課程設(shè)計(jì)模板

1、第2.1節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)和條件原料液含甲醇20，其余為水15,16。產(chǎn)品甲醇含量不低于93殘液中甲醇含量不高于2年處理量60000t 20甲醇產(chǎn)品操作條件：精餾塔塔頂壓力 4KPa（表壓）進(jìn)料狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料加熱蒸汽壓力 101.325KPa單板壓降 不大于0.7KPa設(shè)備型式 浮閥塔設(shè)備工作日 300天/年，24h/天 連續(xù)運(yùn)行第2.2節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離甲醇和水混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入儲(chǔ)罐。該物系

2、數(shù)易分離物系，最小回流比較小，操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。第2.3節(jié) 精餾塔的物料衡算表2.1 甲醇-水物系氣液平衡數(shù)據(jù)4溫度t（）液相中的摩爾分?jǐn)?shù)x氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)y1000.00000.000092.90.05310.283490.30.07670.435388.90.09260.435386.60.12570.483185.00.13150.545583.20.16740.558582.30.18180.577581.60.20830.627380.20.23190.648578.00.28180.677577.80.29090.68

3、0176.70.33330.691876.20.35130.734773.80.46200.775672.70.52920.797171.30.59370.818370.00.68490.849268.00.77010.896266.90.87410.919464.51.00001.00002.2.1原料液及塔頂、塔釜的產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)甲醇的摩爾質(zhì)量 水的摩爾質(zhì)量 2.2.2原料液及塔頂、塔釜的產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量原料液產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 塔頂產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 2.2.3物料衡算進(jìn)料量由公式 (1) (2)聯(lián)立（1）（2）得 第2.4節(jié) 塔板數(shù)的確定2.4.1最小回流比及

4、操作回流比,根據(jù)乙醇-水相平衡關(guān)系圖可得 根據(jù)乙醇-水相平衡關(guān)系圖可得,根據(jù)乙醇-水相平衡關(guān)系圖可得泡點(diǎn)進(jìn)料，則q線方程為q線與相平衡線交點(diǎn)為最小回流比確定R=0.9105取操作回流比R=1.5Rmin=1.36582.4.2求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 2.4.3操作線方程精餾段操作線方程17：即：提餾段操作線方程： 即：2.4.4圖解法求理論板層數(shù)18圖2.1 理論板層數(shù)圖2.2 理論板層數(shù)放大0.20.10.20.10.0圖2.3 理論板層數(shù)局部放大采用直角階梯法求理論板層數(shù)，如圖所示，在塔底或恒沸點(diǎn)附近作圖時(shí)要將圖局部放大，求解結(jié)果為：理論板層數(shù) （不包括再沸器）進(jìn)料板位置 精餾段的板層數(shù)

5、=5提餾段的板層數(shù) =7（包括進(jìn)料板）2.4.5實(shí)際板層數(shù)的求取 設(shè),則 精餾段實(shí)際板層數(shù) = 5/0.52=9.62 提餾段實(shí)際板層數(shù) 總實(shí)際板層數(shù) 第2.6節(jié) 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算2.6.1操作壓力塔頂操作壓力：塔釜操作壓力：精餾段平均壓力：2.6.2操作溫度塔頂溫度：進(jìn)料溫度：塔底溫度：精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：2.6.3平均摩爾質(zhì)量（1） 塔頂平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算 查相平衡圖得 （2）進(jìn)料平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由圖解法得 （3）塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由圖解法得 精餾段平均摩爾質(zhì)量提餾段平均摩爾質(zhì)量2.6.4平均密度（1）氣相平均密度由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即：（2）液相平均

6、密度 表2.3 不同溫度下甲醇9和水10的密度溫度（）甲醇的密度 （）水的密度 （）5075098860741983707319788072197290713965100704958已知混合液密度： (為質(zhì)量分?jǐn)?shù))塔頂：由，查表2.3數(shù)據(jù)運(yùn)用內(nèi)插法求液相平均密度 進(jìn)料：由，查表2.3數(shù)據(jù)運(yùn)用內(nèi)插法求液相平均密度 塔釜：由，查表2.3數(shù)據(jù)運(yùn)用內(nèi)插法求液相平均密度 則精餾段平均密度提餾段平均密度2.6.5液相表面張力表2.4 不同溫度下甲醇9-水10的表面張力溫度（）甲醇表面張力（mN/m）水表面張力（mN/m）6018.666.27017.764.38016.762.69015.860.7100

