化工单元设备设计-2016

1、化学与化工学院化学与化工学院 化工原理化工原理课程组课程组 20172017年年1 1月月3 3日日 化工单元设备设计课程安排 2016.12.29 设计指导小组全体老师讨论课程考核办法，安排设计工作，落实 设计任务 2017.1.3 上午9:30设计动员会：发放设计任务书，设计任务分解，介绍设 计步骤及设计要求 2017.1.4学生自我理解设计内容，查看设计指导书 设 计 环 节 1.5辅导教师：张亚婷、潘晶莹 辅导地点：9-205，206 1.6辅导教师：贺新福、张亚刚 辅导地点：9-205，206 1.9辅导教师：张亚婷、陈治平 辅导地点：9-205，206 1.10辅导教师：贺新福、王

2、丽娜 辅导地点：9-205，206 1.11辅导教师：张亚刚、贺新福 辅导地点：9-205，206 1.12辅导教师：王丽娜、潘晶莹 辅导地点：9-205，206 1.13 全体老师 （审查并提交设计说明书）320 2021-6-21 筛板式精馏塔设计筛板式精馏塔设计 第一部分：化工单元设备设计任务书第一部分：化工单元设备设计任务书 第二部分：设计方法第二部分：设计方法 化工单元设备设计化工单元设备设计 理论课理论课 课课 程程 设设 计计 实验课实验课 实验课实验课 第一部分：化工单元设备设计任务书第一部分：化工单元设备设计任务书 一一. 设计题目：苯设计题目：苯甲苯混合液筛板甲苯混合液筛板

3、(浮阀浮阀)精馏塔设计精馏塔设计 二二. 原始数据原始数据 年处理量：年处理量：25000 30000 35000 40000 45000 5000025000 30000 35000 40000 45000 50000吨吨 料液初温：料液初温：3535 料液浓度：料液浓度：40% 45% 50% 55% 60%40% 45% 50% 55% 60%（苯质量分率）（苯质量分率） 塔顶产品浓度：塔顶产品浓度：98% 98.5%98% 98.5%（苯质量分率）（苯质量分率） 塔底釜液含甲苯量不低于塔底釜液含甲苯量不低于 98%(98%(以质量计以质量计) ) 每年实际生产天数：每年实际生产天数：3

4、30330天（一年中有一个月检修）天（一年中有一个月检修） 精馏塔塔顶压强：精馏塔塔顶压强：4 kpa4 kpa（表压）（表压） 冷却水温度：冷却水温度：3030 饱和水蒸汽压力：饱和水蒸汽压力：2.5kgf/cm2.5kgf/cm2 2( (表压表压) ) 设备型式：筛板设备型式：筛板( (浮阀浮阀) )塔塔 厂址：厂址： 三三. . 设计任务设计任务 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。 四四. . 设计内容设计内容 1.1.工艺设计工艺设计 （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

5、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 根据生产经费和设备投资费综合核算最经济原则，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。 2.2. 精馏塔设备设计精馏塔设备设计 (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

6、 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。 3.3. 附属设备设计和选用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

7、度，对塔顶冷凝器 进行选型设计。 4.4.编写设计说明书编写设计说明书 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 和计算机程序框图和原程序。 5.5.注意事项注意事项: : 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第二部分：筛板式精馏塔设计方法 一一. . 工艺计算工

8、艺计算 二二. . 设备计算设备计算 三三. . 辅助设备计算辅助设备计算 四四. . 塔体结构塔体结构 五五. . 带控制点工艺流程图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。 1.1.全塔物料衡算全塔物料衡算： F=D+W FxF=DxD+WxW 塔顶产品易挥发组分回收率为： = DxD/FxF 式中: :F、D、W

9、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 一工艺计算一工艺计算 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 二设备计算二设备计算 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 5 . 0 232 32 32 20 )( )(ln)43196. 049123. 0 088307. 007291. 0(ln)3212. 139. 1079. 0 474675. 0(4695. 65496. 56562. 1531. 4exp V L vLT

10、v v V L LhHZ LZZ ZLZZZ ZZZC 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 齿形堰 hOW不超过齿顶时 2 5 17. 1 WnSOW lhLh hOW 超过齿顶时 2 5 2 5 735. 0 nOWOW n W S hhh h l L S L 塔内液体流量, Sm 3 n h 齿深, m;可取为 0.0150.015m (3).堰高 W h 堰高与板上液层高度及堰上液层高度的关系： OWLW hhh 2021-6-21 2021-6-21 99-6-20 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-2

11、1 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 8.8.塔板的负荷性能图塔板的负荷性能图 在确定了塔板的工艺尺寸，又按前述各款进行 了流体力学验算之后，便可确认所设计的塔板能在 任务规定的气液负荷下正常操作。此时，有必要进 一步揭示该塔板的操作性能，即求出维持该塔板正 常操作所允许的气、液负荷波动范围。这个范围通 常以塔板负荷性能图的形式表示。 2021-6-21 塔板负荷性能图塔板负荷性能图 Vs ,m3/s Ls ,m3/s (1)(1)雾沫夹带线雾沫夹带线 (2)(2)液泛

