化工原理課程設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)目錄第一部分：總論.第二部分：設(shè)計(jì)任務(wù)書.第三部分：工藝流程說明一、工藝流程方框圖.二、工藝流程圖.第四部分：換熱器設(shè)計(jì).第五部分：精餾塔設(shè)計(jì)第六部分：離心泵和儲(chǔ)料罐的選取.第七部分：設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià).第八部分：結(jié)語.參考文獻(xiàn)第一部分：總論化工原理課程設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì)是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是讓學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性的初次嘗試。通過化工原理課程設(shè)計(jì)，要求我們能夠綜合運(yùn)用化工原理（上下冊(cè)）的基本知識(shí)，進(jìn)行融匯貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到以化工單元操作為主的化工設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計(jì)，我們了解到工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握典型單元操作設(shè)計(jì)的主要程序

2、和方法，培養(yǎng)了分析和解決工程實(shí)際問題的能力。同時(shí)，通過課程設(shè)計(jì)還可以使我們樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。苯與甲苯苯（Benzene, C6H6）在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，并具有強(qiáng)烈的芳香氣味。苯可燃，有毒，也是一種致癌物質(zhì)。苯是一種碳?xì)浠衔镆彩亲詈?jiǎn)單的芳烴。它難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，本身也可作為有機(jī)溶劑。苯是一種石油化工基本原料。苯的產(chǎn)量和生產(chǎn)的技術(shù)水平是一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志之一。苯具有的環(huán)系叫苯環(huán)，是最簡(jiǎn)單的芳環(huán)。苯分子去掉一個(gè)氫以后的結(jié)構(gòu)叫苯基，用Ph表示。因此苯也可表示為PhH。物理性質(zhì)苯的沸點(diǎn)為80.1，熔點(diǎn)為5.5，在常溫下

3、是一種無色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮發(fā)。苯比水密度低，密度為0.88g/ml，但其分子質(zhì)量比水輕。苯難溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一種良好的有機(jī)溶劑，溶解有機(jī)分子和一些非極性的無機(jī)分子的能力很強(qiáng),除甘油,乙二醇等多元醇外能與大多數(shù)有機(jī)溶劑混溶.除碘和硫稍溶解外,無機(jī)物在苯中不溶解.苯對(duì)金屬無腐蝕性。 甲苯（Methylbenzene，C7H8）為無色澄清液體，有類似苯的芳香氣味。有強(qiáng)折光性。能與乙醇、 乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，極微溶于水，熔點(diǎn)()：-94.9，相對(duì)密度 0.866，相對(duì)蒸氣密度（空氣=1）：3.14，凝固點(diǎn)-95，沸點(diǎn)110.6，飽和蒸氣壓

4、(kPa)：4.89(30)，折光率 1.4967，閃點(diǎn)（閉杯） 4.4。易燃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 1.2%7.0%（體積），低毒，半數(shù)致死量（大鼠，經(jīng)口）5000mg/kg。高濃度氣體有麻醉性，有刺激性。 苯沸點(diǎn)80.1度，而甲苯是110.6,兩樣物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)相近，故可以采用沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離。第二部分：設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一座苯-甲苯連續(xù)精餾裝置,要求年產(chǎn)純度為96%的苯20000噸,塔底餾出液中含苯不得高于2%,原料液含苯35%(以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。二、設(shè)計(jì)條件（一）精餾塔（1）塔頂壓力 4KPa（表）（2）進(jìn)料熱狀態(tài) 自選(3)回流比 自選(4)塔底加熱蒸汽

5、壓力 0.5MPa（表）(5)單板壓降 0.7KPa（6）全塔效率 ET=52%（7）塔板類型篩板或浮閥塔板（F1型）（二）換熱器配置于精餾裝置中的預(yù)熱器 冷凝器 冷卻器 再沸器等選一設(shè)計(jì)（1）加熱介質(zhì)飽和水蒸汽0.3MPa（絕）；（2）冷卻介質(zhì)冷卻循環(huán)水，進(jìn)口溫度30，出溫度40；（3）換熱器允許壓降Pa；（4）換熱器類型標(biāo)準(zhǔn)型列管式或板式換熱器。三、工作日每年工作300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。四、設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）選擇合適的精餾塔（1）精餾塔的物料衡算；（2）塔板數(shù)的確定；（3）精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算；（4）精餾塔的塔體工藝尺寸的計(jì)算；（5）塔板的主要工藝尺寸的計(jì)算；（6）塔板

