化工原理课程设计任务书模板及课件PPT课件.ppt

化工原理课程设计COURSEEXERCISE DESIGNFORUNITOPERATIONSOFCHEMICALENGINEERING 武汉理工大学华夏学院化药系 主讲教师文艳霞 2020 3 25 可编辑 化工原理课程设计任务书模板 专业 班级学生姓名发题时间 2012年06月25日课题名称乙醇 水精馏塔设计课题条件 设计条件进精馏塔的料液含乙醇25 质量分数 其余为水 产品的乙醇含量不得低于94 质量分数 残夜中乙醇的含量不得高于0 1 质量分数 生产能力为日产100t94 质量分数 的乙醇产品 2 2020 3 25 可编辑 化工原理课程设计任务书模板 2 操作条件精馏塔顶压强4kPa 表压 进料热状况泡点进料回流比自选单板压降不大于0 7kPa3 设备形式筛板塔4 建厂地址武汉指导教师 3 2020 3 25 可编辑 化工原理课程设计 一课程的性质将化工原理比做一个人 课程设计就是人的两只腿 没有了腿 人就站不起来 更谈不上走路了 一门知识 只有运用于实践 才有意义 4 第一章绪论Introduction 2020 3 25 可编辑 一 课程设计的目的 综合能力训练工程调研 收集和查阅文献资料 综合应用所学知识 理论计算 设备选型 工程图绘制 编写设计计算说明书 工程观念培养理论 小试 中间试验 放大为实际工程生产应用 第一章绪论 6 2020 3 25 可编辑 第一章绪论 二 基本要求初定方案 绘制工艺流程图 进行有关计算 得出设备主要尺寸和参数 塔高 塔直径 塔板数等 选择附属设备 编制设计计算说明书 根据计算结果绘制主体设备图 7 2020 3 25 可编辑 三 课程设计的内容 1 设计方案制定 2 主要设备的工艺设计计算包括各种设计参数的选择 物料衡算 热量衡算 理论塔板数计算 塔高 塔径等等 3 典型辅助设备的选型和计算 4 工艺流程图 5 主体设备工艺条件图 第一章绪论 8 2020 3 25 可编辑 第一章绪论 四 设计说明书的内容和格式 标题页 封面 设计任务书 目录 设计方案制定 简介 工艺流程图及说明 工艺计算及主体设备设计 辅助设备的计算及选型 设计结果概要或设计一览表 对本设计的评述 10 工艺流程图 主体设备工艺条件图 11 参考文献 9 2020 3 25 可编辑 第一章绪论 五 常用的物性参数 1 基础物性参数 包括分子式 相对分子质量 熔点 沸点等 2 定压比热容 3 密度 粘度 4 表面张力 5 二组分气液平衡组成与温度 或压力 关系 10 2020 3 25 可编辑 第二章精馏塔设备设计 塔设备设计的一般步骤1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 11 2020 3 25 可编辑 第二章精馏塔设备设计 精馏塔工艺流程图 12 2020 3 25 可编辑 精馏塔设备简介塔设备是气液传质设备分类 板式塔和填料塔工业生产对塔设备的主要要求 生产能力大 传质 传热效率高 流体流动的摩擦阻力小 操作稳定 适应性强 操作弹性大 结构简单 材料耗用少 制造安装容易 操作维修方便 应综合考虑以上诸因素 第二章精馏塔设备设计 13 2020 3 25 可编辑 第一节板式精馏塔工艺设计 主要内容 一 设计方案的确定二 物料衡算和操作线方程三 理论板数的求算方法四 塔和塔板主要工艺尺寸的设计 14 2020 3 25 可编辑 热量的利用装置流程的确定进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 15 2020 3 25 可编辑 一 设计方案的选定 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 16 2020 3 25 可编辑 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 一 设计方案的选定 17 2020 3 25 可编辑 第二节双组分溶液的气液平衡 两组分理想物系的气液平衡函数关系 气液相平衡 溶液与其上方蒸气达到平衡时气液两相各组分组成的关系 拉乌尔定律 根据道尔顿定律和拉乌尔定律可得 所以 1 2 1 2 为两组分理想物系的气液平衡关系式 18 2020 3 25 可编辑 第二节双组分溶液的气液平衡 相对挥发度及气液平衡方程 当总压不高时 蒸气服从道尔顿分压定律 对于二元溶液xB 1 xAyB 1 yA 整理后 略去下标 气液平衡方程 19 2020 3 25 可编辑 双组份理想物系汽液平衡相图 20 2020 3 25 可编辑 乙醇 水汽液平衡相图 21 2020 3 25 可编辑 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 第三节二元物系连续板式精馏塔的工艺计算 22 2020 3 25 可编辑 一 理论塔板数计算 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 第三节二元物系连续板式精馏塔的工艺计算 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 23 2020 3 25 可编辑 第三节二元物系连续板式精馏塔的工艺计算 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 最小回流比Rmin和操作回流比R最小回流比公式 24 2020 3 25 可编辑 第三节二元物系连续板式精馏塔的工艺计算 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 25 2020 3 25 可编辑 