化工原理课程设计2017

化工原理课程设计Contents设计主要内容说明书的编写设计要求目的设计任务书装配图课程设计的目的目的：锻炼学生的综合能力：资料查阅、知识综合应用、理论计算、设备选型、绘制图形、编写说明书。培养工程观念：理论→小试→放大。化工原理课程设计任务书设计题目：乙醇-水连续精馏塔的设计塔板结构工艺参数：1、乙醇－水混合物，含乙醇％（质量），温度___0C;2、产品：馏出液含乙醇％（质量），温度0C;按间接蒸汽加热计，残液中含酒精浓度不高于0.1%（质量）；3、生产能力：日产酒精（指馏出液）kg;4、热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为MPa;1.确定工艺流程，绘制工艺流程图；2.工艺设计，得出设备主要尺寸和参数（塔高，直径，塔板数等）；3.选择附属设备；4.绘制整块式塔板塔节装配图；5.编写设计说明书。要求：作业份量：（1）设计说明书电子版及打印版,草稿各一份，若为手写版只交纸质版一份.（2）整块式塔板塔节装配图电子版及打印版（1号图纸）1份,或手画版设计内容1.设计方案简介对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述；2.工艺设计计算工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算等3.结构设计计算及流体力学性能校核4.典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定5.整块式塔板塔节装配图统一的封面装订成册；说明书的文字叙述要简练、明确、字迹要工整清楚；各种计算方法应举例说明，公式的符号（单位）应标注清楚，必要时应附上示意图和计算数据表格；所引用的数据、公式或结论可在每页右侧留出的约2cm宽的长框内用符号[*]注明其来源；选用的重要参数和计算的重要结果也可写在右侧的长框中或用表格的形式汇总列出。编写设计说明书（1）设计题目（包括课程设计任务书）；（2）说明书目录（标题及页次）；（3）设计说明（说明论证，并附工艺流程图）；（4）工艺设计（物料衡算、回流比、理论板数、进料位置等，计算机计算应有相应框图和源程序）；（5）板式塔的结构设计（板间距、塔径及塔板布置设计）（6）附属设备的选型设计（包括预热器、冷凝器、冷却器和再沸器、接管、进料泵、回流泵等的选型）；（7）设计结果汇总（包括主要工艺尺寸、各种物料的量和状态及设计时规定的操作条件等）；（8）结语（包括对设计的自我评述以及有关问题的分析讨论等）（9）设计参考资料目录说明书的主要内容工艺流程图（仅作参考）对整个设计方案给出具体说明第一节工艺计算主要内容是(1)物料衡算(2)确定回流比(3)确定理论板数和实际板数(4)塔的气液负荷计算塔设备的生产能力一般以吨/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。设计计算部分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2.理论塔板数NT的求解0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.000.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0液相乙醇含量X汽相乙醇含量Ya)过D点（xD，xD）作平衡线切线，计算Rminb)取回流比R=（1.1~2）Rminc)计算精馏段操作线方程和提馏段操作线方程d)图解法得到NT3.计算全塔效率:3.实际板数N的求解4.塔的气液负荷计算第二节塔的主要工艺尺寸设计计算2、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。5.0232323220)(])(ln)43196.049123.0088307.007291.0(ln)3212.139.1079.0474675.0(4695.65496.56562.1531.4exp[VLvLTvvVLLhHZLZZZLZZZZZZC3液流型式的选择液体在板上的流动型式主要有，U型流、单流型、双流型和阶梯流型等，其中常选择的则为单流型和双流型。（图见附录1）表2、选择液流形式参考表塔径流体流量m3/hMmU形流型单流型双流型阶梯流型6005以下5～259007以下7～5010007以下45以下12009以下9～7014009以下70以下150010以下70以下200011以下90以下90～160300011以下110以下110～200200～300400011以下110以下110～230230～350500011以下110以下110～250250～400600011以下110～250250～450应用场合用于较低液气比一般应用高液气比和大型塔板极高液气极大型塔板4、溢流堰（出口堰）的设计(1).堰长Wl:依据溢流型式及液体负荷决定堰长,单溢流型塔板堰长lW一般取为(0.6～0.8)D；双溢流型塔板，两侧堰长取为(0.5～0.7)D，其中D为塔径(2).堰上液层高度hOW：堰上液层高度应适宜，太小则堰上的液体均布差，太大则塔板压强增大，物沫夹带增加。对平直堰，设计时hOW一般应大于0.006m，若低于此值应改用齿形堰。hOW也不宜超过0.06～0.07m，否则可改用双溢流型塔板。平直堰的hOW按下式计算hELlOWhW284100023.式中Wl—堰长,m;Lh—塔内液体流量，mh3E—液流收缩系数，查图求取。