化工原理課程設(shè)計指導(dǎo)書

1、化工原理課程設(shè)計指導(dǎo)書二元混合物連續(xù)精餾裝置的設(shè)計攀枝花學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院目錄一、課程設(shè)計的目的二、本設(shè)計的基本內(nèi)容和要求1、關(guān)于精餾塔方案的選定2、關(guān)于工藝計算3、關(guān)于塔板(或填料層和塔體主要工藝尺寸的設(shè)計計算4、關(guān)于附屬設(shè)備的設(shè)計5、關(guān)于精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計6、關(guān)于設(shè)計說明書的編寫7、關(guān)于考核三、進(jìn)行本設(shè)計必須注意的幾點(diǎn)四、設(shè)計紀(jì)律五、參考資料一、課程設(shè)計的目的精餾是化工生產(chǎn)過程中的重要單元操作,精餾塔是典型的化工單元設(shè)備之一,進(jìn)行本課程設(shè)計的目的是:培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,特別是本門課程的有關(guān)知識解決化工實(shí)際問題的能力,使學(xué)生學(xué)到進(jìn)行化工設(shè)計的基本步驟和方法,得到一次進(jìn)行化工設(shè)計的初步

2、訓(xùn)練,為今后從事設(shè)計工作打下基礎(chǔ).通過課程設(shè)計,學(xué)生應(yīng)特別注意如下幾個“能力”的訓(xùn)練和培養(yǎng):查閱資料、選用公式和數(shù)據(jù)的能力;從技術(shù)上的可行性與經(jīng)濟(jì)上的合理性兩方面樹立正確的設(shè)計思想、分析和解決工程實(shí)際問題的能力;熟練應(yīng)用計算機(jī)(包括編程計算和使用工程設(shè)計軟件的能力以及用簡潔文字、圖表表達(dá)設(shè)計思想的能力.因此,不論課程設(shè)計的成果是否將應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn),設(shè)計都應(yīng)同時滿足實(shí)踐性和教學(xué)性兩方面的要求。設(shè)計的實(shí)踐性應(yīng)體現(xiàn)在以下設(shè)計準(zhǔn)則中:1、經(jīng)濟(jì)性:應(yīng)符合能量充分合理利用和節(jié)能原則,符合經(jīng)常生產(chǎn)費(fèi)和設(shè)備投資費(fèi)的綜合核算最經(jīng)濟(jì)的原則;符合有用物質(zhì)高回收率、低損耗率原則.2、先進(jìn)性:應(yīng)對目前工廠生產(chǎn)過程和設(shè)備

3、上存在的問題提出改進(jìn)方案和改進(jìn)措施,并盡量采用國內(nèi)外最新技術(shù)成果。3、可靠性和穩(wěn)定性:保證運(yùn)行的安全可靠和操作的穩(wěn)定易控是現(xiàn)代化生產(chǎn)應(yīng)優(yōu)先考慮的原則,不得采用缺乏可靠性的、不成熟的技術(shù)和設(shè)備,不得采用難以控制或難以保證安全生產(chǎn)的技術(shù)和設(shè)備。4、可行性:流程布置和設(shè)備結(jié)構(gòu)不應(yīng)超出一般土建要求和機(jī)械加工能力,整個設(shè)計方案應(yīng)考慮符合國情和因地制宜的原則。二、本設(shè)計的基本內(nèi)容和要求設(shè)計內(nèi)容包括:選定精餾方案;進(jìn)行精餾塔的工藝計算;結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)備的選型設(shè)計;將設(shè)計結(jié)果編寫成設(shè)計說明書。1、關(guān)于精餾塔方案的選定選定精餾方案是完成設(shè)計的先決條件,因?yàn)榫锼に嚦叽绲拇_定不僅與所處理物系的性質(zhì)、給定的生產(chǎn)能力

4、、組成要求有關(guān),還與操作壓力、回流液狀態(tài)、加熱方式以及所選用設(shè)備的型式等一系列因素有關(guān),所以在進(jìn)行精餾塔設(shè)計選定精餾方案和擬定精餾裝置流程的工作必須首先進(jìn)行.(1精餾方案選定涉及的內(nèi)容大致包括:a.精餾方式的選定:根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量要求,可選用簡單蒸餾、水蒸汽蒸餾、間歇精餾、連續(xù)精餾或特殊精餾等。b.操作壓力的選取:根據(jù)精餾物系的特點(diǎn),可以是常壓精餾、減壓精餾或加壓精餾。c. 塔型的選擇2:通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評價,可以選用不同塔型(板式塔、填料塔和不同板型(如浮間搭、篩板塔等或填料塔。d.再沸器、冷凝器、冷卻器等換熱設(shè)備的配置3:再沸器配置與所采用的加熱方式有關(guān),通常采用間接蒸汽加熱,有時也