7、14.658.8液體平均表面張力的計(jì)算依下式計(jì)算即：（1） 塔頂液相平均表面張力計(jì)算利用表2.4中的數(shù)據(jù)分別求甲醇和水在下的表面張力： （2）進(jìn)料板液相平均表面張力計(jì)算利用表2.4中的數(shù)據(jù)分別求甲醇和水在下的表面張力： （3）塔釜液相平均表面張力計(jì)算利用表2.4中的數(shù)據(jù)分別求甲醇和水在下的表面張力 精餾段液相平均表面張力：提餾段液相平均表面張力：第2.7節(jié) 精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算2.7.1塔徑的計(jì)算19,20（1）最大空塔氣速和空塔氣速最大空塔氣速計(jì)算公式：精餾段的氣、液相體積流率為：由計(jì)算，其中由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖中橫坐標(biāo)為：取板間距=0.45m，板上液層高度=0.05m，則圖2.4 史密

8、斯關(guān)聯(lián)圖查圖2.4得=0.088，則 取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速為（2）塔經(jīng)按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后得：D=1.6m塔截面積實(shí)際空塔氣速為2.7.2塔高的計(jì)算在精餾段，進(jìn)料板處及提餾段各開1個(gè)人孔，其高度均為0.8m，故精餾塔的有效高度為第2.8節(jié) 塔板主要工藝尺寸計(jì)算2.8.1溢流裝置計(jì)算21因塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤，各項(xiàng)計(jì)算如下：（1）堰長 ?。?）溢流堰高度 溢流堰高度計(jì)算公式選用平直堰，堰上層高度依下式計(jì)算，即近似取E=1，則取板上層液高度，故（3）弓形降液管寬度及截面積由查弓形降液管寬度參數(shù)得，故 依下式驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即：故降液管設(shè)計(jì)合理。(4)降液管

9、低隙高度 計(jì)算公式式中液體通過降液管底隙時(shí)的流速取，則故降液管低隙高度設(shè)計(jì)合理。2.塔板布置及浮閥數(shù)目與排列取閥孔動(dòng)能因數(shù)，則孔速則每層塔板上的浮閥數(shù)為:取邊緣區(qū)寬度，破沫區(qū)寬度依下式計(jì)算塔板上鼓泡區(qū)面積，即 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一橫排孔心距t=75mm=0.075m，則可按下式估算排間距，即考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用7m5m，應(yīng)小于此值，故按t=75mm，以等腰三角形叉排方式作圖，得浮閥數(shù)N=247個(gè)。按N=247重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)：閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在912范圍內(nèi)。塔板開孔率第2.9

10、節(jié) 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算2.9.1氣相通過浮閥塔板的壓降可根據(jù)式來計(jì)算塔板壓強(qiáng)降（1）干板阻力： 由式先計(jì)算臨界空速，即：因，則可按下式計(jì)算，即（2）板上充氣液層阻力本設(shè)計(jì)分離甲醇和水的混合液，即液相為水，可取充氣系數(shù)，依式計(jì)算，即 （3）克服表面張力所造成的阻力h0 因本設(shè)計(jì)采用浮閥塔，其h0很小，可忽略不計(jì)。因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹閱伟鍓航?2.9.2淹塔為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要控制降液管中清液高度，而（1）與氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?）液體通過降液管的壓頭損失 因不設(shè)進(jìn)口堰，故按下式計(jì)算，即（3）板上液層高度 取 則取 ， 則可見，符合防止淹塔的要求。2.

11、9.3霧沫夾帶通常用操作時(shí)的空塔氣速與發(fā)生液泛時(shí)的空塔氣速的比值作為估算霧沫夾帶量的指標(biāo)，此比值稱為泛點(diǎn)率。保證泛點(diǎn)率F1在規(guī)定的范圍內(nèi)，即可保證物沫夾帶量達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)。泛點(diǎn)率可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，即： 以上兩式中：板上液體流經(jīng)長度，m。對(duì)于單溢流塔板，；板上液流面積，m3。對(duì)于雙溢流塔板，；泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)，可根據(jù)氣相密度及板距由圖查得；物性系數(shù)，由相關(guān)表格可查得。 甲醇和水可按正常系統(tǒng)查物性系數(shù)，查泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖CF=0.12，則以上兩式計(jì)算出來的泛點(diǎn)率都在80以下，故可知物沫夾帶量能夠滿足規(guī)定的指標(biāo)0.1（液）（汽）。第2.10節(jié) 塔板負(fù)荷性能圖2.10.1霧沫夾帶線對(duì)于一定的物系及

