课程设计2011.ppt

1、化工原理课程设计,河北工业大学化工原理教研室,化工原理课程设计的意义,化工原理课程设计是综合利用本门课程和有关先修课程（物理化学、化工热力学、化机基础、自动化仪表等）所学知识，完成以精馏单元操作为主的一次设计实践，教学目的是培养学生的综合解决问题的能力，培养学生针对实际生产任务，利用已学的知识分析问题、解决问题的能力所进行的一次模拟训练。,化工原理课程设计的意义,要求我们站在工程师的角度思考问题，解决实际问题。在确定方案时，要充分考虑其先进性，可行性，经济性，环境友好等等。,化工原理课程设计任务书,设计题目及设计条件 （一）连续操作甲苯二甲苯精馏塔 （二）连续操作甲醇水精馏塔 （三）连续操作乙

2、醇水精馏塔,化工原理课程设计任务书,设计题目及设计条件 （一）连续操作甲苯精馏塔 1、生产能力：年处理甲苯二甲苯混合液 吨； 年开工时数8000小时； 2、物料组成：原料含甲苯：？%（质量） 其余为二甲苯（物性可按间二甲苯计算） 塔顶产品：含甲苯 99.7 ； 塔底产品：含二甲苯 99.7； 3、设备型式：A.浮阀塔B.筛板塔（自选） 4、操作条件：塔顶压强：5.0 KPa 建厂地区平均大气压力 760 mmHg 年平均最高气温：33 年平均最低气温：-10 板压降可按 50 mmH2O 估算,设计题目及设计条件 （二）连续操作甲醇水精馏塔1、生产能力：年产产品 吨； 年开工时数8000小时；

3、2、分离要求：（甲醇质量）进料组成： ？ ，其余为水； 精甲醇： 99.5 ；残液组成： 0.5 ；3、设备型式：A.浮阀塔 B.筛板塔（自选）4、操作条件：塔顶压强：0.005 MPa 进料状况：给定 回流比：自定 建厂地区大气压强：760 mmHg 板压降可按 50 mmH2O 估算,设计题目及设计条件 （三）连续操作乙醇精馏塔1、生产能力：年产产品酒精 吨； 年开工时数8000小时；2、分离要求：（乙醇质量） 进料组成：？ （v/v)，其余为水； 产品乙醇： 94 ； 乙醇收率不低于99.7%3、设备型式：A.浮阀塔 B.筛板塔4、操作条件：塔顶压强：0.4米水柱 进料状况：给定 回流比

4、：自定 加热方式: A. 直接蒸汽 B.间接蒸汽 厂址：天津地区,一、化工原理课程设计,工 程 设 计 作 业 生产任务：一个复杂问题， 一个问题， 多个问题的简单总和 结 果：综合多个方面 少数结果 任务来源：多章，多门课 多为某一章的问题 基础数据：教科书，设计材料，工程手册 教科书 设计计算：由于条件不足，大多需试差 条件确定 要 求： 实际问题，严格要求，责任大 正确与否只关系到对 书本知识的掌握 知识来源：书本知识+文献资料+实践经验 书本知识,1、学习、熟悉查阅资料、收集资料的方法，搜集有关 数据，正确选用公式； 2、树立正确的设计思想，包括技术路线的可行性、先进性，经济上的合理性

5、，可操作性， 环境保护等； 3、准确、精练的表达能力：将设计思想、设计过程和设计结果用精练的语言、简洁的文字、清晰的图表达出来； 4、熟悉进行实际设计工作的基本步骤：任务 搜集数据资料 方案设计 工艺设计 对结果进行分析、讨论、修正 设计报告,二、对同学的要求：独立完成,塔板简介,（二）,1、泡罩塔板 2、筛板 3、浮阀塔板 4、立体传质塔板,(一)工艺流程的确定及说明 工艺流程指为完成给定的生产任务所需的工艺技术过程、设备配置、操作控制方案等，工艺流程的确定是实际设计工作的总体设计思想的体现，以后所有的设计都是围绕着工艺流程进行的。,三、设计项目,(一)工艺流程的确定及说明 包括以下内容：

6、（1）工艺流程图: 根据不同的生产任务,流程图也应不同. 所涉及的设备齐全：贮罐、泵、塔、再沸器、冷凝器、换热器：V,P,T,E, T0105（前两位班号，后两位设备号）。设备之间连接管路的尺寸、流向等: DN50, 测量检测仪表、控制阀门、控制方案、操作控制方式以确保质量合格、操作稳定,(一)工艺流程的确定及说明,（2）工艺流程方案确定 主要设计思想描述：确定操作压力、根据进料及分离要求确定塔型式、确定加热、冷凝方式、确定加料、回流方式、进料热状况等。 （3）工艺流程说明 总体说明，开车、正常运行、正常操作时各处参数值、停车操作,附、乙醇回收工艺流程说明 1、处理量及要求，15m3/d，含乙

7、醇90%。 2、蒸馏时，塔顶冷凝器冷凝液全回流到塔顶，一段时间后，塔顶温度稳定在7880度，蒸馏得到9495乙醇，切换待检罐，放成品。 3、釜残视情况放一次。放釜残时，塔顶温度达到99度以上，即塔内基本无乙醇。 正常操作 成品采出量：1 m3/h 塔釜液位：70%左右 加热蒸汽量：1500 kg/h 塔釜温度：100-110 塔顶温度：78 ,（4）操作控制参数（表） 流量（进料、回流、蒸汽、凝液） 温度（顶温、釜温、料温） 压力（顶压、釜压、加热蒸汽） 液位（釜、罐）,操作控制参数表,（5）设备一览表,工艺流程图示例丙酮精馏,开车 正常运行 停车,精馏塔总装图,换热器总装图,（二）塔板数的计

