化工原理课程设计讲稿2011

1、化工原理课程设计 中国石油大学华东 化学工程系前 言课程设计的目的课程设计的任务日程安排课程设计过程中注意的问题成绩评定标准参考资料一、课程设计的目的 培养综合运用所学知识、查阅化工资料获取有关知识和数据、进行化工设备初步设计的能力。培养独立工作及发现问题、分析问题、解决问题的综合能力。提高计算能力、培养工程实际观念。熟悉掌握化工常用软件的使用深入了解化工设备的内部结构，掌握板式精馏塔的各主要部件的结构及作用。培养读图、识图、绘图的能力。培养认真的学风和工作作风。 根据所给任务书，设计一浮阀板式精馏塔，具体分为以下几个方面：工艺设计：物料平衡、热量平衡、工艺条件确实定。塔的严格设计 塔盘设计：

2、塔盘各部件的尺寸等。塔体设计：根据工艺设计结果确定塔高、接管等,塔主体设备机械设计 附属设备选用：塔顶冷凝器和塔底再沸器的计算与选用。绘图局部：绘制塔体总图和塔盘装配总图。 要求上交：电子版及纸板：设计说明书、计算源程序、图纸 。二、课程设计的任务三、日程安排工艺计算：4天 严格法计算：2天 设备工艺计算及选型 ： 2天 绘图：3.5天 整理说明书：2天讲课：1.5天 8月15日8月29日三周，扣除周六周日，实际15天，8月29日交说明书，其中：四、课程设计过程注意问题认真阅读教材，草拟进度表，拟定设计的方法和步骤。计算过程中要随时复核计算结果的正确性，做到有错即改，防止大的返工。要求来教室进

3、行设计，以便于答疑和掌握进度。 五、成绩评定设计的正确性，无概念和计算的重大错误。50%设计的工作量大小。设计说明书、计算源程序及绘图的质量。20%工作态度、作风，独立工作的能力等。10%考试。20%六、参考资料石油加工单元过程原理上、下沈 复、李阳初编化工原理课程设计 刘雪暖、汤景凝编石油炼制及石油化工计算方法图表集 炼制系编传热学 杨世铭编化学工程手册 化学工业出版社冷换设备工艺计算手册 中国石化出版社第一局部 工艺设计 第二局部 塔板设计 第三局部 塔体的初步设计 第四局部 塔的辅助设备选用 第五局部 编制计算结果汇总表 第六局部 绘制塔体总图及塔板总图课程设计主要内容一、精馏塔的流程简

4、图二、全塔的物料衡算 三、塔顶、塔底操作压力 四、塔顶、塔底及进料温度 五、求最小回流比及适宜的回流比 六、理论塔板数及适宜的进料位置 七、全塔效率及实际板数 八、塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷 九、严格法计算第一局部 工艺设计 一、精馏塔的流程简图 根据设计任务书的要求，进行全塔的物料衡算，并列出全塔物料衡算总表包括进料、塔顶、塔底的产品组成及流率。 注：浓度或组成有效数字位数，一般取小数点后4位二、全塔的物料衡算作出精馏塔的流程简图三、塔顶、塔底操作压力 塔顶、塔底操作压力由所选用的冷凝剂确定，因水和空气最价廉易得，因此，精馏操作中，常选用水或空气作为塔顶产品的冷凝剂 ，以水最为常见，水的

5、温度随气候条件而定，夏天较高，冬天较低，设计时一般可取2025，为保证水和塔顶产品之间有1020的传热温差，因此常常选塔顶冷凝罐中的温度为4050。1、回流罐压力计算 用泡点方程计算回流罐的压力。1理想物系时：2非理想物系时：2、塔顶压力确实定1计算值大于101.3kPa时，采用加压操作。2计算值小于101.3kPa时，采用常压或减压操作。 如用常压操作可能会有冷回流的问题。3塔顶压力确实定。回流罐的压力加上管线阻力即为塔顶压力。管线阻力可取0.1-0.2 atm，减压塔可取25 mmHg左右。3、塔底压力确实定 假设精馏塔的实际塔板数，由经验值确定塔板压降，常、加压塔的每板压降可取：36mm

6、Hg；减压塔的每板压降可取：23mmHg求出全塔压降。 塔底压力等于塔顶压力加上全塔压降。 根据选定的塔顶、塔底压力及塔顶、塔底产品组成，分别由露点方程和泡点方程确定塔顶和塔底的温度。 根据进料处的压力、进料组成和进料的热状况参数确定进料处的温度。四、塔顶、塔底及进料温度五、求最小回流比及适宜的回流比多元物系 由芬斯克方程计算出 Nmin ， 在R/Rmin在 13的范围内，选取假设干个R/Rmin ，算出相应的回流比值，用简捷法求出相应的理论板数N，做图求适宜的回流比R。 2求适宜的R1求Rmin 由求得的R，根据吉利兰关联图，求得全塔的理论塔板数和精馏段的理论塔板数。六、理论塔板数及适宜的