6、的流體力學(xué)驗(yàn)算與塔板負(fù)荷性能圖；（7）精餾塔接管尺寸計(jì)算；（8）繪制精餾裝置工藝流程圖；（9）繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖；（10）對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題討論。（二）選擇合適的換熱器（1）確定設(shè)計(jì)方案選擇換熱器類型；流動(dòng)空間及流速的確定。（2）確定物性數(shù)據(jù)（3）估算傳熱面積（4）工藝結(jié)構(gòu)尺寸（5）換熱器核算（6）繪制換熱器設(shè)計(jì)示意圖；（7）對(duì)換熱器設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題討論。五、編寫設(shè)計(jì)說明書（一）封面（二）目錄（三）總論（四）裝置流程裝置流程圖與流程敘述（五）換熱器設(shè)計(jì)（六）精餾塔設(shè)計(jì)（七）設(shè)計(jì)評(píng)述與小結(jié)（八）設(shè)計(jì)繪圖精餾裝置工藝流程圖；精餾塔設(shè)計(jì)條件圖；換熱器設(shè)計(jì)示意圖。第三部分:工藝流程說

7、明一、 工藝流程說明本設(shè)計(jì)方案采用浮閥精餾塔，泡點(diǎn)進(jìn)料。苯和甲苯的原料混合物先進(jìn)入原料罐儲(chǔ)存，原料液通過泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)95.5。然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中?；旌衔镏屑扔袣庀嗷旌衔?，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就可以氣液分開，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂，塔頂出來的氣相混合物經(jīng)過冷凝器冷凝為液態(tài)。其中的一部分液態(tài)按一定的回流比回到精餾塔中繼續(xù)精餾。其他的部分液態(tài)就是產(chǎn)品，經(jīng)過冷卻器的冷卻，溫度降低到低于50，就可以裝入儲(chǔ)料罐中，這就是苯。液相混合物就從塔底流出：一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器。經(jīng)過冷卻器的冷卻，液態(tài)的

8、溫度降低到低于50后，可以裝入儲(chǔ)料罐中，這就是塔釜產(chǎn)品甲苯。一部分進(jìn)入再沸器。再沸器中的部分液相被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與甲苯的分離。二、 工藝流程方框圖三、工藝流程圖第四部分：換熱器設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)方案兩流體的溫度變化情況：熱流體進(jìn)口的溫度81，出口的溫度45。冷流體的進(jìn)口溫度30，出口溫度40。4.1.1選擇換熱器的類型管式換熱器的特點(diǎn)是殼體和管板直接焊接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。在同樣的殼體直徑內(nèi)，排管較多。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在

9、工程上廣泛應(yīng)用。殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當(dāng)膨脹之差較大時(shí)，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 固定管板式換熱器的特點(diǎn)是： 1、旁路滲流較小 2、鍛件使用較少，造價(jià)低； 3、無內(nèi)漏； 4、傳熱面積比浮頭式換熱器大20%30%。根據(jù)兩流體溫的變化情況：熱流體的進(jìn)口溫度為81；冷流體進(jìn)口溫度30，出口溫度為40，溫差小于50，但壓力不大，最大的為0.30Mpa，因此初步確定選用管板式換熱器。4.1.2管程安排由于水比較清潔，而苯和甲苯的混合物會(huì)有結(jié)垢的現(xiàn)象，而且混合物有毒，防止泄露造成生產(chǎn)事故，所以從總體考慮采用苯和甲苯的混合物走管程，水走殼程的設(shè)計(jì)。

10、4.2物性參數(shù)的確定4.2.1定性溫度：T=T1+T22=81+45÷2=63 ;t=t1+t22=30+40÷2=354.2.2有關(guān)的物性參數(shù)數(shù)據(jù)如下：物性 物質(zhì)苯甲苯混合物水密度 .m3828.60818.59828.20994.00定義比熱kJ/. 1.8411.8621.8424.174導(dǎo)熱系數(shù)w/m.0.1290.1270.1290627粘度 pa.s0.0003520.0003300.0003510.0007304.3估算傳熱面積4.3.1熱負(fù)荷計(jì)算年產(chǎn)20000噸的純度為96%的苯，即：熱負(fù)荷為：4.3.2水流量忽略熱量的損失，冷卻水的耗量： 4.3.3平均溫

11、差估算冷流體:t2=40冷流體：t1=30熱流體: T1=81熱流體:T2=45逆流平均溫差:t1=81-40)=41 ;t2=45-30=15t1/t2=41/15=2.73t1/t22計(jì)算R和P： 由R、P值查圖得：，則選用單殼程可行。=24.054.3.4選K值，估算傳熱面積選K估=300w/(m2·OC)由公式，得考慮20%逸度，冷卻器選型:公稱直徑 DN/400管心距 32公稱壓力 PN/MPa1.6管子排列方式正三角形管子規(guī)格25×2.5計(jì)算換熱面積 /8.4管程數(shù) N4換熱管長(zhǎng)度 L/1500管子根數(shù) n76管程流通面積 /0.00604.4傳熱系數(shù)K核算（1

