筛板塔设计(2013)

化工原理课程设计——筛板式精馏塔设计2010年12月一、课程教学目的通过课程设计，使学生了解化工设计的基本程序和方法。要求学生能用经济的观点树立正确的设计思想，掌握查阅资料、手册、选用公式和数据的方法。学会进行迅速、正确的设计运算方法，并用简洁的文字、图表表达设计结果。使学生得到化工设计能力的基本锻炼，培养学生的独立工作能力，培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃认真的工作作风。二、课程教学基本内容1．设计方案简介选择合理的工艺流程，对给定的操作条件，选用的设备型式等进行技术可行性与经济可行性论证。2．工艺设计计算包括工艺参数的选定，物料衡算，热量衡算，单元操作的工艺计算。3．主要设备设计（课时不够列为选作）主要设备的结构设计和工艺尺寸的计算。4．辅助设备选型典型辅助设备主要工艺尺寸的计算和设备规格、型号的选定；5．制图包括绘制工艺流程图、主要设备工艺条件图（后者为选做）。6.设计说明书的编写三、课程设计任务要求整个设计有论述、计算和图表组成。要求每位学生作设计说明书一份、图纸一张（工艺流程图）。1、设计说明书内容与顺序p7封面；设计任务书；说明书目录；设计方案简介；工艺设计计算；辅助设备的计算和选型；设计结果汇总；设计评述（心得体会）；参考资料及主要符号说明。；附图。2、设计图纸要求要求用A2（594*420mm）或A3（420*293mm）图纸大小制图。绘制工艺流程图，以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物流方向、物流量、能流量。（封面样本）漳州师范学院化工原理课程设计（小初）(中文题目)（二号黑体字）姓名：（四号宋体）学号：（四号宋体）系别：（四号宋体）专业班级：（四号宋体）指导教师：（四号宋体）设计时间：年月日至年月日四、设计的方法与步骤（1）课程设计准备工作首先要认真阅读、分析下达的设计任务书，领会要点，明确所要完成的主要任务。二是查阅、收集技术资料。（2）确定设计方案按任务书提供的条件及要求，结合所掌握的资料进行分析研究，选定适宜的流程方案及设备的类型，并初步形成工艺流程简图。（3）工艺设计计算选择适宜的数学模型和计算方法，按任务书规定要求、给定条件以及现有资料进行工艺设计计算，即进行物料衡算、热量衡算等。以获得物流量、能流量、各物流的组成、状态等信息。同时获得设备的结构工艺尺寸。此部分含内容较多，设计者应根据设计计算篇幅，适当划分为若干小节，使之条理清楚。（4）完成辅助设备的工艺计算及选型（5）工艺设计说明书将以上设计所获得工艺流程方案、工艺设计计算主要步骤及结果、工艺流程图汇集成工艺设计说明书。五、工艺流程图的绘制p9-151、图的绘制步骤1）用细实线（0.3mm）按比例（1：100或1：50）画出设备简单外形。常用设备外形已标准化，见表2-2。2）用粗实线（0.9mm）画出连接设备的主要物料管线，并注出流向箭头。3）物料平衡数据可直接在物料管道上用细实线引出并列成表。4）辅助管道用中粗实线（0.6mm）表示。5）图上不标示设备的支脚、支架和平台等。2、图幅大小及格式1）图纸幅面尺寸：要符合国家规定。2）图框和标题栏要画出。3、图的绘制比例绘制工艺流程图的比例一般采用1：100或1：200.但实际上，图形可不必严格按比例画。4、常用的图形符号和标注1）常用设备的图形符号及其标注2）管件与阀门的图形符号3）常见仪表参量代号及仪表图形符号4）流程中的物料代号5）管道流程线表示及标注（p12表2-4下一段）化工原理课程设计2020/2/26——筛板式精馏塔设计第一部分：化工原理课程设计任务书第二部分：设计方法第一部分：化工原理课程设计任务书一.设计题目：苯——甲苯混合液筛板(浮阀)精馏塔设计二.原始数据年处理量：250003000035000400004500050000吨料液初温：35℃料液浓度：40%45%50%55%60%（苯质量分率）塔顶产品浓度：98%98.5%（苯质量分率）塔底釜液含甲苯量不低于98%(以质量计)每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修）精馏塔塔顶压强：4kpa（表压）冷却水温度：30℃饱和水蒸汽压力：0.25Mpa(表压)设备型式：筛板(浮阀)塔厂址：常州地区三.