12、线液泛线 (3)(3)液相上限线液相上限线 (4)(4)漏夜线漏夜线 (5)(5)液相负液相负 荷下限线荷下限线 A Vs,min P操作点 B Vs,max O 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 四四. . 塔体结构塔体结构 2021-6-21 裙坐 H HB HF HD 一般应包括如下内容：一般应包括如下内容： (1) (1) 设备示意图：大致按设备外形比例画出，标明设备的主设备示意图：大致按设备外形比例画出，标明设备的主 要管口，适当考虑设备合理的相对位置；要管口，适当考虑设备合理的

13、相对位置； (2)(2)设备流程号：设备流程号： (3)(3)物料及动力：物料及动力：( (水、汽、真空、压缩机、冷冻盐水等水、汽、真空、压缩机、冷冻盐水等) )管管 线及流向箭头；线及流向箭头； (4)(4)管线上的主要阀门、设备及管道的必要附件：如冷凝水排管线上的主要阀门、设备及管道的必要附件：如冷凝水排 除器、管道过滤器、阻火器等；除器、管道过滤器、阻火器等； (5)(5)必要的计量控制仪表：如流量计必要的计量控制仪表：如流量计F F、液位计、液位计L L、压强表真空、压强表真空 表表P P及其它测量仪表等；及其它测量仪表等； (6)(6)简要的文字注释：如冷却水、加热蒸汽来源、热水及半

14、成简要的文字注释：如冷却水、加热蒸汽来源、热水及半成 品去向等。品去向等。 五五. 工艺流程图、设备图和图纸说明工艺流程图、设备图和图纸说明 主体设备工艺条件图主体设备工艺条件图 v主体设备是指在每个单元操作中处于核心地位的关键设备主体设备是指在每个单元操作中处于核心地位的关键设备 主体设备工艺条件图是将设备结构设计和工艺尺寸计算结果主体设备工艺条件图是将设备结构设计和工艺尺寸计算结果 表示出来的总图。表示出来的总图。 (1)(1)设备图形设备图形 指主要尺寸指主要尺寸( (外形尺寸、结构尺寸、连接尺外形尺寸、结构尺寸、连接尺 寸寸) )、接管、人孔等。、接管、人孔等。 (2)(2)技术特性技

15、术特性 指装置的用途、生产能力、最大允许压强、指装置的用途、生产能力、最大允许压强、 最高介质温度、介质的毒性和爆炸危险性等。最高介质温度、介质的毒性和爆炸危险性等。 (3)(3)设备组成一览表设备组成一览表 主体设备工艺条件图包括的内容主体设备工艺条件图包括的内容 绘图注意事项绘图注意事项 1.1.图幅图幅 2.2.图例与图签图例与图签 图例图例是将物料流程图中画出的有关管线、阀门、设备附件、是将物料流程图中画出的有关管线、阀门、设备附件、 计量控制仪表等图形用文字予以说明。计量控制仪表等图形用文字予以说明。 图签图签是图名、设计单位、设计人员签名（职责）的一份表是图名、设计单位、设计人员签

16、名（职责）的一份表 格，其位置在流程图右下角。边框线及不同内容分隔线均为粗格，其位置在流程图右下角。边框线及不同内容分隔线均为粗 实线，其余为细实线。实线，其余为细实线。 注意注意:以上设计全过程统称为设备的工艺设计。完整的设备以上设计全过程统称为设备的工艺设计。完整的设备 设计，应在上述工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后设计，应在上述工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后 提供可供加工制造的施工图。这一环节在提供可供加工制造的施工图。这一环节在化工设备机械课程化工设备机械课程 设计设计训练，在设计部门则属于机械设计专业组的职责。训练，在设计部门则属于机械设计专业组的职责。 3.3.图线基

17、本要求图线基本要求 设计说明书 一、内容和装订要求一、内容和装订要求 1 1、封面，单面打印；、封面，单面打印； 2 2、设计任务书；、设计任务书； 3 3、摘要，单面手写；、摘要，单面手写； 4 4、目录，双面手写；、目录，双面手写； 5 5、正文（根据实际情况编排章、节序号及、正文（根据实际情况编排章、节序号及 标题），双面手写；标题），双面手写； （1 1）绪论）绪论/ /引言；引言； （2 2）设计方案简介；）设计方案简介； （3 3）工艺设计计算）工艺设计计算 （4 4）主要设备的结构设计与机械设计；）主要设备的结构设计与机械设计； （5 5）辅助设备设计选型；）辅助设备设计选型；

18、（6 6）带控制点的工艺流程图；）带控制点的工艺流程图； （7 7）设计结果一览表；）设计结果一览表； （8 8）主要符号说明；）主要符号说明； （9 9）参考文献；）参考文献； （1010）附录。）附录。 6 6、结束语，双面手写；、结束语，双面手写； 7 7、主要设备的工艺条件图（手画），、主要设备的工艺条件图（手画），A3A3规规 格标准图纸，横版装订；格标准图纸，横版装订； 8 8、封底，白纸、封底，白纸。 二二 格式格式要求要求 v1 1、除图纸外，统一采用、除图纸外，统一采用A4A4纸张手写纸张手写，左侧装订。，左侧装订。 页边距上、下边距页边距上、下边距2 2厘米，左边距厘米，左边距3