甲醇-水填料精馏塔的课程设计

摘要：

填料塔为连续接触式的气液传质设备，与板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大，分离填料材质的选择，可处理腐蚀性的材料，尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显示出优越性。本文以甲醇-水的混合液为研究对象，因甲醇-水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，所以此设计采用常压精馏。根据物料性质、操作条件等因素选择填料塔，此设计采用泡点进料、塔底再沸器和塔顶回流的方式，将甲醇—水进行分离的填料精馏塔。通过甲醇—水的相关数据，对全塔进行了物料衡算和热料衡算，得出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系，进而得到精馏塔的理论板数。分析了进料、塔顶、塔底、提馏段、精馏段的流量及其物性参数。对精馏段和提留段的塔径及填料层高度进行了计算，以确定塔的结构尺寸。对塔内管径、液体分布器、筒体壁厚进行了选型计算，从而得到分离甲醇—水混合物液的填料精馏塔。

关键词：填料塔；流量；回流比；理论板数；工艺尺寸

第一章：设计任务书 (1)

一、设计题目 (1)

二、操作条件 (1)

三、填料类型 (1)

四、设计内容 (2)

第二章：工艺设计计算 (2)

一、设计方案的确定 (2)

二、精馏塔的物料衡算 (3)

三、理论塔板数的确定 (3)

四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)

五、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 (10)

六、填料层压降的计算 (13)

七、筒体壁厚的计算 (14)

八、管径的计算 (14)

九、液体分布器简要设计 (16)

第三章：结论 (18)

一、设计感想 (18)

二、全章主要主要符号说明 (19)

三、参考资料： (20)

第一章：设计任务书

一、设计题目

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

甲醇溶液，其组成为含甲醇46%、水54%（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，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇溶媒进行精

馏得到含水量≤0.3%（质量分数）的甲醇溶媒。设计要求废甲醇溶媒的处理量为

4t/h,塔底废水中甲醇含量≤0.5%（质量分数）。

二、操作条件

1、操作压力为常压

2、进料热状态自选（饱和）

3、回流比自选

4、塔底加热蒸汽压力0.3MPa（表压）

三、填料类型

因甲醇溶媒中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，以便定期拆卸和清理。填料类型和规格自选。

四、设计内容

1、精馏塔的物料衡算；

2、塔板数的确定；

3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；

4、精馏塔的塔体工艺尺寸的计算；

5、填料层压降的计算；

6、液体分布器的简要设计；

7、精馏塔接管尺寸计算；

8、绘制精馏塔设计条件图；

9、对设计过程的评述和有关问题的讨论。

第二章：工艺设计计算

一、设计方案的确定

本设计任务为分离甲醇—水混合物，对于二元混合物的分离，采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。甲醇常压下的沸点为64.7℃，所以采用常压操作。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储槽。塔釜采用间接蒸汽加热方式。填料类型选用散装金属环矩鞍填料。

二、精馏塔的物料衡算

1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数

甲醇的摩尔质量M A =32.04 kg kmol ，水的摩尔质量M B =18.02 kg kmol

D 0.99732.04

0.9950.99732.040.00318.02x =

=+

W 0.00532.04

0.0030.00532.040.99518.02

x =

=+

0.4632.04

0.3240.4632.040.5418.02

F x =

=+

2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

F M =0.3239×32.04＋0.6761×18.02=22.56kg kmol

D M =0.9947×32.04＋0.0053×18.02=31.9657kg kmol W M =2.8183××32.04＋0.9972×18.02=18.059kg kmol

3、物料衡算

废甲醇溶媒的处理量为4t/h,则原料液的处理量为

,4000

177.3022.56

n F q kmol h =

= 总物料衡算：,,177.30n D n W q q =+ （1）

甲醇物料衡算：,,177.300.3240.9950.003q n D n W q ⨯=⨯+⨯ （2） 联立方程（1）（2）解得：,,58.38119.92n D n W q kmol h

q kmol h

=⎧⎨

=⎩

三、理论塔板数的确定

对甲醇—水二元物系，采用图解法求理论板层数 1、由手册查得甲醇—水物系的汽液平衡数据

甲醇—水物系的气液平衡数据

2、求最小回流比及操作回流比

查的甲醇—水物系的气液平衡数据，绘出x y

图。

由于泡点进料q=1,在图上作直线x=0.995交对角线与a 点，作直线x=0.324交平衡点与q 点，连线aq 两点，过q 点作横轴的平行线交纵轴与一点，读的y=0.682。 即最小回流比如下：

min 0.9950.682

0.8740.6820.324

R -=

=-

取操作回流比min 1.5 1.31R R == 5 3、求精馏塔的气液相负荷

,,,,,,,,, 1.31(1) 2.3157.38132.5575.17177.30252.47132.55n L n D n V n D n L n L n F n V n V q Rq kmol h q R q kmol h q q q kmol h q q kmol h

''==⨯57.38=75.17=+=⨯==+=+===

4、求操作线方程 精馏段操作线方程：