化工原理課程設計模板(1)

1、大慶師范學院化工原理課程設計說明書設計題目 年產5萬噸乙醇精餾塔的設計 學生姓名 張三千 指導老師 李衛(wèi)宏 學 院 化學化工學院 專業(yè)班級 化工1班 完成時間 2010年7月6日 化工原理課程設計成績評定表評定基元評審要素評審內涵滿 分指導教師實評分評閱教師實評分設計說明書40%格式規(guī)范設計說明書是否符合規(guī)定的格式要求5內容完整設計說明書是否包含所有規(guī)定的內容5設計方案方案是否合理及符合選定題目的要求10工藝計算過 程工藝計算過程是否正確、完整和規(guī)范20設計圖紙40%圖紙規(guī)范圖紙是否符合規(guī)范5標注清晰標注是否清晰明了5與設計吻合圖紙是否與設計計算的結果完全一致10圖紙質量設計圖紙的整體質量的全

2、面評價20平時成績10%上課出勤上課出勤考核5制圖出勤制圖出勤考核5答辯成績10%內容表述答辯表述是否清楚5回答問題回答問題是否正確5合計100綜合成績 成績等級 指導教師 評閱教師 答辯小組負責人(簽 名) (簽 名) (簽 名)年 月 日 年 月 日 年 月 日說明: 評定成績分為優(yōu)秀(90-100)，良好(80-89)，中等(70-79)，及格（60-69）和不及格(<60)。目 錄黑體二號。段前段后各空1行，行間距固定值22磅。第一節(jié) 概 述51.1 精餾操作對塔設備的要求51.2板式塔類型51.2.1篩板塔51.2.2浮閥塔61.3精餾塔的設計步驟6第二節(jié) 設計方案的確定72.

3、1操作條件的確定72.1.1操作壓力72.1.2 進料狀態(tài)72.1.3加熱方式72.1.4冷卻劑與出口溫度72.1.5熱能的利用82.2確定設計方案的原則82.2.1 滿足工藝和操作的要求82.2.2 滿足經濟上的要求82.2.3 保證安全生產8第三節(jié) 板式精餾塔的工藝計算93.1 物料衡算與操作線方程93.1.1 常規(guī)塔93.1.2 直接蒸汽加熱9第四節(jié) 板式塔主要尺寸的設計計算114.1塔的有效高度和板間距的初選114.1.1 塔的有效高度114.1.2 板間距的初選114.2 塔徑114.2.1 初步計算塔徑11第五節(jié) 板式塔的結構135.1 塔的總體結構135.2 塔體總高度13第六節(jié)

4、 精餾裝置的附屬設備146.1 回流冷凝器146.2 管殼式換熱器的設計與選型146.3 再沸器14精餾塔設計結果一覽表15參考文獻17后記及其他18附件1：酒精精餾工藝流程圖19附件2：主體設備條件圖20目錄自動生成，字體宋體小四，行距固定值22磅。第一節(jié) 概 述黑體小二，段前段后各空1行；行距：固定值22磅。1.1 精餾操作對塔設備的要求二級標題，宋體小三，段前段后各空0.5行；行距：固定值22磅。 精餾所進行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質，而作為氣(汽)、液兩相傳質所用的塔設備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質效率。但是，為了滿足工業(yè)生產和需要，塔設備還得具

5、備下列各種基本要求： （1）氣(汽)、液處理量大，即生產能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。正文字體：宋體小四；行間距：固定值22磅。 1.2板式塔類型氣液傳質設備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔為逐級接觸型氣液傳質設備，其種類繁多，根據塔板上氣液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。1.2.1篩板塔三級標題，字體：宋體四號；段前段后各空0.5行，行距：固定值22磅。篩板塔也是傳質過程常用的塔設備，它的主要優(yōu)點有：（1）結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔

6、的60，為浮閥塔的80左右。（2） 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加1015。（3）塔板效率高，比泡罩塔高15左右。（4）壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30左右。 篩板塔的缺點是：（1）塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。（2）操作彈性較小(約23)。（3）小孔篩板容易堵塞。1.2.2浮閥塔浮閥塔是在泡罩塔的基礎上發(fā)展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設有浮動的浮閥，浮閥可根據氣體流量上下浮動，自行調節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數值。浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有下列特點：1.3精餾塔的設計步驟 本設計按以下幾個階段進行：（1）設計方案確定和說明。根據給定

7、任務，對精餾裝置的流程、操作條件、主要設備型式及其材質的選取等進行論述。（2）蒸餾塔的工藝計算，確定塔高和塔徑。（3）塔板設計：計算塔板各主要工藝尺寸，進行流體力學校核計算。接管尺寸、泵等，并畫出塔的操作性能圖。（4）管路及附屬設備的計算與選型，如再沸器、冷凝器。（5）抄寫說明書。（6）繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設備圖。2.1操作條件的確定確定設計方案是指確定整個精餾裝置的流程、各種設備的結構型式和某些操作指標。例如組分的分離順序、塔設備的型式、操作壓力、進料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式、余熱利用方案以及安全、調節(jié)機構和測量控制儀表的設置等。下面結合課程設計的需要，對某些問題作些闡述。2.

8、1.1操作壓力三級標題，字體：宋體四號；段前段后各空0.5行，行距：固定值22磅。蒸餾操作通常可在常壓、加壓和減壓下進行。確定操作壓力時，必須根據所處理物料的性質，兼顧技術上的可行性和經濟上的合理性進行考慮。2.1.2 進料狀態(tài)進料狀態(tài)與塔板數、塔徑、回流量及塔的熱負荷都有密切的聯(lián)系。在實際的生產中進料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這主要是由于此時塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點進料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設計和制造上提供了方便。2.1.3加熱方式蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設置再沸器。有時也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產物近

9、于純水，而且在濃度稀薄時溶液的相對揮發(fā)度較大(如酒精與水的混合液)2.1.4冷卻劑與出口溫度冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。如果能用常溫水作冷卻劑，是最經濟的。2.1.5熱能的利用精餾過程是組分反復汽化和反復冷凝的過程，耗能較多，如何節(jié)約和合理地利用精餾過程本身的熱能是十分重要的。2.2確定設計方案的原則確定設計方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學技術上的最新成就，使生產達到技術上最先進、經濟上最合理的要求，符合優(yōu)質、高產、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點：2.2.1 滿足工藝和操作的要求所設計出來的流程和設備，首先必須保

10、證產品達到任務規(guī)定的要求，而且質量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應的措施。2.2.2 滿足經濟上的要求要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設備及基建費用。如前所述在蒸餾過程中如能適當地利用塔頂、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。2.2.3 保證安全生產例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車間，也不能使用容易發(fā)生火花的設備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內壓力過大或塔驟冷而產生真空，都會使塔受到破壞，因而需要安全裝置。第三節(jié) 板式精餾塔的工藝計算精餾塔的工藝設計計算，包括塔高、塔徑、塔板各部分尺寸的設計計算，塔板的布置，塔板流體力

11、學性能的校核及繪出塔板的性能負荷圖。3.1 物料衡算與操作線方程二級標題，宋體小三，段前段后各空0.5行；行距：固定值22磅。通過全塔物料衡算，可以求出精餾產品的流量、組成和進料流量、組成之間的關系。物料衡算主要解決以下問題：（1）根據設計任務所給定的處理原料量、原料濃度及分離要求（塔頂、塔底產品的濃度）計算出每小時塔頂、塔底的產量；3.1.1 常規(guī)塔三級標題，字體：宋體四號；段前段后各空0.5行，行距：固定值22磅。常規(guī)塔指僅有一處進料和塔頂、塔底各有一個產品，塔釜間接蒸汽加熱的精餾塔。（1）全塔總物料衡算總物料F = D + W （3-1）每個公式要按先后順序進行統(tǒng)一編號且右對齊，例如：（