设计任务完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和选用，绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书。四.设计内容1.工艺设计（1）选择工艺流程和工艺条件a．加料方式b.加料状态c.塔顶蒸汽冷凝方式d.塔釜加热方式e.塔顶塔底产品的出料状态塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。（2）精馏工艺计算：a.物料衡算确定各物料流量和组成。b.经济核算确定适宜的回流比根据生产经常费和设备投资费综合核算最经济原则，尽量使用计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。c.精馏塔实际塔板数用近似后的适宜回流比在计算机上通过逐板计算得到全塔理论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。然后根据全塔效率ET，求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔板数，确定加料板位置。2.精馏塔设备设计(机械设计)(1)选择塔型和板型采用板式塔，板型为筛板(浮阀)塔。(2)塔板结构设计和流体力学计算(3)绘制塔板负荷性能图画出精馏段或提馏段某块的负荷性能图。(4)有关具体机械结构和塔体附件的选定•*接管规格：根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道。*全塔高度：包括上、下封头，裙座高度。3.附属设备设计和选用(1)加料泵选型，加料管规格选型加料泵以每天工作3小时计（每班打1小时）。大致估计一下加料管路上的管件和阀门。(2)高位槽、贮槽容量和位置高位槽以一次加满再加一定裕量来确定其容积。贮槽容积按加满一次可生产10天计算确定。(3)换热器选型对原料预热器，塔底再沸器，塔顶产品冷却器等进行选型。(4)塔顶冷凝器设计选型根据换热量，回流管内流速，冷凝器高度，对塔顶冷凝器进行选型设计。4.编写设计说明书设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果；对所选用的物性数据和使用的经验公式图表应注明来历。设计说明书应附有带控制点工艺流程图，塔板结构简图.5.注意事项:写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源;每项设计结束后,列出计算结果明细表;设计说明书要求字迹工整,装订成册上交。第二部分：筛板式精馏塔设计方法一.工艺计算二.设备计算三.辅助设备计算四.塔体结构五.带控制点工艺流程图主要内容是(1)物料衡算(2)确定回流比(3)确定理论板数和实际板数(4)塔的气液负荷计算(5)热量衡算塔设备的生产能力一般以千克/小时或吨/年表示，但在理论板计算时均须转换成kmol/h,在塔板设计时，气液流量又须用体积流量m3/s表示。因此要注意不同的场合应使用不同的流量单位。1.全塔物料衡算：F=D+WFxF=DxD+WxW塔顶产品易挥发组分回收率η为：η=DxD/FxF式中:F、D、W分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液的摩尔流量(kmol/h),xF、xD、xW分别为进料、塔顶产品、塔底馏出液组成的摩尔分率一．工艺计算2.确定最小回流比一般是先求出最小回流比，然后根据min21.1RR—,确定回流比Rmin是根据汽液相平衡方程yx11q线方程yqqxxqF11联立求得交点xqyq，然后代入方程RxyyxDqqqmin其中利用t～x～y关系，并借助二次样条插入的方法，求得塔顶塔底的温度，进而求取全塔的平均温度，从而可以根据全塔平均温度求取全塔平均相对挥发度。