5、可采用直接蒸汽加熱;冷凝器的型式多采用列管式換熱器,冷凝器的安裝位置從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上考慮,對于小塔,當(dāng)傳熱面積較小時常將冷凝器直接安裝在塔頂,而當(dāng)處理量較大或搭較高時,則常將冷凝器移至地面,然后再用回流泵強(qiáng)制回流入塔。(2選定方案必須考慮的問題確定精餾方案的原則主要有兩條:a、必須考慮工藝要求與平穩(wěn)操作問題;b、必須考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性,如在精餾方式的選定中必須考慮生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量的要求以及投資費(fèi)用等,如用水蒸汽蒸餾或簡單蒸餾雖投資省,但所獲得的產(chǎn)品質(zhì)量不高,欲要得到高純度產(chǎn)品則必須采用連續(xù)精餾等方式。在確定操作壓力時則必須考慮所處理的液體混合物的性質(zhì)等因素,如熱敏性物料采用真空蒸餾,而對

6、于沸點(diǎn)低常壓下呈氣態(tài)的物料則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。在塔型的選擇中固然要盡量設(shè)法選用性能優(yōu)良的塔型,但因每種塔型絕非十全十美,故選型時還必須從產(chǎn)量、質(zhì)量和能耗等實(shí)際需要出發(fā),努力做到兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性兩個方面.在確定進(jìn)料狀態(tài)和加料方式時既要考慮便于平穩(wěn)操作,還要考慮相關(guān)工序的實(shí)際情況等因素。如精餾塔的加料方式用高位槽就比用加料泵直接加料較易平穩(wěn)操作。但必須注意,無論進(jìn)料狀態(tài)還是加料方式均與前道工序以至整個車間的流程安排有關(guān)。在考慮精餾塔附屬的換熱設(shè)備的配置中,必須注意到精餾過程一方面要供給熱量,一方面又要用大量的冷卻水進(jìn)行冷卻,故從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)存在著如何合理利用熱能的問題,為此可以

7、用定性或定量的方法論述塔底釜液與塔頂蒸汽熱能利用的可能性(可以從傳熱溫差的大小以及回收熱量的多少進(jìn)行可行性比較,考慮它們能否用于預(yù)熱料液或有別的用處。此外,在考慮回收熱能的方案時還要以精餾塔可能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作為前題。必須注意:a、對任務(wù)書中根據(jù)規(guī)定的操作條件所選用的塔型、板型、填料類型等必須進(jìn)行簡要論證.對流程安排中合理利用熱能的可能性必須作簡要分析,并繪制精餾裝置流程圖4(直接畫在設(shè)計說明書上。b、設(shè)計開始通常只能對方案,流程作初步安排,待整個計算完成后再對方案流程進(jìn)行修正并作較全面的論證討論。2、關(guān)于工藝計算工藝計算的主要內(nèi)容是:物料衡算確定產(chǎn)品的質(zhì)量、收率和流率。確定操作條件指塔主要部位的

8、壓力和溫度。精餾計算根據(jù)相平衡數(shù)據(jù)和分離要求,根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算,確定適宜回流比;計算精餾塔的理論權(quán)數(shù);計算板式塔的實(shí)際板數(shù)(或填料層高度,并確定進(jìn)料位置。為了提高課程設(shè)計的效率和準(zhǔn)確性,可使用計算機(jī)軟件“化工原理課程設(shè)計工藝優(yōu)化自檢系統(tǒng)”,自我檢查計算過程和結(jié)果。著重說明以下幾點(diǎn):a、操作條件的確定:確定塔主要部位的壓力和溫度是求取塔板數(shù)和進(jìn)行塔內(nèi)氣液接觸構(gòu)件(塔板或填料層設(shè)計的重要依據(jù)。設(shè)計任務(wù)書中給定的操作壓力一般指塔頂?shù)膲毫?由于塔板或填料層存在的壓降,致使沿塔壓力(因而也使溫度發(fā)生變化,使物性和氣液負(fù)荷亦將隨之而變,這對真空操作精餾塔的影響尤為顯著,設(shè)計時勢必注意。但由于操作壓力(溫度沿塔