8、算,1、物料衡算： 根据生产任务确定塔顶、塔底产品的流量、组成,W xW,F xF,D xD,（二）塔板数的计算,2、平衡关系、平衡数据求取： 查阅资料，计算，实验测取 甲醇水、乙醇水系统 非理想物系 可使用 x-y 图（760 mmHg) 甲苯二甲苯 接近理想物系 可计算，也可使用 x-y 图（760 mmHg) 从文献中查取 ? :塔顶、塔底由于板压降造成的压力变化怎么处理？,（二）塔板数的计算,2、平衡关系、平衡数据求取： 甲苯二甲苯系统 接近理想物系 y= x/(1+(-1)x) = (y/x)/( (1-y)/(1-x) ) = PAO / PBO Antonie Eq. PAO =

9、 A- B/( T+C ), A,B,C为Antonie 系数，查物性数据 塔顶可按纯甲苯计算、塔釜按纯二甲苯计算 塔釜 压力 PW= PD + NP P NP 为实际板数，试差求算 m = (D+ W) / 2,3、理论板数 NT 的 计算,根据恒摩尔流假设，进料状况、回流方式、加热方式根据自己的流程图确定 求算过程 q值的计算, 根据进料状况（根据自己流程图确定） 最小回流比 Rmin 的确定：图解法，解析计算法 操作回流比 R=(1.12) Rmin， 应根据操作费用、设备投资进行优化，或根据生产 经验、客观因素的限制确定 求算方法（1）：手算，或计算机编程计算便于重复计算,3、理论板数

10、 NT 的 计算,求算方法（2）：图解法， 需局部放大,xD,4、实际板数 NP的计算,NP= NT / ET, NT不包括再沸器或分凝器 板效率 ET估算 Oconnell Eq. : ET = 0.49 ( L)-0.245 ， 定性温度 t=(tD+tW)/2 的 相对挥发度 L = xi L i , mPa.s or cP, xi , 进料组成 用此式估算的结果一般作为参考，具体确定时应参照工业生产中实际数据 一般， ET = 3045% 应注明精馏段、提馏段、总实际板数，进料板位置,（三）、塔径计算,1、选取设计计算基准面 选取4个截面，精馏段 上下各一：1、2 提馏段上下各一：3、

11、4 计算出各截面的物流、 物性数据，列表 板压降取50mmH2O, 2、3物性按精馏段最下一层塔板、提馏段第一层计算。,F, xF,V,L,D, xD,L,W, xW,V,1,2,3,4,不同截面流量与物性表,表面张力 粘度,2、对四个截面分别进行 塔径估算 设塔板间距 HT ， 一般为 300-500 mm 板上液层高度 hL , 一般为 50-80 mm 操作气速 u = (0.6-0.8) umax 根据 Smith 关联图， 查取数据， 得出 四个不同截面的塔径估计值；,F, xF,V,L,D, xD,L,W, xW,V,1,2,3,4,3、圆整塔径，确定设计基准面 在精馏段和提馏段分

12、别确定一截面为该段的塔板设计基准截面，并将其圆整。如两基准面相差不大，可归为一个塔板工艺尺寸设计基准面。 一般情况下，精馏段、提馏段塔径尽量一致。,F, xF,V,L,D, xD,L,W, xW,V,1,2,3,4,（四）、塔板工艺尺寸设计,包括：气、液通道,汽液传质区域。 （1）溢流装置 根据设计基准面对该截面的塔板结构参数进行设计，包括： 出口堰长lW、堰高hW, 降液管底隙hO （2）塔板布置 1、鼓泡区，边缘区WC，破沫区WS 2、浮阀或筛孔排列：根据计算，并实际排列。,塔板浮阀排列图,四、塔板流体力学验算,设计出二截面塔板的工艺尺寸参数，需针对四个截面进行塔板验算： 1、塔板压降 2

13、、淹塔 3、泛点率80%,F, xF,V,L,D, xD,L,W, xW,V,1,2,3,4,五、塔板负荷性能图,Vs,Ls,P,F,操作点,漏液线,降液管液泛线,雾沫夹带线,液相负荷下限线,液相负荷上限线,五、塔板负荷性能图,针对四层塔板求算 1、雾沫夹带线、液泛线、液相负荷下限线、液相负荷上限线、漏液线 2、求出各板的操作弹性,说明操作控制因素 3、由负荷性能图分析所设计塔板、整塔的性能,Vs,Ls,P,F,操作弹性 适宜操作范围,六、附属设备再沸器、冷凝器、预热器、 泵的计算与选型,1、附属设备再沸器、冷凝器、预热器的计算与选型 Q = K .A. tm 需计算热负荷、 tm ，并根据物料特性和场合估计总传热系数 K，求取A。 有兴趣的可以计算出加热蒸汽的用量及压力、冷凝水的用量等 2、加料泵的计算与选型 根据流程，估计设备的相对位置及管长，初选管径，也可估算阻力降；根据计算选泵。 3、接管直径