内层的管口、支承和砖的机械安装尺寸并不是决定设备尺寸的主要因素，但仍需要足够重视;

②：填料（一节或多节，分布器和填料是填料塔性能的核心部分。为了正确选择合适的填料，要了解填料的操作性能，同时还要研究各种形式填料的形状差异对操作性能的影响）；

③：填料支承（填料支承可以由留有一定空隙的栅条组成，其作用是防止填料坠落；也可以通过专门的改进设计来引导气体和液体的流动。塔的操作性能的好坏无疑会受填料支承的影响）;

④：液体分布器（液体分布的好坏是影响填料塔操作效率的重要因素。液体分布不良会降低填料的有效湿润面积，并促使液体形成沟流）；

⑤：中间支承和再分布器（液体通过填料或沿塔壁流下一定的高度需要重新进行分布）；

⑥：气液进出口。

塔的结构和装配的各种机械形式会影响到它的设计并反映到塔的操作性能上，应该力求在最低压降的条件下，采用各种办法提高流体之间的接触效率，并设法减少雾沫夹带或壁效应带来的效率损失。与此同时，塔的设计必须符合由

生产过程和塔的结构形式所决定的经济性原则。

1.3 填料精馏塔流程图

2、设计所需基本数据

本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。

表1甲醇~水溶液体系的平衡数据（101.3K

P）

a

表2 瓷拉西环的结构特性参数②

（乱堆）

②因为需要处理的废甲醇溶液中另含有少量的药物固体微粒，为了便于清洗，所以采用乱堆填料

表3 甲醇的物理性质

表4 水的物理性质

注意：1克分子= 1 摩尔 1卡=4.187焦耳 1达因=10-5牛顿 1厘泊=1毫帕·秒

3、设计计算

计算之前进行对物性数据的查询，部分物性数据列于表1、表2、表3、表4中，其它数据见参考资料与互联网上资源。

4、物料衡算

4.1 工艺物料计算

甲醇的摩尔质量： M 甲醇=32.04kg/kmol 水的摩尔质量: M 水=18.02kg/kmol

原料液中轻组分（甲醇）质量分数为ωF =0.50，其摩尔分率

//1-/F F F F M x M M =

+甲醇甲醇水ωω（ω）=0.5032.04

0.5032.040.5018.02

+=0.3600

塔顶轻组分（甲醇）质量分数为ωD ==0.997ω甲醇，其摩尔分率

/0.997/32.04

==

=0.9947//0.997/32.040.003/18.02

D M x x M M =++甲醇甲醇甲醇甲醇甲醇水水ωωω

塔底轻组分（甲醇）质量分数为ωD =甲醇ω=0.005，其摩尔分率

/0.005/32.04

===0.0028//0.005/32.040.995/18.02

W M x x M M =++甲醇甲醇甲醇甲醇甲醇水水ωωω

4.2 原料液的平均摩尔质量

M F =0.3600×32.04+(1-0.3600) ×18.02=23.067kg /kmol

4.3 物料的衡算

废甲醇溶液的处理量为日产3吨

原料处理：F= 3000/23.067/24=5.419 Kmol/h F= D+W F *X F =D *X D +W* X W 把已知数据带入上式，得 5.419=D+W

5.419*0.3600=D*0.9947+W*0.0028 解得: D=1.951kmol/h W=3.468kmol/h

5、热量衡算 5.1 求相对挥发度

Log Po = A － B ／（t + C ）

当P=101.325 KPa （常压P=760mmHg ）时水的沸点为99.87℃，甲醇的沸点为64.75℃。

log =

P 甲醇1473.11

7.87863- 2.88164.75230.0

=+

=760.3a P KP

甲醇 log 0

1750.286

=8.10765- 2.26864.75+235.0

P =水

P 水=185.4mmHg

α顶=

P P 甲醇水

=4.1

同理可求的α底=3.4

+ 4.1+3.4

=

=

=3.752

2

ααα顶底

5.2回流比R

平衡线方程为： y=

x a x

a *)1(1*-+ =3.75*1 2.75x x

+

泡点进料 q=1 , q x =0.3600F x = 3.75*0.3600

0.6784

1 2.75*0.3600

q y =

=+ 最小回流比R min ：

min 1min R R += e

D e D x x y x --=

0.99470.6784

0.49830.99470.3600-=- ∴min 0.9932R =(此处操作回流比取最小回流比的2倍) ∴min 2 1.986R R ==

5.3精馏塔的气液相负荷

精馏段 L RD = (1)V R D =+ 提馏段 L L qF =+ V L W =-

5.4 操作线方程

精馏段操作线方程为：1n y + =R R

+1*n x +1

+R X D =0.665n x +0.333 提馏段操作线方程为：

1n y +=

(1)(1)RD qF R D q F ++--*n x -(1)(1)w F D

x R D q F

-+--=1.5950.0017n x - 5.5 平衡线方程

*1(1)*x

y x

αα=

+- ∴ 3.751 2.75x y x =+

5.6采用逐板计算法求理论塔板数