9、分布規(guī)律又與塔內(nèi)構(gòu)件、氣液負(fù)荷、物性等因素有關(guān),故確定操作條件的基本做法是先預(yù)估計再校驗(yàn)。b、相平衡關(guān)系:精餾系統(tǒng)的汽液平衡數(shù)據(jù)來源很多,具體可參考有關(guān)文獻(xiàn)5。為了便于計算機(jī)應(yīng)用,盡可能選擇用解析式表達(dá)汽液平衡關(guān)系,如對乙醇-水體系,簡化處理的方法有多種,如相對揮發(fā)度與x的直接關(guān)聯(lián)等。相對揮發(fā)度與液相濃度x的直接關(guān)聯(lián):y=x/(1+(1x=1.1213(x+0.2-1.5235 x<0.3=0.8938 x-1.0632 x0.3如苯一甲苯、乙苯一苯乙烯等物系則可作為理想系統(tǒng)處理。C、回流比的確定:對于一般體系最小回流比的確定可按常規(guī)方法處理9,但對于某些特殊體系,如乙醇水體系則要特殊處

10、理,該體系最小回流比Rmin 的求取應(yīng)通過精餾段操作線與平衡線相切得到。而適宜回流比R的確定,應(yīng)體現(xiàn)最佳回流比選定原則即裝置設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)之和最低,我們推薦以下簡化方法計算各項(xiàng)費(fèi)用,從而確定最佳回流比6。設(shè)備費(fèi)用:C D塔成本費(fèi)C D =39870 x D1.2元式中D為塔徑,N為實(shí)際塔板數(shù)假定精餾塔每年操作7200小時,折舊率33%蒸汽費(fèi)用: C S=70元/噸冷卻水費(fèi)用: C W=0.3元/噸年總費(fèi)用 C=0.33 X C D+C S+C W計算費(fèi)用時應(yīng)注意:年總費(fèi)用應(yīng)是每年的設(shè)備折舊費(fèi)與每年的操作費(fèi)之和;蒸汽費(fèi)用的計算應(yīng)考慮過程的蒸汽損失,一般取總蒸汽耗量5-10%.D、全塔效率的確定全

11、塔效率的確定對所設(shè)計的塔能否完成任務(wù)關(guān)系極大,但至今尚無可靠的計算方法,一般可用如下三種方法之一來確定:參考工廠同類型塔的全塔效率經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù);對同類型塔進(jìn)行現(xiàn)場測定取得可靠的塔效數(shù)據(jù);當(dāng)缺乏經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)時可用經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式估算,比如對于板式精餾塔可采用0co nne11塔效經(jīng)驗(yàn)式2估算塔效;對于填料精餾塔可采用Murch法等經(jīng)驗(yàn)公式2估算等板高度。3、關(guān)于塔板(或填料層和塔體主要工藝尺寸的設(shè)計計算:板式塔工藝尺寸設(shè)計計算的主要內(nèi)容包括:板間距、塔徑、塔板型式、溢流裝置、塔板布置、流體力學(xué)性能校核、負(fù)荷性能圖以及塔高等。其設(shè)計計算方法可查閱有關(guān)資料2378。著重應(yīng)注意的是:塔板設(shè)計的任務(wù)是以流經(jīng)塔內(nèi)氣液的

12、物流量、操作條件和系統(tǒng)物性為依據(jù),確定具有良好性能(壓降小、彈性大、效率高的塔板結(jié)構(gòu)與尺寸。塔板設(shè)計的基本思路是:以通過某一塊板的氣液處理量和板上氣液組成,溫度、壓力等條件為依據(jù),首先參考設(shè)計手冊上推薦數(shù)據(jù)初步確定有關(guān)的獨(dú)立變量,然后進(jìn)行流體力學(xué)計算,校核其是否符合所規(guī)定的范圍,如不符合要求就必須修改結(jié)構(gòu)參數(shù),重復(fù)上述設(shè)計步驟直到滿意為止。最后給制出負(fù)荷性能圖,以確定適宜操作區(qū)和操作彈性。塔高的確定還與塔頂空間、塔底空間、進(jìn)料段高度以及開人孔數(shù)目的取值有關(guān),可查資料2。填料塔工藝尺寸設(shè)計計算主要內(nèi)容包括:選擇填料、確定塔徑、計算填料層高度、壓降以及根據(jù)塔徑、填料層高度確定填料層的分段數(shù)目等項(xiàng),