第三节二元物系连续板式精馏塔的工艺计算 精馏段操作线方程 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 26 2020 3 25 可编辑 第三节二元物系连续板式精馏塔的工艺计算 二 全塔效率ET 适用于液相粘度为0 07 1 4mPa s的烃类物系 适用于 且板上液流长度 1 0的一般工业板式塔 27 2020 3 25 可编辑 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 第三节二元物系连续板式精馏塔的工艺计算 已知NT和ET 可求NP 28 2020 3 25 可编辑 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 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 29 2020 3 25 可编辑 计算公式 板间距HT选取 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 1 塔高 选定时 还要考虑实际情况 30 2020 3 25 可编辑 计算公式 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 2 塔径 式中Vs 气体体积流量 m su 空塔气速 m s 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 20mN m的值C20 故一般应将C值加以修正 31 2020 3 25 可编辑 将计算所得塔径向系列标准圆整400 500 700 800 1000 4600 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 圆整 变径塔或通径塔 32 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 3 溢流装置设计 33 2020 3 25 可编辑 降液管类型与溢流方式 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 a 圆形降液管 b 内弓形降液管 c 弓形降液管它由部分壁面和一块平板围成的 由于能充分利用内空间 提供较大降液面积及两相分离空间 被普遍用 d 倾斜式弓形降液管它既增大了分离空间又不过多占用塔板面积 故适用于大直径大负荷塔板 1 降液管类型 34 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 2溢流堰的类型 U型流小液体负荷 液体流程长 板面利用好 板效较高 但液面落差大 单流型液体流程较长 板面利用好 塔板结构简单 直径2 2米以下的塔 双溢流流程短可减少液面落差 但板面利用率低且结构复杂 用于液体负荷大 直径2m以上塔 阶梯溢流结构复杂 适用于大塔径负荷大的塔 一般可根据初估塔径和液体流量 参考表5 2选塔板的液流型式 35 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 3溢流堰装置的设计计算 溢流堰 1 堰长lw单流型lw为 0 6 0 8 D双溢流lw为 0 5 0 7 D也可由溢流强度计算筛板及浮阀塔的lw 其中D 塔径lw 溢流堰长Lh 液体流量 36 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 2 堰高hw 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 37 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 堰上液层高度平直堰的hOW按下式计算lW 堰长 mLh 塔内液体流量 m hE 液流收缩系数 一般取1 38 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 求得how后 即可按下式指出的范围确定堰高hw 常压0 04 0 05m减压0 015 0 025m高压0 04 0 08m一般均不宜超过0 1m 堰高 若how小于6mm 应采用齿形堰 39 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 降液管 1 降液管的宽度Wd与截面积Af 若知堰长与塔径的比值 由右图即可查取降液管的宽度与截面积 40 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 降液管的截面积应保证溢流液中夹带的气泡得以分离 液体在降液管内的停留时间一般等于或大于3 5s 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 式中 液体在降液管中的停留时间 sAf 降液管的截面积 m2 2 降液管内停留时间 41 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 3 降液管底隙高度 h0应低于hw hw h0 6mm how Hd hL hw HT h0 42 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 降液管底隙高度h0 1 一般取为 2 也可按下式计算式中 液体通过降液管底隙的流速 m s一般不宜超过0 4m s不宜小于0 02 0 025m 以免引起堵塞 43 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 受液盘及进口堰 