12、）管程對(duì)流傳熱系數(shù)雷諾數(shù)：普朗特?cái)?shù)：管程對(duì)流傳熱系數(shù)：（2）殼程對(duì)流傳熱系數(shù)：肯恩法：管子為正三角形排列，則：當(dāng)量直徑：殼程流通面積： 殼程中的水被加熱，則： = 1399.4（3）污垢系數(shù)：參考化工原理上冊(cè)附錄十三，管內(nèi)、管外污垢阻熱分別?。?總傳熱系數(shù)K：，在1.15到1.25之間，故所選的換熱器是合適的，安全系數(shù)為：4.5核算壓力降4.5.1管程壓力降校核管程總阻力的計(jì)算公式：Ft=1.4 nB=1 Np=4取管壁粗糙度 查 圖，得4.5.2殼程壓力降校核埃索計(jì)算公式：Ns = 1 折流板數(shù)Fs =1.15 管子為正三角形排列，取F=0.5 取nc=10取折流擋板間距z=0.1m 殼程流

13、通面積: 殼程流速 : 所以 計(jì)算結(jié)果表明，殼程和管程的壓力降均能滿足設(shè)計(jì)條件。4.6接管計(jì)算、殼程的流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水的流速為uo=1.0m/s，則接管內(nèi)徑為則取 d=40 mm、管程的流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)苯的流速為uo=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為則取 d=35mm4.7設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯總換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果如下表：換熱管型號(hào) ：固定管板式管口表換熱器面積 ：8.4符號(hào)尺寸：mm用途連接方式工藝參數(shù)aDN40冷卻水入口平面名稱殼程管程bDN40冷卻水出口平面物料名稱冷卻水甲苯cDN35苯入口凹凸面操作壓力padDN35苯出口凹凸面流體密度 kg/m3994.0828.6流體流速

14、 m/s0.08250.2傳熱量 kw5.12總傳熱系數(shù)w/m2. 297.8對(duì)流傳熱系數(shù)w/m2. 1399.4502.9污垢系數(shù)m2. /w0.0001720.000172阻力降 MPa402.01pa563.3pa管程數(shù) N14推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格25×2.5管長(zhǎng)：mm1500總管數(shù)：76管間距：mm32排列方式正三角形折流板形式上下間距：mm100缺口高度：mm80殼內(nèi)徑：mm325安全系數(shù)17.52%第五部分：精餾塔設(shè)計(jì)5.1設(shè)計(jì)計(jì)算5.1.1精餾塔的物料衡算（1）、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 苯的摩爾質(zhì)量 MA=78.11kg/kmol 甲苯的摩爾質(zhì)量 MB

15、=92.13kg/kmolXF=0.388 XD=0.966 XW=0.024（2）、原料液及塔頂塔底產(chǎn)品平均摩爾質(zhì)量MF=xFMA+(1-xF)MB=0.388x78.11+(1-0.388)x92.13=86.69kg/kmolMD=xDMA+(1-xD)MB=0.966x78.11+(1-0.966)x92.13=78.59kg/kmol MW=xWMA+(1-xW)MB=0.024x78.11+(1-0.024)x92.13=91.79kg/kmol（3）、物料衡算原料處理量：總物料衡算：F=D+W苯物料衡算：=>D=12.38kmol/h W=19.66kmol/h5.1.2圖

16、解法球理論塔板數(shù)表1 苯甲苯（101.3kPa）的t-x-y相平衡數(shù)據(jù)苯摩爾分?jǐn)?shù)溫度苯摩爾分?jǐn)?shù)溫度液相氣相液相氣相0.00.0110.60.5920.78989.40.0880.212106.10.7000.85386.80.2000.370102.20.8030.91484.40.3000.50098.60.9030.95782.30.3970.61895.20.9500.97981.20.4890.71092.11.001.0080.2根據(jù)圖有：總理論塔板數(shù) NT=12.5（包括再沸器） 精餾塔板數(shù) NT精=5 提餾段 NT提=7.5（不包括再沸器） 實(shí)際塔板數(shù)：精餾段：NP精=5/0.5

17、2=9.610（不包括再沸器） 提餾段：NP提=7.5/0.52=13.4614 總實(shí)際塔板數(shù)NP總= NP精+ NP提=24求最小回流比Rmin：根據(jù)圖q與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為：Xq=XF=0.388 yq=0.604Rmin=(XD-yq)/(yq-Xq)=(0.97-0.46)/(0.46-0.267)=1.68R=1.71Rmin=2.88精餾塔的氣液相負(fù)荷：L=RD=2.88x12.38=35.65kmol/hV=(R+1)D=3.88x12.38=48.03kmol/hL´=L+F=35.65+32.04=67.69kmol/hV´=V=48.03kmol/h操作

