年产8万吨甲醇—水常压连续精馏浮阀塔的设计.doc
《年产8万吨甲醇—水常压连续精馏浮阀塔的设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《年产8万吨甲醇—水常压连续精馏浮阀塔的设计.doc(46页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、年产8万吨甲醇水常压连续精馏浮阀塔的设计目录1 设计任务及操作条件.32 工艺流程及设计方案的确定.43 物性数据.54 精馏塔的物料衡算.55 精馏塔的能量衡算.76 塔板数的确定137 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算.178 精馏塔的塔体工艺尺寸的确定.219 塔板主要工艺尺寸的确定.22.10 塔板的流体力学验算2711 塔板的负荷性能图3212 精馏塔接管尺寸计算3313 精馏塔的设计总表3614 设计体会和收获3815 重要符号说明4016 参考文献4317 附图441 设计任务及操作条件1.1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媒,
2、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。为使废甲醇溶媒重复利用,拟建立一套板式精馏塔,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 80000 吨/年,塔底废水中甲醇含量0.5%(质量分数)。1.2设计任务及操作条件(1)原料液含甲醇46(质量分数,下同),其余为水;(2)馏出液含甲醇99.7,残液含甲醇99.5;(3)泡点进料;(4)料液可视为理想溶液;(5)年产80000吨;(5)操作条件:常压操作;回流液温度为塔顶蒸汽的露点;塔顶压力 常压;直接蒸汽加热,加热蒸汽压力为5kgf/cm2(绝压);冷却水进口温度
3、300C,出口温度450C;设备热损失为加热蒸汽供热量的5。1.3塔板类型因废甲醇溶媒中含有少量的药物固体微粒,选用浮阀塔板。1.4工作日每年工作日为300天,每天24小时连续运行。1.5厂址厂址为长沙地区。2 工艺流程及设计方案的确定2.1工艺流程图见附图12.2 设计方案的确定本设计任务为甲醇的精馏。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。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。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。3 需要用到的相图数据:表1 甲醇水汽液相平
4、衡摩尔分数温度液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数温度液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数1000.000.0075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.001.0078.00.300.6654 精馏塔的物料衡算4.1 原料及塔顶、塔底产品的摩尔分率xF=
5、=0.324xD= =0.995xW= =0.003 图1 物料平衡图4.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.32432.04+(10.324)18.02=22.56 kmol/hMD=0.99532.04+(10.995)18.02=31.97 kmol/hMW=0.00332.04+(10.003)18.02=18.06 kmol/h 4.3 物料衡算日流量 F=492.52 kmol/h总物料衡算 F=D+W乙醇物料衡算 F0.324=0.995D+0.003W计算得: D=159.37kmol/h W=333.15 kmol/h 质量衡算 1111.11DW1111.11
6、0.460.997D0.005W解得: D509.63kg/h W601.48kg/h 表2 物料衡算表进出项目数量(kg/h)项目数量(kg/h)进料F合计1111.111111.11产品D塔底出量W合计509.63601.481111.115 热量衡算5.1塔顶冷凝器的热量衡算(1)热量衡算式如图所示,根据热量衡算式,有: QVQWQLQD 图2 塔顶能量平衡图式中 QV塔顶蒸气带入系统的热量; QL回流液带出系统的热量; QD馏出液带出系统的热量; QW冷凝水带出系统的热量。(2)各股物流的温度与压力由塔顶蒸气组成 xD=0.995,通过气液平衡数据表,经插值可知塔顶蒸气温度为64.6,
7、改温度也为回流液和馏出液的温度。由给定条件知:塔顶的操作压强为 P101.3kPa(3)基准态的选择以101.3kPa、64.6的液态甲醇和水为热量衡算的基准态,则: QLQD0(4)各股物流热量的计算查的甲醇与水在正常沸点下的汽化焓分别为:VHm甲醇(Tb)=39.234kJ/mol VHm水(Tb)=40.66kJ/mol正常沸点分别为: Tb甲醇337.65K Tb水373.15K使用Watson公式计算甲醇和水在64.6的汽化焓: 式中 对比温度; TC临界温度。查的甲醇和水的临界温度分别为:TC甲醇513.15K TC水647.30K对于甲醇: 对于水: 由此可计算进入塔顶冷凝器蒸气
8、的热量为:代入到热量衡算式中,可求得塔顶冷凝器带走的热量为:QWkJ/h(5)冷却水的用量设冷却水的流量为qm,则:QWqmCp(t2t1)已知:t130 t245以进出口水温的平均值为定性温度:查得水在37.5时的比热容为: Cpm4.175kJ/(kg.) 5.2 全塔的热量衡算如图3所示,对精馏塔进行全塔的热量衡算。QFQWQDQLQWQV图3 全塔能量平衡图(1)热量衡算式根据热量衡算式,可得:由设计条件知: QL5%QV0.05QV QF0.95QVQDQWQW式中 QF进料带入系统的热量; QV加热蒸汽带入系统的热量; QD馏出液带出系统的热量; QW釜残液带出系统的热量; QW冷
