制药1121化工原理课程设计

化工原理课程设计武汉理工大学华夏学院化药系主讲教师文艳霞一、课程设计的目的课程设计是学生学完基础课程以及工程原理课程以后，进一步学习工程设计的基础知识,培养学生工程设计能力的重要教学环节,也是学生综合运用工程原理和相关先修课程的知识,联系生产实际,完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。通过这一环节，使学生掌握单元操作设计的基本程序和方法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选用公式和数据，运用简洁文字和工程语言正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学生养成尊重实际问题向实践学习，实事求是的科学态度，逐步树立正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的工作作风，提高学生综合运用所学的知识，独立解决实际问题的能力。二、课程设计的基本内容和程序课程设计的基本内容有：1.设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。2.主要设备的工艺计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。3.辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定。4.工艺流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备与辅助设备的物料方向、物流量、主要测量点。5.主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。6.编写设计说明书：可按照以下几步进行：(1)课程设计准备工作①有关生产过程的资料；②设计所涉及物料的物性参数；③在设计中所涉及工艺设计计算的数学模型及计算方法；④设备设计的规范及实际参考图等。(2)确定设计方案(3)工艺设计计算(4)结构设计(5)工艺设计说明书⑴封面：课程设计题目、学生班级及姓名、指导教师、时间。⑵目录⑶设计任务书⑷概述与设计方案的简介⑸设计条件及主要物性参数表⑹工艺设计计算⑺辅助设备的计算及选型⑻设计结果汇总表⑼设计评述⑽工艺流程图及设备工艺条件图⑾参考资料⑿主要符号说明以上即为我们在课程设计中所涉及的主要内容。设计任务书题目：乙醇精馏塔设计条件：废乙醇溶液含乙醇24%（质量分数），其余都是水；处理后要求塔顶乙醇含量不小于92%（质量分数），塔底废水中乙醇含量≤5%（质量分数）；年处理量为13万吨。年工作日300天，精馏塔顶压强为4kPa（表压）；单板压降不大于0.7kPa；建厂地址：武汉先期需要掌握的知识1、什么是精馏塔？精馏塔工作原理是什么？2、精馏塔有哪些？怎样进行分类？这些精馏塔各有什么样的优缺点？本次设计选择哪种精馏塔?为什么？3、设计精馏塔的步骤有哪些？从哪儿入手进行设计？4、对于精馏塔而言，哪些数据是必须经过计算得到的？………..精馏塔介绍精馏塔是一种气液传质设备，是利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏塔分为板式精馏塔和填料精馏塔。筛板塔和浮阀塔都属于板式精馏塔。精馏装置和精馏塔填料塔、浮阀塔和筛板塔2.精馏塔设备设计塔设备设计的一般步骤1选定设计方案，确定工艺流程图2计算塔工艺尺寸（塔主体部分高度、塔径、塔板数）3计算塔内部工艺尺寸（内部构造、尺寸、进行验算）4确定塔其他结构尺寸（塔整体高度、封头、群坐高度、人孔等）5计算附属设备，选型。计算各进出管口尺寸、选型热量的利用装置流程的确定进料方式、加料方式的选择冷凝器的选择（全凝器或分凝器）操作压强的选择常压减压加压通常取决于冷凝温度，本设计选用常压一.设计方案的选定2.1设计方案的选定q每摩尔进料的气化潜热蒸汽所需热量使每摩尔进料变成饱和q0.1q进料热状况的选择用表示五种进料热状况：冷液进料：饱和液体（泡点）进料：饱和蒸汽（露点）进料：气液混合进料：过热气进料：原则上采用冷液进料，但通常采用泡点进料。01q0q0q0.1q加热方式的选择大多采用间接蒸汽加热，设置再沸器。回流比的选择主要从经济观点出发，力求使设备费用和操作费用之和最低。一般经验值为2.1设计方案的选定min0.2~1.1RR2.2双组份理想物系汽液平衡相图乙醇-水汽液平衡相图（非理想物系）本节主要任务1、理论塔板数计算2、塔板效率3、实际塔板数4、加料板位置5、精馏段、提留段实际塔板数2.3二元物系连续板式精馏塔的工艺计算①全塔物料衡算总物料F=D+W易挥发组分FxF=DxD+WxW若已知其中的四个量，即可求另外的两个量。为了求出最小回流比和操作回流比，从而求操作线方程和理论塔板数一、理论塔板数计算②进料线方程（线方程）线方程代表精馏段操作线与提留段操作线交点的轨迹方程③最小回流比Rmin和操作回流比R最小回流比公式q11qxxqqyFqqqqDxyyxRmin求Rmin步骤：1、作汽液平衡线和对角线2、作进料线与平衡线交点（,）3、代入公式即可求出最小回流比。又因为所以可以得到操作回流比。从而可求出精馏段和提馏段操作线方程。qxqymin0.2~1.1RR④精馏段操作线方程⑤求理论塔板数NT用直接梯级求解法（M.T法），求出理论塔板数，精馏段和提馏段理论塔板数，加料板位置。注意：间接蒸汽加热时，再沸器内可视为气液两相达平衡，故再沸器相当于一层理论板，则提馏段理论板数要减一层。DnxRxRRy1111nPTTNNE二、全塔效率ETmTElg616.017.0（适用于液相粘度为0.07~1.4mPa·s的烃类物系。）245.049.0LTE适用于，且板上液流长度≤1.0的一般工业板式塔5.7~1.0L已知NT和ET,可求NP三、实际塔板数NP求出精馏段和提馏段实际塔板数和加料板位置。PTTNNE已知NT和ET,可求NP主要内容：1.塔高2.塔径3.溢流装置与液体流型4.塔板设计2.4塔和塔板主要工艺尺寸的设计计算公式1.塔径uVDs4式中Vs—气体体积流量，m³/su—空塔气速，m/smax)8.0~6.0(uuVVLCumax2.020)20(CCC为负荷系数，可由Smith关联图查取。如图5-1所示。注意：查得的负荷系数为液体表面张力σ＝20mN/m的值C20，故一般应将C值加以修正。将计算所得塔径向系列标准圆整400、500、700、800、1000·······4600圆整变径塔或通径塔2.溢流装置设计hwhowHdhLhoHTD受液盘溢流堰降液管DxWdWstAfAaW'sA'fLw3、堰高hwOWWLhhh式中hL——板上液层高度(一般50～100mm）how——堰上液层高度（可按图5-6进行计算，一般低于60mm）堰上液层高度how也可按Francis公式计算hwhowHdhLhoHTD4、塔板的设计计算塔板布置筛板的筛孔与开孔率塔板布置DxWdWstAfAaW'sA'fLw安定区无效区溢流区开孔区第三章塔板流体力学验算一、塔板流体力学验算的目的检验初设的塔板计算是否合理判定塔板能否维持正常操作hc－与气体通过板上液层的压降相当的液柱高度，m液柱hc－与克服液体表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱hc－与气体通过筛板的干板压降相当的液柱高度，m液柱4.1塔板压力降hhhhghplcpLppph计算结果hp值应低于设计允许值（设计任务书已给出）第四章塔板负荷性能图1.气相下限操作线2.过量雾沫夹带线3.液相下限线4.液相上限线5.液泛线V(m³/s)L(m³/s)12345稳定操作区ABCD可通过适当调整塔板结构参数来改变负荷性能图。