一般可取为1，误差不大齿形堰hOW不超过齿顶时2517.1WnSOWlhLhhOW超过齿顶时2525735.0nOWOWnWShhhhlLSL—塔内液体流量,Sm3nh—齿深,m;可取为0.015m(3).堰高Wh堰高与板上液层高度及堰上液层高度的关系：OWLWhhh2/55、降液管的设计（1）、降液管的宽度dW与截面积fA可根据堰长与塔径比值DlW，查图求取。降液管的截面积应保证溢流液中夹带的气泡得以分离，液体在降液管中的停留时间一般等于或大于3～5秒，对低发泡系统可取低值，对高发泡系统及高压操作的塔，停留时间应加长些。故在求得降液管的截面积之后，应按下式验算液体在降液管内的停留时间，即AHLfTS—液体在降液管中的停留时间，sAf—降液管截面积，m3（2）.降液管底隙高度hO为保证良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般取为hhOW00060012.~.,mhO也不易小于0.02～0.025m，以免引起堵塞，产生液泛。不宜高度6、塔板设计(1).塔板布置i.开孔区面积Aa对于单流型塔板)(sin21222rxrxrxAa式中xDWWdS2(),mrDWC2,msin1xr以弧度表示的反三角函数对于双流型塔板Axrxrxrxrxrxra222221121221sinsin式中xWWdS12(Wd为双溢流中间降液管的宽度)其它符号与单流型塔板公式同ii溢流区溢流区面积Af及Af分别为降液管和受液盘所占面积.iii安定区开孔区与溢流区之间的不开孔区域为安定区，其作用为使自降液管流出液体在塔板上均布并防止液体夹带大量泡沫进入降液管。其宽度WS(WS)指堰与它最近一排孔中心之间的距离，可参考下列经验值选定：溢流堰前的安定区WS=70～100mm进口堰后的安定区WS=50～100mm直径小于1m的塔可适当减小。iv无效区在靠近塔壁的塔板部分需留出一圈边缘区域供支撑塔板的边缘之用，称无效区。其宽度视需要选定,小塔为30～75mm，大塔可达50～75mm。为防止液体经边缘区流过而产生短路现象，可在塔板上沿塔壁设置旁流挡板。（2）浮阀数以及排列方式a)阀孔数由《传热传质过程设备设计》p194式4-18可知：选用F1型浮阀，重型，阀孔直径do=0.039m，初取动能因子F0=10，计算阀孔气速u0oovFu每层塔板上的阀孔数为0204udqNGb)浮阀排列方式选择错排方式，计算孔心距t：00907.0AAdta校核气速及动能因子：动能因子在9～12，开孔率在10%～15%合理第三节塔板的流体力学验算i.干板压降hCLVCCuh200)(051.0式中u0—筛孔气速，m/sLV、—分别为液、气密度，kgm3C0—孔流系数，孔径与塔板厚度之比).......()(000338.0)(00732.0)(0677.08806.00302000ddddCii.板上液层阻力lh板上充气液层阻力受堰高、气速及溢流长度等因素的影响，一般用下面的经验公式计算：)(00OWWLlhhhh式中：hL—板上清液层高度，m0—反映板上液层充气程度的因数，可称为充气因数，无因次,一般0=0.5～0.6。0与气相动能因子aF有关，185964.000652029.0F)(单流型塔板fTsaVaaAAVuuFiii.液体表面张力的阻力MNgdhL/:40表面张力气体通过塔板的压降（ΔPp=hpgρL）应低于设计允许值。(2).降液管内液体高度(液泛or淹塔)降液管内液体高度Hd代表液体通过一层塔板时所需液位高度，可用下式表示:dpLdhhhH式中—进出口堰之间的液面梯度，m液柱(一般很小，可以忽略)ph—气体通过一块塔板的压降，m液柱hd—液体流出降液管的压降，m液柱hd可按下列经验公式计算：无入口堰:hLLhdSW015302.有入口堰：hLlhdSW0202.如果液体和气体流动所遇阻力增加，降液管中液面上升，当超过上一层塔板的堰顶后，产生液体倒流，即发生了液泛，因此，需要足够的降液管高度，或控制适当阻力以防液泛的发生。实际降液管中液体和泡沫的总高度大于用上式计算的值。为了防止液泛，应保证降液管中泡沫液体总高度不超过上层塔板的出口堰。因此HhHTWd式中HT—板间距，m—系数。为考虑降液管内液体充气及操作安全两种因素的校正系数。对于容易起泡的物系，取0.3～0.4；对不易起泡的物系，取0.6～0.7；对于一般物系，取0.5。（3）雾沫夹带雾沫夹带是指板上液体被上升气体带入上一层塔板的现象。过多的雾沫夹带将导致塔板效率严重下降。为了保证板式塔能维持正常的操作效果，应使每千克气体夹带到上一层塔板的液体量不超过0.1kg，即控制雾沫夹带量eV0.1kg(液)/kg(气)。2.36)5.2(107.5LTaVhHue（4）漏液点气速uOW当气速逐渐减小至某值时，塔板将发生明显的漏夜现象，该气速称为漏液点气速uOW，若气速继续降低，更严重的漏夜将使筛板不能积液而破坏正常操作，故漏液点气速为筛板的下限气速。为使筛板具有足够的操作弹性，应保持稳定性系数K:若稳定性系数偏低，可适当减小开孔率或降低堰高，前者影响较大。VLLOWhhCu/)13.00056.0(4.40]/[...,....0.25.1smuuuuKOWoOWO漏液点气速筛孔气速～液液第四节塔板的负荷性能图塔板负荷性能图Vs,m3/sLs,m3/s(1)雾沫夹带线(2)液泛线(3)液相上限线(4)漏液线(5)液相负荷下限线AVs,minP操作点BVs,maxO(1).雾沫夹带线(1)雾沫夹带线表示雾沫夹带量eV=0.1kg(液)/kg(气)时的VLSS—关系，塔板的适宜操作区应在此线之下，否则将因过多的雾沫夹带而使板效率严重下降。此线可根据上述流体力学验算中