9、却水带出系统的热量; QL热损失。(2)各股物流的温度由各股物流的组成,根据气液平衡数据表,可得各股物流的温度分别为:tF79.8 tD64.6 tW99.5(3)基准态的选择以101.3kPa、64.6的液态甲醇和水为热量衡算的基准态,且忽略压力的影响,则:QD=0(4)各股物流热量的计算由于温度变化不大,采用平均温度:的比热容计算各股物流的热量。据: CpmabTcT2dT3查得:(甲醇) a=20.4 b=103.7103 c=24.64106 (水) a=30.0 b=10.7103 c=33000故甲醇的比热容为:水的比热容为:由此可求得进料与釜残液的热量分别为: 将以上结果代入到热
10、量衡算式中:291045.940.95QV0396736.47+17386070解得: QVkJ/h热损失为: QL0.05QV920618.9753(kJ/h)(5)加热蒸汽的用量设加热蒸汽的用量为qm,则: QVqm.r已知蒸气的压力为5kgf/cm2(绝压),查得该压力下蒸汽的汽化热为 r2113kJ/kg由此可求得加热蒸汽用量为:(6)热量衡算表 表3 热量衡算表 基准:1h输 入输 出项目kJ项目kJ进料291045.94馏出液0加热蒸汽18410726.87釜残液396736.47冷却水17394000热损失921036.3437总计18711772.8118711772.816
11、塔板数的确定6.1 理论塔板数NT的求取对于甲醇水溶液的物系,可釆用图解法求理论塔板数。由手册查得甲醇水溶液汽液相平衡数据,绘出x-y图,见图4。图4 甲醇水汽液相平衡图求最小回流比和操作回流比。釆用作图法求最小回流比Rmin。在图2中,以x=0.324作垂线,与平衡线交于点 f(0.324,0.680),因此最小回流比为Rmin=0.89取操作回流比为R2Rmin20.891.78求精馏塔的气、液相负荷LRD1.78159.37283.68 kmol/hV(R1)D(1.781)159.37443.05 kmol/hL=L+F=283.68+492.52=776.2 kmol/hV=V=44
12、3.05 kmol/h求操作线方程精馏段操作线方程为=提馏段操作线方程为 图解法求理论塔板数釆用作图法求理论塔板数,如图5所示。总理论塔板数NT12进料板位置NF106.2 实际板层数的求取塔釜组成=0.003,温度为372.65K塔顶组成=0.995,温度为337.75K平均温度为(372.65+337.75)/2=355.10K当温度为355.10K时,查手册,得:相对挥发度的求取:甲醇的正常沸点为338.3K,水的正常沸点为373.15K又知,对于醇类:代入数据,得:取板效率为0.50,实际板NP=12/0.50=24块精馏段NP=9/0.50=18块 提馏段NP=3/0.50=6块 图
13、5 理论塔板数的求取图7 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算7.1操作压力计算塔顶操作压力: PD101.3kPa每层塔板压降:PF0.7kPa进料板压力: PF101.30.718=113.9kPa精馏段平均压力: Pm(101.3113.9)/2=107.6kPa7.2 操作温度计算塔顶温度: 从平衡数据可查得xD0.995时,Td=64.6进料板温度: 从平衡数据可查得xF0.24时,TF=79.8精馏段平均温度:Tm=(64.679.8)/2=72.27.3 平均摩尔质量计算7.3.1 塔顶 xD=y1=0.995,查平衡曲线得到: x1=0.988气相 MVDM=0.99532.0
14、4+(1-0.995)18.02=31.97/kmol液相 MLDM=0.98832.04+0.01218.02=31.87/kmol7.3.2 进料板由气液平衡相图可知:yF=0.620时,xF=0.240 故:气相 MVFM=0.62032.04+(1-0.620)18.02=26.71/kmol液相 MLFM=0.24032.04+(1-0.240)18.02=21.38/kmol7.3.3精馏段平均摩尔质量气相 MVM= (31.97+26.71)/2=29.34/kmol液相 MLM= (31.87+21.38)/2=26.63/kmol7.4 平均密度的计算塔顶操作压力: PD10
15、1.3kPa每层塔板压降:PF0.7kPa进料板压力: PF101.30.718=113.9kPa精馏段平均压力: Pm(101.325113.9)/2=107.6 kPa7.4.1 气相平均密度V=1.10kg/m37.4.2 液相平均密度/LM=塔顶:因为 T塔顶=.,查表甲醇=60/m3, 水=980.7/m3代入上式LDM=760.5/m3进料板: 因为x进料板 =0.240,由手册查得:T进料板=79.8所以:进料板甲醇=732/m3,水=974.89/m3 进料板的质量分率=0.360LFM=870.9/m3精馏段液相平均密度:L= (LDM+LFM)/2= (760.5+870.
16、9)/2=815.7/m37.5 表面张力由公式m=分别进行计算7.5.1 塔顶由Td=64.6查手册得:甲醇 =18.6mNm-1 水=65.2 mNm-1 m顶=0.99518.6+0.00565.2=18.74mN/m7.5.2 进料板由TF=79.8 ,查手册得:甲醇 =17.3 mNm-1 水=62.69 mNm-1m进=0.2417.3+0.7662.69=51.80 mN/m7.5.3 精馏段液相平均表面张力为:m精=35.27mN/m7.6 液体平均粘度的计算液体平均粘度的计算公式lgLM=7.6.1 塔顶由Tp=64.6,查手册得甲醇=0.332mPas; 水=0.4355m
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
10 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 年产 甲醇 常压 连续 精馏 浮阀塔 设计