13、詳見有關(guān)資料2。4、關(guān)于附屬設(shè)備的設(shè)計(1附屬設(shè)備的設(shè)計主要有:a熱量衡算求取塔頂冷凝器、冷卻器的熱負(fù)荷和所需的冷卻水用量;再沸器的熱負(fù)荷和所需的加熱蒸氣用量;b選定冷凝器和再沸器的型式求取所需的換熱面積并查閱換熱器標(biāo)準(zhǔn),提出合適的換熱器型號;C確定主要接管尺寸,列出接管表;d對必須配置的原料泵、回流泵等進(jìn)行選型計算。(2各換熱器型式的選定得視具體換熱系統(tǒng)、介質(zhì)性質(zhì)以及熱負(fù)荷大小等而定。如冷卻器因通常熱負(fù)荷較大,故常用列管式換熱器且是臥式的;而冷卻器則因熱負(fù)荷一般較小,可選豎列管式或蛇管式換熱器。換熱器設(shè)計中應(yīng)注意傳熱溫度差至少保持10-20左右,冷卻水出口溫度則不應(yīng)大于50。(3精餾塔的主要

14、接管包括蒸氣出口管、回流管、加料管、進(jìn)氣管、釜液排出管等,接管的結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計計算所需數(shù)據(jù)可查有關(guān)資料3。(4精餾裝置使用泵一般包括回流泵、產(chǎn)品泵、加料泵和冷卻水泵等,泵的選型計算可查閱10等有關(guān)內(nèi)容.5、關(guān)于精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計板式塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容包括塔的總體結(jié)構(gòu),塔盤結(jié)構(gòu)和接管結(jié)構(gòu),可參見有關(guān)資料37。本項(xiàng)設(shè)計內(nèi)容的基本要求:設(shè)計板式塔時,對所設(shè)計的塔徑在800以上而采用分塊式塔板時,必須考慮分塊對塔板布置的影響,可參閱資料37,其它結(jié)構(gòu)設(shè)計不作要求。附:分塊式塔板基本結(jié)構(gòu)塔板分塊數(shù)目與塔徑大小有關(guān),按下表規(guī)定選取:塔板分塊數(shù)塔徑(mm 800-1200 1400-1800 1800-2200

15、 2200-2400分塊數(shù) 3 4 5 6塔板分?jǐn)?shù)塊,靠近塔壁的兩塊叫弓形板,其余是矩形板,為了檢修方便,不管分成幾塊,短形板中必有一塊作為通道板,通道板的寬度統(tǒng)一取 400mm,因安裝需要,相鄰兩塊板之間的孔間距可取為100mm。6、關(guān)于設(shè)計說明書的編寫設(shè)計說明書內(nèi)容應(yīng)包括以下幾項(xiàng):(1設(shè)計題目(包括課程設(shè)計任務(wù)書;(2說明書目錄(標(biāo)題及頁次;(3設(shè)計說明(即精溜方案的說明論證,并附帶控制點(diǎn)精溜裝置工藝流程示意圖;(4工藝計算(包括物料衡算、回流比、理論板數(shù)、進(jìn)料位置等,計算機(jī)計算應(yīng)有相應(yīng)框圖和源程序;(5板式塔的塔板設(shè)計(包括板間距、塔徑及塔板布置或填料精餾塔內(nèi)部構(gòu)件(分布器等的設(shè)計;(6

16、附屬設(shè)備的選型設(shè)計(包括預(yù)熱器、冷凝器、冷卻器和再沸器、接管、進(jìn)料泵、回流泵等的設(shè)計與選型;(7設(shè)計結(jié)果匯總(包括主要工藝尺寸、各種物料的量和狀態(tài)及設(shè)計時規(guī)定的操作條件等;(8結(jié)束語(包括對設(shè)計的自我評述以及有關(guān)問題的分析討論等;(9設(shè)計參考資料目錄(資料的編寫:書名、作者、出版單位和出版年月;編寫設(shè)計說明書必須用統(tǒng)一的課程設(shè)計用紙,配上統(tǒng)一的封面裝訂成冊;說明書的文字?jǐn)⑹鲆喚?、明確、字跡要工整清楚;各種計算方法應(yīng)舉例說明,公式的符號(單位應(yīng)標(biāo)注清楚,必要時應(yīng)附上示意圖和計算數(shù)據(jù)表格;所引用的數(shù)據(jù)、公式或結(jié)論可在每頁右側(cè)留出的約2mm寬的長框內(nèi)用符號*注明其來源;選用的重要參數(shù)和計算的重要結(jié)