18、線方程：精餾段操作線方程：y=(L/V)X+(D/V) XD=0.742X+0.243提餾段操作線方程：y=(L/V)X+(W/V)XW=1.409X-0.015.2工藝條件及物性數(shù)據(jù)的計(jì)算（一）、操作壓力塔頂：PD=P當(dāng)?shù)?P表=101.3+4=105.3kPa單板壓降：p=0.7kPa進(jìn)料板壓降：PF=PD+p* NP精=105.3+0.7x10=112.3kPa塔釜壓降：精餾段平均壓降：Pm=(PF+PD)/2=108.8kPa提餾段平均壓降：（二）、操作溫度計(jì)算由表1的氣液平衡數(shù)據(jù)，通過內(nèi)插法計(jì)算：塔頂溫度tD：=>tD=80.88進(jìn)料板溫度tF： =>tF=95.51塔釜

19、溫度tw: 精餾段平均溫度tm：提餾段平均溫度tm:（三）、平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂：由 xD=y1=0.966 查平衡曲線圖 得x1=0.916塔頂氣、液相平均摩爾質(zhì)量：由查平衡曲線圖知:進(jìn)料板氣液相平均摩爾質(zhì)量： 塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算:由查平衡曲線圖知:精餾段氣相平均摩爾分子量提餾段平均摩爾質(zhì)量計(jì)算（四）、平均密度計(jì)算A.氣相平均密度（1）精餾段氣相平均密度：(2)提餾段氣相平均密度： B.液相的平均密度：塔頂平均密度：由tD=80.88,查手冊(cè)得： 進(jìn)料板平均密度：由tF=95.51,查手冊(cè)得： 質(zhì)量分率:進(jìn)料板液相平均密度：塔釜液相平均密度：（由內(nèi)插法算得） 質(zhì)量分率:則精餾段液相平均密度

20、為:提餾段液相平均密度為：（五）、液體平均表面張力計(jì)算由塔頂溫度t=80.88 時(shí),查苯-甲苯表面張力于下表：表3-10 塔頂苯-甲苯表面張力組分苯(A)甲苯(B)表面張力21.1621.60由進(jìn)料溫度 tF=95.51 時(shí),查苯-甲苯表面張力于表3-8表3-12進(jìn)料苯-甲苯表面張力組分苯(A)甲苯(B)表面張力19.3920.23進(jìn)料板的表面張力 ：由塔釜溫度tw=109.25，查苯-甲苯表面張力于下表：組分苯(A)甲苯(B)表面張力17.6018.48塔釜表面張力：精餾段平均表面張力為：提餾段平均表面張力為：（六）、液體的平均粘度計(jì)算由tD=80.88，查得苯和甲苯的液體粘度：組分苯（A）

21、甲苯（B）液體粘度µ（mP.s）0.3050.309則塔頂液相平均粘度進(jìn)料溫度tF=95.51，查得苯和甲苯的液體粘度：組分苯（A）甲苯（B）液體粘度µ（mP.s）0.2660.274塔釜溫度tw=109.25,查得苯和甲苯的液體粘度：組分苯（A）甲苯（B）液體粘度µ（mP.s）0.2350.255精餾段液相平均粘度：提餾段液相平均粘度：5.3精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 5.3.1塔徑的計(jì)算 Vs和Ls計(jì)算（1）、精餾段：由查表確定C20的坐標(biāo)，圖的橫坐標(biāo)為 取板間距=0.40m，板上液層高度（常壓塔一般為）則 HT-HL=0.35m查圖得C20=0.075圖 史密

22、斯關(guān)聯(lián)圖取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 塔截面積為實(shí)際空塔氣速為（2）、提餾段由 =0.40m =0.05mHT-HL=0.35m查圖得C20=0.068取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速:按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 塔截面積為實(shí)際空塔氣速為5.3.2精餾塔有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度:提餾段有效高度:在進(jìn)料板上方開一高度為0.8m的人孔，精餾塔的有效高度為 5.4塔板主要工藝尺寸計(jì)算（一）精餾段因D=0.8m可選單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤（1）堰長(zhǎng)：（2）溢流堰高度：為板上液層高度(一般為50100)，為堰高（>6mm），為堰上液層高度(一般不宜大于6070mm)采用平直

23、堰 (因E=1所引起的誤差能滿足工程設(shè)計(jì)要求 故E近似取1取，則（3）弓形降液管寬度和截面積由查表知 故 驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間：故降液管設(shè)計(jì)合理（4） 降液管底隙高度（?。┧?，降液管底隙設(shè)計(jì)合理（二）提餾段堰長(zhǎng)（1）堰長(zhǎng)：（2）溢流堰高度：為板上液層高度(一般為50100)，為堰高（>6mm），為堰上液層高度(一般不宜大于6070mm)采用平直堰 (因E=1所引起的誤差能滿足工程設(shè)計(jì)要求 故E近似取1取，則（3）弓形降液管寬度和截面積由查表知 故 驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間：故降液管設(shè)計(jì)合理（5） 降液管底隙高度（?。┧?，降液管底隙設(shè)計(jì)合理5.5塔板布置（一）精餾段（1）塔

