《化工原理》课程设计报告。
废丙酮溶媒**过程填料精馏塔设计。
在抗生素类药物生产过程中，需要用丙酮溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废丙酮溶媒，其组成为含丙酮 75 %，水 25 %（质量分数）。
废丙酮溶媒的**如下图示：
盐酸。原料发酵四环素碱溶解、洗涤结晶、过滤晶体
丁醇。母液。
废丁醇溶媒。
晶体盐酸四环素结晶、过滤溶解、洗涤丙酮
母液。废丙酮溶媒。
图1. 抗生素类药物“盐酸四环素”的生产过程。
废液中由于含有大量丙酮，不能直接排放到环境中，如果进行丙酮**，既可以降低生产费用，又能使废水排放达到生产要求。因此，将废丙酮**，降低排放废水中的丙酮含量，从而产生社会效益和经济效益，是一个很重要的课题。
课题的意义：
化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。
塔设备按其结构形式基本上可以分为两类：板式塔和填料塔。板式塔为逐板接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、压降低，操作弹性大，持液量小等优点。
同时也有投资费用较高，填料易堵塞等缺点。填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推荐用于0.
6-0.7m以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。
本设计目的是分离丙酮-水混合液，采用填料精馏塔。
板式塔和填料塔都是常用的精馏塔型，各有其特点，对于具体的分离任务，正确选择合适的塔型是首要的。了解分离任务的具体条件和要求，充分理解和掌握各塔型的特点，是作出合理选择的基础。有时，为完成某个分离任务，板式塔和填料塔都可以采用，这时往往需经过详细的设计后，由经济性作出抉择现将板式塔和填料塔的主要特点比较，列表说明，如下表所示。
塔型的选择因素很多。主要有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。
塔填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔。
操作性能的主要因素，因此，填料塔的选择是填料塔设计的重要环节。
填料类型有很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料根据特点不同，又可分为拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料及弧鞍填料、矩鞍填料、环矩鞍填料等。这次设计使用的是金属环矩鞍填料。
产品中水分含量 ≤0.2%（质量%）
残液中丙酮含量 ≤0.3%（质量%）
废丙酮溶媒处理量 8 吨/天。
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：根据设计经验自行确定。
塔填料：金属环矩鞍填料。
冷凝器采用冷却水作为冷流体，冷却水进口温度25℃，冷却水温升8~10℃，总传热系数600w/( m2·℃)
再沸器采用0.3 mpa的饱和水蒸气为加热介质来使塔釜釜液汽化，同时蒸汽冷凝放出汽化热，总传热系数400w/( m2·℃)热损失为20%~30%
要求气速流量控制在10~15 m/s，液体流量控制在0.5~1.0 m/s，计算完管径后要圆整为标准管。
管式液体分布器：
液位高度取：△h=120~200mm
分布点密度取：220～260 点/m2塔截面。
丙酮的摩尔分率：
进料：精馏段：
提馏段：由物料衡算得：
解得： 操作压力选为常压。
已知操作压力，塔顶温度采用**法计算，进料温度和塔釜温度采用泡点法计算。用下标1表示丙酮，下标2表示水。
其中安东尼方程：
安托尼常数：
丙酮：a=16.6513 b=2940.46 c=35.93
水： a=18.3036 b=3816.44 c=46.13
初始温度为丙酮的沸点和水沸点的中间值，然后用excel进行单变量循环计算，可得塔顶温度为，即345.9k)
根据安东尼方程：
可得： 由于：
则： 由于：，其中。
则： 同理：
由于： 则：
由于：，其中。
则： 则：
所以，进料温度。
初始温度为丙酮的沸点，然后用excel进行单变量循环计算，可得塔顶温度为，即330.4 k。)
根据安东尼方程：
可得： 由于：
则： 由于：，其中。
则： 同理：
由于： 则：
由于：，其中。
则： 则：
所以，塔顶温度。
初始温度为水的沸点，然后用excel进行单变量循环计算，可得塔顶温度为，即373.1k。)
根据安东尼方程：
可得： 由于：
则： 由于：，其中。
则： 同理：
由于： 则：
由于：，其中。
则： 则：
所以，塔釜温度。
根据附表1. 常压下丙酮-水气液平衡数据，用origin8.5绘制常压下丙酮-水气液平衡曲线。
见图2. 切线法求解最小回流比，在y=x 上取点（,）即点（0.9936，0.
9936），过该点作丙酮-水气液平衡曲线的切线，得到切点坐标为(0.9483,0.9600)，斜率为0.
7288。
因此，最小回流比：
解得。操作回流比：
放大图。图2. 切线法求解最小回流比。
用下标1表示丙酮，下标2表示水。
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