12、一定的塔板結(jié)構(gòu)，式中， 及均為已知值，相應(yīng)于的泛點(diǎn)率上限值亦可確定，將各已知數(shù)代入上式，便得出的關(guān)系式 ，據(jù)此作出霧沫夾帶線。按泛點(diǎn)率=80%計(jì)算如下整理得： （1）或 物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值，算出相應(yīng)的值列于表2.5中。表2.5 霧沫夾帶線數(shù)據(jù)0.0010.0023.453.422.10.2液泛線由確定液泛線。忽略式中項(xiàng)，代入上式。得到物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則，及等均為定值，而與又有如下關(guān)系，即式中閥孔數(shù)N與孔徑d0亦為定值。因此，可將上式簡化，得 （2）在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)值，依式算出相應(yīng)的值列于表2.6中。表2.6 液泛線數(shù)據(jù)0.00050.0010.0015

13、0.0024.674.654.624.612.10.3液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證降液管液體停留時(shí)間不低于35s， 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間，求出上限液體流量值（常數(shù))，在圖上，液相負(fù)荷上限線為與氣體流量無關(guān)的豎直線。以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則 （3）2.10.4漏液線對(duì)于F1型重閥，依計(jì)算，則又知，即式中，均為已知數(shù)，故可由此式求出氣相負(fù)荷的下線值，據(jù)此作出與液相流量無關(guān)的水平漏液線。以作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則 （4） 2.10.5液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件，依下列的計(jì)算式計(jì)算出的下限值，依此作出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線。取，則

14、： （5）根據(jù)本題表2.5、表2.6及式（3）式（5）可分別作出塔板負(fù)荷性能圖上的（1）（5）共5條線，見圖2.5。 圖2.5 塔板負(fù)荷性能圖 由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)A(設(shè)計(jì)點(diǎn)），處在適宜操作區(qū)域內(nèi)的適中位置。塔板的氣相負(fù)荷上限完全由霧沫夾帶控制。按固定的氣液比，由上圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限 ，氣相負(fù)荷下限所以：操作彈性= 第3章 塔附件設(shè)計(jì)第3.1節(jié) 接管進(jìn)料管本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管22，管徑的計(jì)算如下：取，得取的進(jìn)料管。第3.2節(jié) 法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑選用相應(yīng)法蘭。根據(jù)進(jìn)料管選取進(jìn)料管接管法蘭：，第3.3節(jié)

15、筒體與封頭3.3.1筒體用鋼板卷制而成的筒體，其公稱直徑的值等于內(nèi)徑。當(dāng)筒體直徑較小時(shí)可直接采用無縫鋼管制作，此時(shí)公稱直徑的值等于鋼管外徑。根據(jù)所設(shè)計(jì)的塔徑，先按內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)厚度，厚度計(jì)算見下式：，式中 ：計(jì)算壓力，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力確定；塔徑；焊接接頭系數(shù)，對(duì)筒體指縱向焊接系數(shù)；設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，與鋼板的厚度有關(guān)。由上式計(jì)算出的計(jì)算厚度加上腐蝕裕量得到設(shè)計(jì)厚度。3.3.2封頭本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑，查得曲面高度，直邊高度。選用封頭。第3.4節(jié) 人孔人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道。一般每隔塊塔板設(shè)1個(gè)人孔，本設(shè)計(jì)的精餾塔共設(shè)14塊塔板，需設(shè)3個(gè)人孔，每個(gè)人孔直徑為，在設(shè)置人孔

16、處，板間距為，裙座上應(yīng)開1個(gè)人孔，直徑為，人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平23。結(jié) 論設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造勞動(dòng)，是設(shè)計(jì)者對(duì)許多構(gòu)思加以綜合、應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的一個(gè)過程。設(shè)計(jì)的方法和步驟：（1） 明確設(shè)計(jì)任務(wù)與條件原料(或進(jìn)料）與產(chǎn)品（或出料）的流量、組成、狀態(tài)（溫度、壓力、相態(tài)等）、物理化學(xué)性質(zhì)、流量波動(dòng)范圍；設(shè)計(jì)目的、要求和設(shè)備功能；公用工程條件，如冷卻水溫度；其他特殊要求。（2） 調(diào)查待設(shè)計(jì)設(shè)備的國內(nèi)外狀況及發(fā)展情況，所涉及的計(jì)算方法，收集有關(guān)物料的物性數(shù)據(jù)等。（3） 確定操作條件和流程方案確定設(shè)備的操作條件，如溫度、壓力等；確定設(shè)備結(jié)構(gòu)型式，評(píng)比各類設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本設(shè)計(jì)