7、进料位置1.全塔效率的计算建议采用奥康奈尔法 2实际板数 由全塔效率和已经求得的全塔的理论塔板数、精馏段的理论塔板数，求得全塔的实际板数及精馏段的实际塔板数。将求得的实际板属于前面计算塔底压力时所估算的塔板数进行比较，假设二者不同，应重新估算塔板数，重复上面的计算，直到二者相同为止。 七、全塔效率及实际板数 由塔顶的热量衡算和全塔热量衡算分别计算出塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷，根据冷凝水的温差和塔底再沸器选用的水蒸气的汽化潜热计算出塔顶冷凝水和塔底水蒸气的用量。八、塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷Smith法和波津法计算允许空塔气速；求出塔截面积；求所需鼓泡区面积；开孔面积、阀孔个数和开孔率；

8、由开孔率，选取标准塔板；对选取的标准塔板进行水力学校核计算；并作出塔板负荷性能图；第二局部 塔板设计注意：精馏和提馏段负荷不同，分别计算。 塔径 D的初估 由smith法P66-67及波津法P67-68) 计算取较大者。一、Smith方法要首先选定的参数：板间距、板上液层高度二、塔板间距HT的选定选择塔板间距时，主要考虑以下因素雾沫夹带物料的起泡性 操作弹性 安装与检修的要求 塔径塔径 D的初估二、塔板间距HT的选定塔径/mm塔板间距mm6007008001000120014001600300032004200300 350 450 *350 450 500 600 *350 450 500

9、600 *800 *450 500 600 800 600 800注: 带*者不推荐使用表1 塔板间距与塔径的关系塔径 D的初估应用条件：完全不起泡物系；塔板间距HT=0.31.2m； 出口堰高hW0.9m，H0.5m时，K=0.82；D0.9m，H0.5或负压操作时，K=0.550.65。H大K大气体流通截面为基准表2-4 系统因数Ks系统名称系统因数Ks无泡沫的正常系统1.0炼油装置的轻组分分馏系统0.951.0炼油装置的重粘油品分馏系统0.850.9氟化物（如氟里昂、BF3)0.90中等起泡系统（油吸收塔、胺再生塔）0.85重度起泡系统（胺、乙二醇吸收塔）0.73严重起泡系统（甲乙基酮、

10、一乙醇胺塔）0.60稳定的泡沫系统（碱再生塔）0.30塔径 D的初估三、波津 法umax-以气体流通截面积为基准的泛点气速，ms-1；g- 重力加速度，ms-2。 塔径 D的初估计算步骤：取不同的塔板间距HT，分别计算最大容许气速umax；选择平安系数K 及系统因数KS ；计算以气体流通截面积为基准的适宜气速un及适宜空塔气速u ；求得塔径D 并进行圆整，计算D2HT , 按照塔的体积最小的原那么确定塔径D 及塔板间距HT。 三、波津 法 塔径 D的初估 精馏段和提馏段塔径的计算，应由smith法或波津法取三种板间距计算，得到的结果分别取HTD2 的最小值对应的塔径，并圆整至标准系列。设计时操

11、作气速应选择在泛点气速的0.60.8倍，减压塔应适当取低值。注意： 塔径 D的初估塔板设计一般情况下选用单溢流。画出流型简图。一、溢流装置(降液管和溢流堰1板上液流型式的选择 由塔径及液体流量选择适宜的液流型式。 可参考P70 表2-5 液相负荷与液流型式的关系。1板上溢流装置的决定 一、溢流装置(降液管和溢流堰表2-5 液相负荷与液流型式的关系塔径/mm液相流量/m3h-1U流型单溢流双溢流阶梯流100074514009702000119090160300011110110200200300塔板设计溢流型式： 当塔径及液体流量较大选用双溢流或阶梯流，液体流量较小选用U型溢流。塔板设计(1)堰