24、板分布因，故塔板采用分塊式，將板塔分為3塊（當(dāng)精餾塔直徑在塊）（2） 邊緣寬度的確定 取(3)開孔區(qū)面積計(jì)算 開孔區(qū)面積按式 其中 篩孔計(jì)算及其排列苯甲苯物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距篩孔數(shù)目：開孔率：氣體通過篩孔的氣速為（二）提餾段(1)邊緣寬度的確定(2)取 取(3)開孔區(qū)面積計(jì)算 開孔區(qū)面積按式 其中 (4)篩孔計(jì)算及其排列苯甲苯物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑 篩孔按正三角形排列，取孔中心距 篩孔數(shù)目：開孔率：氣體通過篩孔的氣速為5.6篩板的流動(dòng)力學(xué)驗(yàn)算5.6.1塔板壓降精餾段(1)干板阻力：由查圖得CO=0.772圖 干篩孔的流量系數(shù)則液柱

25、(2)氣體通過液層的阻力計(jì)算 查表知液柱(3)液體表面張力的阻力計(jì)算液柱氣體通過每層塔板的液柱高度按下式計(jì)算氣體通過每層塔板的壓降為提餾段平板阻力計(jì)算由查資料書P115圖5-10得CO=0.772則液柱氣體通過液層的阻力計(jì)算 查表知液柱液體表面張力的阻力計(jì)算液柱氣體通過每層塔板的液柱高度按下式計(jì)算液柱氣體通過每層塔板的壓降為5.6.2液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本體塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。5.6.3液沫夾帶量： 精餾段液沫夾帶量由下式計(jì)算：依經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，取故因此，在本設(shè)計(jì)中，液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。提餾段液沫夾帶量由下式計(jì)算：依經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，取，則因此，在本設(shè)計(jì)中，液沫夾

26、帶量在允許范圍內(nèi)。5.6.4漏液 精餾段對(duì)于篩塔板，漏液點(diǎn)氣速，由下式計(jì)算 實(shí)際孔速：穩(wěn)定系數(shù)：故在本實(shí)驗(yàn)中無明顯漏液 提餾段對(duì)于篩塔板，漏液點(diǎn)氣速，由下式計(jì)算 實(shí)際孔速：穩(wěn)定系數(shù)：故在本實(shí)驗(yàn)中無明顯漏液5.6.5液泛 精餾段為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度Hd應(yīng)服從：苯-甲苯物系屬一般物系，取，則而 板上不設(shè)進(jìn)口堰，由下式計(jì)算故本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象 提餾段為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度Hd應(yīng)服從：苯-甲苯物系屬一般物系，取，則而 板上不設(shè)進(jìn)口堰，由下式計(jì)算故本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象5.7塔板負(fù)荷性能圖（一）精餾段1、漏液線由 整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算

27、結(jié)果列下表Ls/(m3/s)0.00060.00150.00300.0045Vs/(m3/s)0.1730.1790.1860.192由上表數(shù)據(jù)即可畫出漏液線。2、液沫夾帶以ev=0.1kg液/kg氣為限，求VS-LS關(guān)系如:由 故整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列下表Ls/(m3/s)0.00060.00150.00300.0045Vs/(m3/s)0.6030.5750.5390.509根據(jù)以上數(shù)據(jù)即可繪出液沫夾帶線。3、液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層上高度how=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，即 =0.006m 取計(jì)算得，根據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直

28、液相負(fù)荷下限線。4、液體負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3-5s，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間。取=5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限故5、液泛線令 由 ； ； ; 聯(lián)立很?。ê雎裕?，將與，與，與的關(guān)系式代入式 故有在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列下表Ls/(m3/s)0.00060.00150.00300.0045Vs/(m3/s)0.6710.6400.5810.500根據(jù)以上數(shù)據(jù)即可繪出液泛線。根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖。在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即作出操作線。由圖可看出，精餾段篩板的操作上限為液沫夾帶線，下限為液相負(fù)荷

29、下限線，由圖查的，Vs,max=0.541m3/s，Vs,min=0.216m3/s。故精餾段操作彈性為。（二）提餾段1、漏液線由 整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列下表/(m3/s)0.000480.00060.00150.00300.0045/(m3/s)0.1800.1810.1870.1940.200由上表數(shù)據(jù)即可畫出漏液線。2、液沫夾帶以ev=0.1kg液/kg氣為限，求VS-LS關(guān)系如: 由 故整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列下表Ls/(m3/s)0.000480.00060.00150.00300.0045Vs/(m3/s)0.8

30、020.7950.7540.7010.656根據(jù)以上數(shù)據(jù)即可繪出液沫夾帶線。3、液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層上高度how=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，即 取計(jì)算得根據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線。4、液體負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3-5s，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間。取=5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限故5、液泛線令 由 ； ； ; 聯(lián)立忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入式 故有在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列下表Ls/(m3/s)0.000480.00060.00150.00300.0045Vs/(m3/s)0.7350