17、的具體情況，選擇高效、可靠的設(shè)備型式；熱能的綜合利用；確定單元設(shè)備的工藝流程。（4） 主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算主體設(shè)備是指每個(gè)單元操作中處于核心地位的關(guān)鍵設(shè)備，如蒸餾和吸收中的塔設(shè)備等。主體設(shè)備的物料衡算與熱量衡算設(shè)備特性尺寸計(jì)算，如精餾、吸收設(shè)備的塔經(jīng)、塔高等；流體力學(xué)驗(yàn)算，如操作范圍驗(yàn)算。（5） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)備型式及主要尺寸確定的基礎(chǔ)上，根據(jù)各種設(shè)備常用結(jié)構(gòu)，參考有關(guān)資料及規(guī)范，詳細(xì)設(shè)計(jì)設(shè)備各零部件的結(jié)構(gòu)尺寸。（6）編寫設(shè)計(jì)說明書（7）繪圖，繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程簡圖和主體設(shè)備工藝條件圖。本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離甲醇和水混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將

18、原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入儲(chǔ)罐。該物系數(shù)易分離物系，最小回流比較小，操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。本次設(shè)計(jì)讓我充分認(rèn)識(shí)到化工原理及課程設(shè)計(jì)的重要性和實(shí)用性，并對(duì)精餾的原理及其單元操作等方面有了充分的了解。本次設(shè)計(jì)使我以前在課堂上學(xué)到的內(nèi)容得到了復(fù)習(xí)，并將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，這也是對(duì)知識(shí)的一種鞏固和提升，而且使我重新學(xué)習(xí)和掌握了CAD的繪制。本設(shè)計(jì)所需的各種相關(guān)資料是通過圖書館查閱資料、上網(wǎng)等各種途徑查找的。氣-液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔

19、和填料塔兩大類。板式塔為逐級(jí)接觸型氣-液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣-液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、川流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等。通過計(jì)算和分析，本設(shè)計(jì)確定了一套年處理量六萬噸甲醇-水溶液精餾塔的生產(chǎn)裝置和工藝流程。其生產(chǎn)方式采用常壓連續(xù)式生產(chǎn)，主體設(shè)備填料塔、冷凝器、再沸器。對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行了物料衡算，確定了塔的塔板數(shù)，計(jì)算了精餾塔的工作條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，并對(duì)塔體工藝尺寸和塔板工藝尺寸進(jìn)行了計(jì)算。這次實(shí)踐是對(duì)自己專業(yè)的一次檢閱，使我明白自己的知識(shí)還很淺薄，雖然馬上畢業(yè)但求學(xué)路還很長，以后更應(yīng)該學(xué)習(xí)給自己充電，努力使自己成為對(duì)社會(huì)有貢獻(xiàn)的人，為中國的化工

20、事業(yè)添上自己的微薄之力。附 表浮閥塔板工藝設(shè)計(jì)結(jié)果項(xiàng)目數(shù)據(jù)及說明備注塔經(jīng)1.0板間距0.45塔板型式單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速1.43堰長0.66堰高0.0435板上液層高度0.05降液管底隙高度0.012浮閥數(shù)N/個(gè)93等腰三角形叉排閥孔氣速9.8閥孔動(dòng)能因數(shù)9.69臨界閥孔氣速10.37孔心距0.075指同一橫排的孔心距排間距0.077指相鄰兩橫排的中心線距離單板壓降700液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間39.9降液管內(nèi)清液層高度0.11泛點(diǎn)率/56.1氣相負(fù)荷上限1.49霧沫夾帶控制氣相負(fù)荷下限0.52漏液控制操作彈性2.87參考文獻(xiàn)1徐壽昌.有機(jī)化學(xué)（第二版）M.北京：高等教育出版社，1

21、999229.2姚玉英.化工原理M.天津：科學(xué)技術(shù)出版社，1995.304-313.3楊祖榮.化工原理(第二版）M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.257-286.4陳敏恒，叢德滋，方圖南等.化工原理(下冊(cè)第三版）M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.56-269.5姚玉英.化工原理(下冊(cè)新版）M.天津：天津大學(xué)出版社，1999.14-16.6Rong B G, Kraslawski A, Nystrom L. Design and synthesis of multicomponent thermally coupled distillation flowsheetsJ. Computers

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