一般情况下多采用平受液盘 直径为800mm以上的塔板 推荐使用凹形受液盘 44 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 4 塔板的设计计算 塔板布置筛板的筛孔与开孔率 45 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 塔板布置 安定区 无效区 溢流区 开孔区 46 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 开孔区也称为鼓泡区 对垂直弓形降液管的单流型塔板按下式计算 式中Aa 鼓泡面积 m2 47 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 溢流区溢流区面积Af和Af 分别为降液管和受液盘所占面积 安定区开孔区与溢流区之间的不开孔区域为安定区 破沫区 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 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梁 小塔为30 50mm 大塔为50 75mm 为防止液体经边缘区流过产生短路现象 可在塔板上沿塔壁设置旁流挡板 48 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 筛板的筛孔与开孔率 孔径筛板厚度孔心距开孔率 筛孔数 筛孔的正三角形排列 49 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 筛孔孔径 筛孔的孔径的选取与塔的操作性能要求 物质性质 塔板厚度 材质及加工费用等有关 一般认为 表面张力为正的物系易起泡沫 可采用为3 8mm 常用的4 6mm 的小孔径筛板 属鼓泡型操作 表面张力为负系统的物系易堵 可采用为10 25mm的大孔径筛板 其造价低 不易堵塞 属喷射型操作 50 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 一般碳钢或不锈钢或 筛孔厚度 51 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 孔心距t筛孔在筛板上一般按正三角形排列 孔心距t 2 5 5 d0 常取t 3 4 d0t d0过小易形成气流相互扰动 过大则鼓泡不均匀 影响塔板的传质效率 开孔率筛板上筛孔总面积与开孔区面积之比称为开孔率 筛孔按正三角形排列的计算公式 一般开孔率大 塔板压降低 雾沫夹带量小 但操作弹性小 漏液量大 板效率低 通常开孔率为5 15 52 2020 3 25 可编辑 第四节塔和塔板主要工艺尺寸的设计 筛孔数目一般情况下 根据作图求筛孔数目 53 2020 3 25 可编辑 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 54 2020 3 25 可编辑 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 第一节塔板压力降 计算结果hp值应低于设计允许值 设计任务书已给出 55 2020 3 25 可编辑 第一节塔板压力降 干板阻力hc的计算 故上式可简化为 u0 气体通过筛孔的速度 m s C0 流量系数 由图5 10查取 56 2020 3 25 可编辑 第一节塔板压力降 气体通过液层的阻力hl计算 充气系数 反映板上充气程度可由图5 11查取 57 2020 3 25 可编辑 第一节塔板压力降 液体表面张力的阻力h 计算 液体的表面张力 N m 58 2020 3 25 可编辑 第二节雾沫夹带量ev kg液 kg气 雾沫夹带指气流穿过板上液层时夹带雾滴进入上层塔板上的现象 它影响塔板分离效率 为保持塔板的一定效率 应控制雾沫夹带量eV 0 1kg液 kg气 推荐采用Hunt的经验式 式中hf 塔板上鼓泡层高度 可按泡沫层相对密度为0 4考虑 即hf hL 0 4 2 5hL也可用图求解 适用于 12的情况 59 2020 3 25 可编辑 第四章塔板负荷性能图 可通过适当调整塔板结构参数来改变负荷性能图 60 2020 3 25 可编辑 第五章化工制图基础 1 图纸大小及格式 61 2020 3 25 可编辑 第五章化工制图基础 图2 7图框格式之一 图2 8图框格式之二 标题栏 标题栏 标题栏 标题栏 周边 图框线 62 2020 3 25 可编辑 第五章化工制图基础 2 图线类型及大小 63 2020 3 25 可编辑 第五章化工制图基础 3 剖面形式 为了区分不同的材料 国家制定了不同材料的剖面表示形式 下面是8种常见材料的剖面形式 64 2020 3 25 可编辑 第五章化工制图基础 4 视图的选择 大多数化工设备具有回转体性质 我们在选择主视图的时候常常会将回转体主轴所在的平面作为主视图的投影平面 一般情况下 按设备的工作位置 将最能表达各种零部件装配关系 设备工作原理及主要零部件关键结构形状的视图作为主视图 主视图常采用整体全剖局部部分剖 如引出的接管 人孔等 并通过多次旋转的画法 将各种管口 可作旋转 人孔 手孔 支座等零部件的轴向位置 装配关系及连接方法表达出来 选定主视图后 一般再选择一个基本视图 65 2020 3 25 可编辑 第五章化工制图基础 有了两个基本视图后 根据设备的复杂程度 常常需要各种辅助视图及其他表达方法如局部放大图 某某向视图等用以补充表达零部件的连接 管口和法兰的连接以及其他由于尺寸过小无法在基本视图中表达清楚的装配关系和主要尺寸 需要注意 不管是局部放大图还是某某向视图均需在基本视图中作上标记 并在辅助视图中