31、.7320.7110.6770.641根據(jù)以上數(shù)據(jù)即可繪出液泛線根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖。在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即作出操作線。由圖可看出，精餾段篩板的操作上限為液沫夾帶線，下限為液相負(fù)荷下限線，由圖查的，Vs,max=0.66m3/s，Vs,min=0.18m3/s。故精餾段操作彈性為。5.8塔附件接管設(shè)計(jì)計(jì)算5.8.1進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T形進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。F=2777.5Kg/h , =791.6 Kg/ 則體積流量 管內(nèi)流速則管徑取進(jìn)料管規(guī)格38×3.5， 則管內(nèi)徑d=31mm。進(jìn)料管實(shí)際流速5

32、.8.2回流管采用直管回流管，回流管的回流量D=12.38kmol/h=0.003kmol/s塔頂液相平均摩爾質(zhì)量,平均密度 則液體流量：取管內(nèi)流速則回流管直徑可取回流管規(guī)格38×3.5 則管內(nèi)徑d=31mm回流管內(nèi)實(shí)際流速5.8.3塔頂蒸汽接管塔頂蒸汽密度塔頂汽相平均摩爾質(zhì)量則整齊體積流量 取管內(nèi)蒸汽流速則可取管規(guī)格89×5 則實(shí)際管徑d=79mm5.8.4釜液排出管塔底W=19.66kmol/h 平均密度平均摩爾質(zhì)量體積流量 取管內(nèi)流速 則可取管規(guī)格38×3.5 則實(shí)際管徑d=31mm5.8.5塔釜進(jìn)氣管V=48.03kmol/h 相平均摩爾質(zhì)量：塔釜蒸汽密度

33、塔釜汽相平均摩爾質(zhì)量 則塔釜蒸汽體積流量 取管內(nèi)蒸汽流速 則可取回流管規(guī)格76×4 則實(shí)際管徑d=68mm5.9設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表參數(shù)平均壓力kPa平均溫度平均摩爾質(zhì)量kg/kmol平均密度kg/m3平均表面張力mN/m平均粘度mPa.s氣相液相氣相液相液相液相精餾段108.888.2081.1385.832.94802.120.50.288提餾段117.2102.3887.989.643.30788.519.20.263塔頂105.380.8878.5979.29812.521.20.305塔釜122.1109.2591.5491.88780.818.50.255進(jìn)料板112.395.

34、5184.2687.39791.619.90.271接管進(jìn)料管回流管塔頂蒸汽接管釜液排出管塔釜進(jìn)氣管規(guī)格38×3.538×3.589×538×3.576×4實(shí)際管徑/mm3131793168序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值精餾段提餾段1平均溫度tm，88.20102.382平均壓力Pm，kPa108.8117.23實(shí)際塔板數(shù)N244塔高Z,m9.65塔徑D，m0.86人孔直徑 800mm個(gè)數(shù) 17板間距HT，m0.48溢流形式單溢流9降液管型式弓形10堰長(zhǎng)lw，m0.560.5611堰高h(yuǎn)w，m0.040.03412板上液層高度hl，m0.050.0513堰上液層

35、高度how，m0.010.01614降液管底隙高度ho，m0.020.02715安定區(qū)寬度ws，m0.06516邊緣區(qū)寬度wc，m0.03517開孔區(qū)面積Aa，m20.31318篩孔直徑do，mm519篩孔數(shù)目n160720孔中心距t，mm1521開孔率,%10.122空塔氣速,m/s0.7320.70623篩孔氣速o,m/s11.6411.2324穩(wěn)定系數(shù)K2.072.1225負(fù)荷上限液沫夾帶控制液泛控制26負(fù)荷下限液相負(fù)荷下限漏液控制27氣相流量Vs，m3/s0.3680.35528液相流量Ls,m3/s0.00110.0021429液沫夾帶ev（kg液/kg氣）0.050.08330每層

36、塔板壓降，Pa615.63399.3731液相負(fù)荷下限，m3/s0.000480.0004832液相負(fù)荷上限，m3/s0.004690.0046933操作彈性2.503.67第六部分：儲(chǔ)料罐和泵的選擇6.1 儲(chǔ)料罐6.1.1原料儲(chǔ)罐原料的流量為2794.6kg/h，工作量為24h，并考慮到20%的裕度。選取貯槽為公稱直徑DN（GB/T 9019-2001）為4800mm的壓力容器。計(jì)算過程為:6.1.2苯的儲(chǔ)罐產(chǎn)品苯的流量為2777.8kg/h，工作量為8h，并考慮到20%的裕度。選取貯槽為公稱直徑DN（GB/T 9019-2001）為2500mm的壓力容器。計(jì)算過程為:6.1.3甲苯的儲(chǔ)罐產(chǎn)