12、长lw：单溢流：一般lw=(0.60.8)D，且Ls/lw7087.5m3h-1；双溢流：一般lw=(0.50.6)D，且Ls/lw7087.5m3h-1。(2)堰高hw：对常压和加压塔：堰高4060mm，建议取50mm；减压塔或要求塔板阻力较小的：取1525mm。(3)溢流堰的型式：建议采用平口堰；当堰上液层高度小于6mm时，采用齿型堰。要求画出溢流堰的形式简图。2.溢流装置塔板设计(4)堰上液层高度hOW其中堰上液层高度hOW可用 计算2.溢流装置L塔内液体流量，m3h-1；lW堰长，m；E液流收缩系数，根据塔内液体流量、堰长和堰长塔径比，查图得到，一般可取E=1。在此可初步校验塔板清液层

13、高度塔板设计(5)有关齿形堰的资料化学工程手册第13篇齿形堰的结构2.溢流装置堰上液层超过齿顶时： m 堰上液层不超过齿顶时：LS塔内液相流量，m3s-1； hn齿深，m。值得注意的是，应用后一式子计算时需要试差求解2.溢流装置齿形堰堰上液层高度计算塔板设计受液盘 有平形受液盘和凹形受液盘之分。 对直径较小或处理易聚合物系时，亦采用平型受液盘； 对直径较大的塔或有侧线抽出时，亦采用凹型受液盘。 凹形的盘深一般不小于50mm，不能超过HT/3，对于有侧线抽出的受液盘还要深一些。泪孔：当塔径D1400mm时，开一个10的泪孔； 当塔径D 1400mm时，开二个10的泪孔； 泪孔都关于受液盘的中心线

14、对称。塔板设计平型受液盘凹形受液盘塔板设计降液管降液管的面积Ad及宽度Wd：降液管尺寸受出口堰限制，当出口堰长度lW时，可以通过查P135附表七获得Ad和Wd的数值。塔板设计2降液管底隙高度 hbhb底隙高度hb，又称下口高度。采用平形受液盘的塔： 对小塔hb2025mm， 对大塔hb40mm。采用凹形受液盘的塔，一般底隙高度等于盘深。bWsbulL=h 液体通过降液管底隙时的速度，一般取0.07 0.25 m/s。塔板设计3降液管设计根本要求降液管中的液体速度，宜在0.1m/s以下。液体通过降液管的压力损失小于25mm液柱。液体在溢流管内的平均停留时间不低于35s。降液管内的清液层高度不超过

15、塔板间距的4050%对于加压操作的精馏塔，由于汽液相密度相差小，不易别离，应适当增加降液管面积。塔板设计进口堰一般可以不设置进口堰，采用时遵循以下原那么：对平形受液盘 如 hwhb，那么进口堰高度 hw=612mm。 如 hwhb，那么应使 hw hb，以保证有足够的液封。如采用凹形受液盘，那么不设进口堰。 进口堰与降液管底部水平距离不小于降液管底隙高度。塔板设计二、塔板布置塔板分类：整块式 直径小于800mm 分块式 直径大于800mm 分块式塔板 2块弓形板1块通道板数个矩形板塔板设计分块式塔板示意图分块式塔板装配图参见P100图3-71浮阀的阀型 一般选用F1型浮阀，阀径48mm，阀孔径

16、39mm，高程8.5mm，重阀约33g，轻阀约25g。种类阀质量(g)阀片厚度(mm)适用塔板厚度(mm)F1型轻阀251.52,3,4F1型重阀3322,3,4塔板设计2.浮阀排列排列形式有叉排和顺排两种，建议采用叉排；分块式塔板，等腰三角形排列，底边S=75mm，高t可选定。整块式塔板：正三角形排列， S=75mm 。塔板设计3.塔板的开孔率开孔率的获得有以下几种方法。由阀孔气速计算开孔率由阀孔动能因数计算直接选取开孔率的经验值塔板设计减压塔：10m/s；常压塔：3-7m/s；加压塔：0.5-3m/sF1型重阀为：由适宜阀孔气速计算开孔率适宜阀孔气速：应不小于临界阀孔气速 mo单个阀质量，

17、kg；At单个阀孔面积，m2 。两式联立试差求解出临界阀孔气速。对于轻阀可用下式计算塔板设计由阀孔动能因数计算浮阀正常操作时的阀孔动能因数的经验值为：817。利用该经验值可计算出适宜的阀孔气速。塔板设计直接选取开孔率的经验值常压塔或减压塔中：1015%加压塔较小：69%，有时低至34%。根据以上得到的开孔率可直接由塔盘标准中选取标准塔盘。塔板设计4.塔板布置区域划分：对分块式塔板: WF80110mm WC8090mm对整块式塔板: WF=6075mm WC=55mm画出塔板分区图塔板设计矩形板通道板弓形板详见P100WF可推算WC取设定值注：1.分块式塔板的各板块连接处要留出足够的空隙不排阀