12、3-1）即為第三節(jié)的第一個公式。（3-2）即為第三節(jié)的第二個公式。易揮發(fā)組分 F= D + W （3-2）若以塔頂易揮發(fā)組分為主要產品，則回收率為 公式一律用公式編輯器進行編輯，行距為1.5倍行距。 （3-3）式中 F、D、W字體傾斜分別為原料液、餾出液和釜殘液流量，kmol/h；、分別為原料液、餾出液和釜殘液中易揮發(fā)組分的摩爾分率。3.1.2 直接蒸汽加熱（1）全塔總物料衡算總物料 （3-4）易揮發(fā)組分 （3-5）式中 V0 直接加熱蒸汽的流量，kmol/h；0 加熱蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率，一般0=0；W* 直接蒸汽加熱時釜液流量，kmol/h；*W直接蒸汽加熱時釜液中易揮發(fā)組分的摩爾分

13、率。第四節(jié) 板式塔主要尺寸的設計計算板式塔主要尺寸的設計計算，包括塔高、塔徑的設計計算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設計，塔板布置、氣體通道的設計等工藝計算。4.1塔的有效高度和板間距的初選4.1.1 塔的有效高度板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計算： （4-1）式中 Z塔的有效高度，m；ET全塔總板效率；NT 塔內所需的理論板層數；HT塔板間距，m。4.1.2 板間距的初選表4-1 塔板間距與塔徑的關系表頭字體：黑體五號，行距：固定值22磅。塔 徑/D，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板間距/HT，mm200300250350300450350

14、600400600表格內字體：宋體 Times New Roman 5號 4.2 塔徑4.2.1 初步計算塔徑圖4-1 史密斯關聯(lián)圖黑體5號，行距：固定值22磅圖中HT塔板間距，m； hL板上液層高度，m；V ,L分別為塔內氣、液兩相體積流量，m3/s； V，L 分別為塔內氣、液相的密度，kg/m3 。第五節(jié) 板式塔的結構5.1 塔的總體結構塔的外殼多用鋼板焊接，如外殼采用鑄鐵鑄造，則往往以每層塔板為一節(jié)，然后用法蘭連接。 5.2 塔體總高度 第六節(jié) 精餾裝置的附屬設備精餾裝置的主要附屬設備包括蒸氣冷凝器、產品冷凝器、塔底再沸器、原料預熱器、直接蒸汽鼓管、物料輸送管及泵等。前四種設備本質上屬換

15、熱器，并多采用列管式換熱器，管線和泵屬輸送裝置。下面簡要介紹。6.1 回流冷凝器6.2 管殼式換熱器的設計與選型6.3 再沸器精餾塔設計結果一覽表序號項目數值1平均溫度，1152平均壓力，kPa114.453氣相流量，（）0.3524液相流量，（）0.00075實際塔板數186有效段高度Z，m6.27塔徑，m0.88板間距，m0.359溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長，m0.52812堰高，m0.046913板上液層高度，m0.05514堰上液層高度，m0.007815降液管底隙高度，m0.016616安定區(qū)寬度，m0.06517邊緣區(qū)寬度，m0.03518開孔區(qū)面積，0.31819篩

16、板直徑，m0.00320篩孔數目453521孔中心距，m0.00922開孔率，%10.123空塔氣速，m/s0.69724篩孔氣速，m/s10.8925穩(wěn)定系數1.8026每層塔板壓降，Pa649.127負荷上限液泛控制28負荷下限漏液控制29液沫夾帶，（液/氣）0.01430氣相負荷上限，0.7231氣相負荷下限，0.1332操作彈性4.77參考文獻1 姚玉英.化工原理（下）M. 天津:天津科技出版社, 1999.2 譚天恩.化工原理（下）M. 北京:化學工業(yè)出版社, 1994.3 陳敏恒.化工原理（下）M. 北京:化學工業(yè)出版社, 1989.4 賈紹義,柴誠敬. 化工原理課程設計M. 天津:天津大學出版社, 2002.5 吳樓濤，李永剛離子膜法氫堿技術的發(fā)展及建議. 化工進展J, 2003, 22(8): 876-880.6 梁瑩，高桂華遼河集團公司氯堿廠擴產改造項目工藝設計. 氯堿工業(yè)J, 2000, 6: 13-16.7 Kurtz. Electro