37、品甲苯的流量為1804.6kg/h，工作量為8h，并考慮到20%的裕度。選取貯槽為公稱直徑DN（GB/T 9019-2001）為2500mm的壓力容器。計(jì)算過程為: 6.2泵的設(shè)計(jì)在進(jìn)料口加料時(shí)，本設(shè)計(jì)采用換熱器加熱原料，取裙座高度為2.5m,提餾段篩板數(shù)為14，則進(jìn)料口高度為：H=2.5+0.4+0.012+14×0.4=8.51m進(jìn)料密度796.12kg/m3由Qm,v=Qm,h/進(jìn)料密度=32.04×86.69/796.12=0.331m/h則液體在泵里流速為u=4Qm,v/(×d2進(jìn)料口)=4×0.331/(3.14×0.031

38、5;0.031)=438.8m/h=0.12m/s所以液體在管中的流動(dòng)形式為湍流。選擇泵的型號(hào)IS50-32-160：流量為7.5m/h，揚(yáng)程為12m。第七部分：廠房布置一、廠房布置定義化工廠房要滿足化工工藝、設(shè)備、電氣等多種相關(guān)專業(yè)的使用要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),除了要遵循高層建筑設(shè)計(jì)的基本原則,考慮一般情況下靜、活載作用,抗展等因素外，還要更全面地綜合考慮各相關(guān)專業(yè)的條件限制,對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的不利影響。如設(shè)備的附加荷載,動(dòng)力荷載系數(shù)及產(chǎn)生共振的可能性,散熱、除塵、防腐、防姆對(duì)結(jié)構(gòu)的特殊要求特殊結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的處理等。其次，化工廠房必須要申請(qǐng)相關(guān)行業(yè)的化工執(zhí)照。二、注意事項(xiàng)化工廠房在設(shè)計(jì)時(shí)往往忽略了設(shè)

39、備損壞后的拆卸安裝，沒有預(yù)留設(shè)備拆卸通道和空間。也有一些企業(yè)開始預(yù)留了設(shè)備拆卸通道，但在擴(kuò)產(chǎn)時(shí)加裝設(shè)備又占用了設(shè)備拆卸通道，設(shè)備一旦損壞，拆卸、維修設(shè)備或更換設(shè)備就會(huì)受到限制，輕者切斷管路、拆卸其它好的設(shè)備為更換設(shè)備讓路，重者掀開廠房房頂、砸開墻壁，為企業(yè)帶來了不可估量的損失。為此，廠房、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)要充分考慮設(shè)備可能的拆卸安裝，預(yù)留設(shè)備拆卸通道，為拆裝、維修設(shè)備預(yù)留足夠的空間。另外，搪玻璃設(shè)備不適用于含有氟離子、強(qiáng)堿、熱濃磷酸的介質(zhì)環(huán)境，在設(shè)計(jì)生產(chǎn)線確定使用設(shè)備時(shí)也要特別注意。化工廠房一般采用FRY材質(zhì)，可以抗酸堿、防腐、延長(zhǎng)使用年限，具有全壓高、風(fēng)量大、噪音低、耗電少、運(yùn)行平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)

40、。窗戶：百葉窗自動(dòng)啟閉達(dá)到防塵、防水、美觀大方，既可吹風(fēng)，也可抽風(fēng)。是溫室、廠房等降溫通風(fēng)的最佳選擇。負(fù)壓風(fēng)機(jī)通風(fēng)降溫原理：運(yùn)用空氣對(duì)流，負(fù)壓換氣的通風(fēng)降溫原理，以超強(qiáng)的吸力，由裝設(shè)地點(diǎn)的對(duì)向、大門或窗戶迅速吸入新鮮空氣，將室內(nèi)熱氣、異味、迅速地排出室外，任何通風(fēng)不良問題均可改善。優(yōu)異特性： 使用負(fù)壓式抽風(fēng)機(jī)之后，可以讓空氣流動(dòng)起來，每小時(shí)換氣次數(shù)能達(dá)60次-120次。三、功能分區(qū)根據(jù)設(shè)計(jì)原則和化工園區(qū)規(guī)劃及地形等條件，結(jié)合對(duì)生產(chǎn)使用物品和倉儲(chǔ)物品的化學(xué)特性，本工程將廠區(qū)分為廠前區(qū)、生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、倉儲(chǔ)區(qū)、一期擴(kuò)建預(yù)留、二期預(yù)留等幾個(gè)明顯的區(qū)域。綜合樓作為廠區(qū)辦公人員相對(duì)集中的場(chǎng)所，與其他