18、孔，以备塔板的搭接和安装紧固件用。 2.如果精馏段和提馏段的开孔率不同，需要分别选取不同标号的塔板。塔板设计注：1.要求精馏段和提馏段都进行校核。 2.自学课程设计教材P7584。1塔板压降 2雾沫夹带量 3降液管内液面高度 4漏液 5液体在降液管内停留时间及流速 6绘制塔板的负荷性能图 三、塔板的流体力学校核塔板设计1塔板压降 塔内气体在穿过塔板时要克服的阻力含三局部： 穿过阀孔的阻力P干 气体穿过液层的阻力P液 克服液体外表张力的阻力P表 或塔板的流体力学校核干板压降阀全开前，阻力主要是由阀重引起；全开后，阻力随气流通过阀孔的速度平方而变化。对F-1型重阀： 全开后m液柱全开前m液柱注意：

19、先判断阀是否全开，再选用公式塔板的流体力学校核液层压力降气体通过液层的压力降等于液层的静压。-充气系数，取=0.50.6，建议取0.5; hw-出口堰高，m; how-堰上液头高，m。塔板的流体力学校核克服外表张力的压力降很小，可忽略-液体的外表张力，N/m; H-浮阀的最大开度，m。每块塔板的压力降：减压塔 13mmHg 常压或加压塔 36mmHg 并与前面计算时设定的数值进行比较，要求误差1mmHg之内。塔板的流体力学校核2雾沫夹带量 限制雾沫夹带：eV0.1 kg液沫/kg气体单位：kg液沫/kg气体计算雾沫夹带量ev 参见P.76)阿列克山德罗夫经验公式塔板的流体力学校核判据：泛点率泛

20、点百分数F大塔：F 8082减压塔：F 75%77D0.9m的塔：F 65%75计算泛点率参见P.77)塔板的流体力学校核3降液管中的液面高度Hd防止淹塔，泡沫层高度应限制为 ： 取0.5不考虑进口堰塔板的流体力学校核4漏液漏液量限制：要求不大于液体流量的10%，Foa5作为控制泄漏量的操作下限。漏液点的阀孔动能因数：(经验公式参见P.80)塔板的流体力学校核要求停留时间： 5降液管停留时间停留时间：液体在降液管中的流速：要求：ud(0.70.9)(ud)max ,或简单地控制 ud0.080.12m/s。 塔板的流体力学校核四、塔板的负荷性能图过量雾沫夹带线淹塔线液泛线过量泄漏线气相负荷下限

21、线降液管超负荷线液相负荷上限线液相负荷下限线操作线直角坐标纸上绘制塔板负荷性能图，并计算塔的操作弹性K，要求K不小于3。五、塔板的设计结果讨论 根据塔板的流体力学计算结果和塔板的负荷性能图，分析讨论所设计塔板的特点及优缺点。 第三局部 塔体的初步设计一、塔体设计筒体：建议采用碳钢，筒体的壁厚根据塔径、材料、操作温度及压力从表3-1中选取。封头的设计：常用的有椭圆形、蝶形、球形等几种，建议采用椭圆形封头，并要求画出其简图参照表3-2和附录11，按照比例尺寸画出简图。人孔及手孔的设计 直径800mm的塔，每隔68块塔板设一个人孔； 塔顶、塔底及进料处必须设置人孔； 最常用的人孔规格为Dg45060

22、0； 有人孔的地方，塔板间距要等于或大于600mm。塔体的初步设计塔高塔顶空间HD由塔顶第一板到筒体与封头接线距离不包括封头空间称塔顶空间。通常取HD1.21.5m塔底空间HB由塔底第一板到塔底接线距离称塔底空间。取产品停留时间1015min，排量大 取35min。计算结果再加上12m作为塔底空间，即：塔体的初步设计进料空间HF液相进料：HF大于一般板间距并满足安装人孔需要即可两相进料：那么HF要大，两相别离，一般 HF1.01.2m塔的总高H：裙座： 塔类的裙座分为圆柱形与圆锥形。当塔高与塔径之比大于30时用圆锥形裙座，一般用圆筒形裙座。塔径为1.22m塔裙座开4个50mm的排气孔，塔径在1m以上要开两个Dg450的人孔。 图3-4(a)塔体的初步设计二、接管的设计 塔顶蒸汽出口管径dv：原那么：防止过大的压力降。特别是减压塔。参看表3-5选择导管中蒸汽的常用速度uv，计算管径dv，并查表3-8，取接管的标准系列。 回流管管径dR：一般回流泵输送时，可取uR1.52.5m/s，计算回流管管径dR，并选取标准系列。塔体的初步设计