17、果也可寫在右側(cè)的長框中或用表格的形式匯總列出。7、課程設(shè)計學(xué)生成績評定(1、評定的內(nèi)容:課程設(shè)計成績評定應(yīng)從課程設(shè)計的過程、課程設(shè)計的進(jìn)度、課程設(shè)計的結(jié)果等方面進(jìn)行綜合評定。(2、評定方法:課程設(shè)計的過程評定:評定學(xué)生的認(rèn)真程度、獨(dú)立設(shè)計能力、紀(jì)律表現(xiàn)、設(shè)計進(jìn)度(10%。課程設(shè)計的進(jìn)程評定:在課程設(shè)計進(jìn)程中,通過對學(xué)生的質(zhì)疑答辯,考察、評定學(xué)生分析問題和解決問題的能力(20%。課程設(shè)計結(jié)果評定:對學(xué)生課程設(shè)計圖紙、計算說明書進(jìn)行綜合評定(70%:其中計算說明書占70%,設(shè)計圖紙占30%(包括工藝流程圖和設(shè)備條件圖。計算說明書的評分標(biāo)準(zhǔn)見附件。(3、課程設(shè)計成績不及格者,須重修。三、進(jìn)行本設(shè)計必

18、須注意的幾點(diǎn):1.課程設(shè)計不同于求解習(xí)題,設(shè)計計算的依據(jù)和答案往往不是唯一的,故在確定設(shè)計方案或選用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)時勢必注意從技術(shù)上的可行性與經(jīng)濟(jì)上的合理性兩個方面進(jìn)行分析比較,一個好的設(shè)計應(yīng)該進(jìn)行多種方案的比較,須反復(fù)多次設(shè)計計算方可得到。2.在設(shè)計過程中指導(dǎo)教師原則上不負(fù)責(zé)審核運(yùn)算數(shù)字的正確性,因此要求學(xué)生從設(shè)計一開始就必須以嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度對待設(shè)計工作,要訓(xùn)練自己獨(dú)立分析、判斷結(jié)果正確性的能力。3整個設(shè)計是由論述、計算、繪圖三部分組成,所以只有計算缺少相應(yīng)的論證;或計算、繪圖馬虎草率的設(shè)計是不符合要求的。4.設(shè)計中,每個人在完成規(guī)定的基本要求(詳見二的同時,各人可以酌情在某些方面加深、提高,如可

19、以適當(dāng)增加附屬設(shè)備的設(shè)計計算的內(nèi)容,多查閱一些參考資料以充實(shí)方案的論證材料或增加使用計算機(jī)設(shè)計的內(nèi)容等。四、設(shè)計紀(jì)律1.必須按時按質(zhì)完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù).2.必須獨(dú)立完成設(shè)計任務(wù),不得抄襲,對抄襲嚴(yán)重者應(yīng)作弊論處。3.遵守作息制度,在指定地點(diǎn)完成設(shè)計任務(wù),以便指導(dǎo)教師隨時掌握設(shè)計進(jìn)度。4.愛護(hù)圖書資料,公用圖書資料不得長期占用。5.嚴(yán)重違反設(shè)計紀(jì)律將受到一定的處分,直到被勒令停止設(shè)計。五、參考資料1.化學(xué)工程手冊第一篇化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)化學(xué)工業(yè)出版社(19802.化學(xué)工程手冊第十三篇?dú)庖簜髻|(zhì)設(shè)備化學(xué)工業(yè)出版社(19793.浮閥塔北京化工研究院“板式塔”專題組燃料化學(xué)工業(yè)出版社(19724.化工基本過程與設(shè)備設(shè)計教科書蘇.N迫特尼奧爾斯科戈5.“Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection” Vol. 1.6.化工過程工程工業(yè)實(shí)踐S.W Bodman著,曲德林等譯清華大學(xué)出版社(19857.塔的工藝計算石油工業(yè)出版社(19778.基礎(chǔ)工藝計算中冊