41、的區(qū)域聯(lián)系不是特別緊密，因此把它布置于廠區(qū)交通發(fā)達(dá)的區(qū)域，便于日常對(duì)外聯(lián)系和管理；綜合樓、職工停車場(chǎng)、東北面門衛(wèi)和消防水池(位于綜合樓的東面) 加在一起構(gòu)成了廠前區(qū)。包裝材料倉庫( 丙類) 、維修車間( 丙類) 和包裝材料露天堆場(chǎng)( 丙類) 構(gòu)成生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)，生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)插在生產(chǎn)區(qū)和廠前區(qū)之間，起到分隔和阻斷危險(xiǎn)源的作用，同時(shí)也使這個(gè)區(qū)域靠近使用點(diǎn)，減少廠區(qū)內(nèi)的搬運(yùn)距離。丙類生產(chǎn)廠房、涂料及粘結(jié)劑生產(chǎn)車間( 甲類) 、預(yù)拌合車間( 乙類) 構(gòu)成生產(chǎn)區(qū)域，位于廠區(qū)的中部，這個(gè)區(qū)域是主要生產(chǎn)工作區(qū)，在場(chǎng)地內(nèi)和其他的區(qū)域要聯(lián)系方便，同時(shí)其又有較大的危險(xiǎn)性，需要布置在遠(yuǎn)離人員集中的地點(diǎn)。因此把它放在中間，

42、和準(zhǔn)備區(qū)、倉儲(chǔ)區(qū)的聯(lián)系路線最短。丙類生產(chǎn)廠房的危險(xiǎn)性相對(duì)于甲乙類來說要小得多，可以把它放置在場(chǎng)地的中間，貫穿場(chǎng)地的南北方向。涂料及粘結(jié)劑倉庫( 甲類) 、鋁粉末倉庫( 乙類) 及甲類罐區(qū)構(gòu)成倉儲(chǔ)區(qū)，緊鄰生產(chǎn)區(qū)域布置，方便工藝聯(lián)系縮短物料運(yùn)送的距離，并相鄰正對(duì)蒼工路的兩條物流通道，縮短了產(chǎn)品的運(yùn)輸距離，減少了損耗。甲類罐區(qū)位于廠區(qū)的東南處，遠(yuǎn)離人員集中處，保證生產(chǎn)的同時(shí)也加大了人員與危險(xiǎn)物品之間的安全距離( 楚華支路的南面是預(yù)留的綠化帶) 。生產(chǎn)輔助設(shè)施根據(jù)生產(chǎn)需要，穿插布置，按照運(yùn)輸路線最短臨近使用對(duì)象布置方式; 考慮將來的發(fā)展需求，在丙類生產(chǎn)車間的北側(cè)及南側(cè)為一期擴(kuò)建留地部分，面積約3 60

43、9 m2。西側(cè)為二期建設(shè)預(yù)留地部分，面積約18 081 m2。本項(xiàng)目設(shè)三個(gè)出入口，主要人流車流均正對(duì)廠區(qū)北側(cè)的蒼工路，其中，門衛(wèi)一布置在廠區(qū)西側(cè)的物流入口，門衛(wèi)二布置在廠區(qū)東側(cè)的人流出入口和物流出口處，方便同時(shí)對(duì)進(jìn)出廠內(nèi)外車輛及人員的控制、管理。兩個(gè)物流出入口處均設(shè)置地磅，計(jì)量進(jìn)出廠物料的重量。綜合樓的廣場(chǎng)前布置停車位，西面門衛(wèi)旁布置自行車停車棚。三、 綠化設(shè)計(jì)對(duì)于化工廠房還應(yīng)有相應(yīng)的綠化建設(shè)以滿足生活要求。具體設(shè)計(jì)如下：1、合理布置綠化，使綠化率達(dá)到規(guī)劃要求。2、滿足生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)對(duì)綠化的要求，重視綠化植物的選用和種植要求，妥善處理綠化布置與管線的關(guān)系，廠區(qū)應(yīng)有的綠地面積，注意工廠綠化結(jié)合生

44、產(chǎn)，應(yīng)充分利用空地和不可建用地進(jìn)行綠化。3、發(fā)揮綠化在完善建筑群體藝術(shù)方面的作用，在廠區(qū)主要出入口及建筑周圍，結(jié)合建筑群體組合進(jìn)行裝飾性美化，布置綠地和種植喬灌木;在主要道路兩側(cè)和圍墻內(nèi)外進(jìn)行帶狀綠化。4、選擇綠化植物品種時(shí)，應(yīng)滿足以下要求: 具有較強(qiáng)的抗污染、凈化空氣的能力; 適應(yīng)當(dāng)?shù)赝寥篮蜌夂驐l件; 容易繁殖、移植和管理。本小組設(shè)計(jì)的廠房如附圖所示。第八部分：設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)本次化工課程設(shè)計(jì)是對(duì)固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)，通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料、上網(wǎng)搜索資料以及反復(fù)計(jì)算核實(shí)，本固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)可以說基本完成了。下面是對(duì)本次設(shè)計(jì)的一些評(píng)述：本設(shè)計(jì)所需要的換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，故本次設(shè)計(jì)確定選用管板式換熱器。易析出結(jié)晶、沉淀、淤泥及其他沉淀物的流體，最好通入比較