式中：R---回流Rmin—最小回流比—全塔平均相对挥发度2020/2/263.理论板数和实际板数的确定（1）逐板法计算理论板数，交替使用操作线方程和相平衡关系。精馏段操作线方程：yLLDxDLDxnnD1提馏段操作线方程：yLqFLqFWxWLqFWXnnw1xynn1(利用操作线方程)yxnn(利用相平衡关系)2020/2/26（2）塔顶冷凝器的类型(i)当塔顶为全凝器时,dxy1则自第一块塔板下降的液相组成x1与y1成相平衡，故可应用相平衡方程由y1计算出x1，自第二块塔板上升蒸汽组成y2与x1满足操作线方程，由操作线方程以小x1计算得出y2.(ii)当塔顶为分凝器时,Kxxd0先求出分凝器内与xd成相平衡的x0,再由操作线方程以x0计算得出y1，然后由相平衡方程由y1计算出x1，如此交替地使用操作线方程和相平衡关系逐板往下计算，直到规定的塔底组成为止，得到理论板数和加料位置。2020/2/26（3）加料板位置的确定求出精馏段操作线和提馏段操作线的交点xyqq、，并以xq为分界线，当交替使用操作线方程和相平衡关系逐板往下计算到xxxxnqnq且1时，就以第n块板为进料板。（4）实际板数的确定板效率：利用奥康奈尔的经验公式ETL0490245..其中：—塔顶与塔底的平均温度下的相对挥发度L—塔顶与塔底的平均温度下的液相粘度,mpas对于多组分的液相粘度：LiLixLi—液态组分i的粘度,mpasxi—液相中组分i的摩尔分率实际理论板数NNET实理2020/2/264、塔的气液负荷计算(1)、精馏段气液负荷计算VRD1LRDVVMSVmVm3600LLMSLmLm3600V—塔内气体摩尔流量kmol/hVs—塔内气体体积流量ms3MVm、MLm—分别为精馏段气相平均分子量、液相平均分子量VmLm、—分别为精馏段气相平均密度、液相平均密度kgm3(2)、提馏段气液负荷计算(同上)2020/2/265、热量衡算总热量衡算QQQQQQVWLBFR式中：QQQQQQVWLBFR、、、、、分别是塔顶蒸汽带出的热量、塔底产品带出的热量、塔设备的热损失、塔釜加热量、进料带入的热量、回流带入热量、其中：塔设备的热损失QQLB01.再沸器热负荷QQQQQBVWRF11.冷凝器热负荷QQQQCVDRQQCD、—分别为塔顶冷凝器带走热量、塔顶产品带走热量二．设备计算2020/2/26二．塔和塔板主要工艺尺寸的设计它包括板间距的初估，塔径的计算，塔板液流型式的确定，板上清液高度、堰长、堰高的初估与计算，降液管的选型及系列参数的计算，塔板布置和筛板的筛孔和开孔率，最后是水力校核和负荷性能图。1、板间距HT的初估板间距的大小与液泛和雾沫夹带有密切的关系。板距取大些，塔可允许气流以较高的速度通过，对完成一定生产任务，塔径可较小；反之，所需塔径就要增大些。板间距取得大，还对塔板效率、操作弹性及安装检修有利。但板间距增大以后，会增加塔身总高度，增加金属耗量，增加塔基、支座等的负荷，从而又会增加全塔的造价。初选板间距时可参考下表所列的推荐值。表1板间距与塔径关系塔径D,m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.0塔板间距HTmm200～300250～350350～450450～6002020/2/262、塔径D的初估与圆整根据流量公式计算塔径，即DVuS4式中Vs—塔内的气相流量，ms3u—空塔气速，m/suu0608.~.maxuCLVVmaxumax—最大空塔气速，m/sLV、—分别为液相与气相密度，kgm3负荷系数2.02020CC(C20值可由Smith关联图求取)由上式算出的塔径按部颁发塔盘标准圆整，圆整后的塔径除了必须满足板间距与塔径的关系外，还须进行空塔气速校核。2020/2/265.0232323220)(])(ln)43196.049123.0088307.007291.0(ln)3212.139.1079.0474675.0(4695.65496.56562.1531.4exp[VLvLTvvVLLhHZLZZZLZZZZZZC3液流型