化工原理課程設計講稿2011

1、化工原理課程設計 中國石油大學華東 化學工程系前 言課程設計的目的課程設計的任務日程安排課程設計過程中注意的問題成績評定標準參考資料一、課程設計的目的 培養(yǎng)綜合運用所學知識、查閱化工資料獲取有關知識和數據、進行化工設備初步設計的能力。培養(yǎng)獨立工作及發(fā)現問題、分析問題、解決問題的綜合能力。提高計算能力、培養(yǎng)工程實際觀念。熟悉掌握化工常用軟件的使用深入了解化工設備的內部結構，掌握板式精餾塔的各主要部件的結構及作用。培養(yǎng)讀圖、識圖、繪圖的能力。培養(yǎng)認真的學風和工作作風。 根據所給任務書，設計一浮閥板式精餾塔，具體分為以下幾個方面：工藝設計：物料平衡、熱量平衡、工藝條件確實定。塔的嚴格設計 塔盤設計：

2、塔盤各部件的尺寸等。塔體設計：根據工藝設計結果確定塔高、接管等,塔主體設備機械設計 附屬設備選用：塔頂冷凝器和塔底再沸器的計算與選用。繪圖局部：繪制塔體總圖和塔盤裝配總圖。 要求上交：電子版及紙板：設計說明書、計算源程序、圖紙 。二、課程設計的任務三、日程安排工藝計算：4天 嚴格法計算：2天 設備工藝計算及選型 ： 2天 繪圖：3.5天 整理說明書：2天講課：1.5天 8月15日8月29日三周，扣除周六周日，實際15天，8月29日交說明書，其中：四、課程設計過程注意問題認真閱讀教材，草擬進度表，擬定設計的方法和步驟。計算過程中要隨時復核計算結果的正確性，做到有錯即改，防止大的返工。要求來教室進

3、行設計，以便于答疑和掌握進度。 五、成績評定設計的正確性，無概念和計算的重大錯誤。50%設計的工作量大小。設計說明書、計算源程序及繪圖的質量。20%工作態(tài)度、作風，獨立工作的能力等。10%考試。20%六、參考資料石油加工單元過程原理上、下沈 復、李陽初編化工原理課程設計 劉雪暖、湯景凝編石油煉制及石油化工計算方法圖表集 煉制系編傳熱學 楊世銘編化學工程手冊 化學工業(yè)出版社冷換設備工藝計算手冊 中國石化出版社第一局部 工藝設計 第二局部 塔板設計 第三局部 塔體的初步設計 第四局部 塔的輔助設備選用 第五局部 編制計算結果匯總表 第六局部 繪制塔體總圖及塔板總圖課程設計主要內容一、精餾塔的流程簡

4、圖二、全塔的物料衡算 三、塔頂、塔底操作壓力 四、塔頂、塔底及進料溫度 五、求最小回流比及適宜的回流比 六、理論塔板數及適宜的進料位置 七、全塔效率及實際板數 八、塔頂冷凝器和塔底再沸器的熱負荷 九、嚴格法計算第一局部 工藝設計 一、精餾塔的流程簡圖 根據設計任務書的要求，進行全塔的物料衡算，并列出全塔物料衡算總表包括進料、塔頂、塔底的產品組成及流率。 注：濃度或組成有效數字位數，一般取小數點后4位二、全塔的物料衡算作出精餾塔的流程簡圖三、塔頂、塔底操作壓力 塔頂、塔底操作壓力由所選用的冷凝劑確定，因水和空氣最價廉易得，因此，精餾操作中，常選用水或空氣作為塔頂產品的冷凝劑 ，以水最為常見，水的

5、溫度隨氣候條件而定，夏天較高，冬天較低，設計時一般可取2025，為保證水和塔頂產品之間有1020的傳熱溫差，因此常常選塔頂冷凝罐中的溫度為4050。1、回流罐壓力計算 用泡點方程計算回流罐的壓力。1理想物系時：2非理想物系時：2、塔頂壓力確實定1計算值大于101.3kPa時，采用加壓操作。2計算值小于101.3kPa時，采用常壓或減壓操作。 如用常壓操作可能會有冷回流的問題。3塔頂壓力確實定?；亓鞴薜膲毫由瞎芫€阻力即為塔頂壓力。管線阻力可取0.1-0.2 atm，減壓塔可取25 mmHg左右。3、塔底壓力確實定 假設精餾塔的實際塔板數，由經驗值確定塔板壓降，常、加壓塔的每板壓降可?。?6mm

6、Hg；減壓塔的每板壓降可?。?3mmHg求出全塔壓降。 塔底壓力等于塔頂壓力加上全塔壓降。 根據選定的塔頂、塔底壓力及塔頂、塔底產品組成，分別由露點方程和泡點方程確定塔頂和塔底的溫度。 根據進料處的壓力、進料組成和進料的熱狀況參數確定進料處的溫度。四、塔頂、塔底及進料溫度五、求最小回流比及適宜的回流比多元物系 由芬斯克方程計算出 Nmin ， 在R/Rmin在 13的范圍內，選取假設干個R/Rmin ，算出相應的回流比值，用簡捷法求出相應的理論板數N，做圖求適宜的回流比R。 2求適宜的R1求Rmin 由求得的R，根據吉利蘭關聯圖，求得全塔的理論塔板數和精餾段的理論塔板數。六、理論塔板數及適宜的

7、進料位置1.全塔效率的計算建議采用奧康奈爾法 2實際板數 由全塔效率和已經求得的全塔的理論塔板數、精餾段的理論塔板數，求得全塔的實際板數及精餾段的實際塔板數。將求得的實際板屬于前面計算塔底壓力時所估算的塔板數進行比較，假設二者不同，應重新估算塔板數，重復上面的計算，直到二者相同為止。 七、全塔效率及實際板數 由塔頂的熱量衡算和全塔熱量衡算分別計算出塔頂冷凝器和塔底再沸器的熱負荷，根據冷凝水的溫差和塔底再沸器選用的水蒸氣的汽化潛熱計算出塔頂冷凝水和塔底水蒸氣的用量。八、塔頂冷凝器和塔底再沸器的熱負荷Smith法和波津法計算允許空塔氣速；求出塔截面積；求所需鼓泡區(qū)面積；開孔面積、閥孔個數和開孔率；

8、由開孔率，選取標準塔板；對選取的標準塔板進行水力學校核計算；并作出塔板負荷性能圖；第二局部 塔板設計注意：精餾和提餾段負荷不同，分別計算。 塔徑 D的初估 由smith法P66-67及波津法P67-68) 計算取較大者。一、Smith方法要首先選定的參數：板間距、板上液層高度二、塔板間距HT的選定選擇塔板間距時，主要考慮以下因素霧沫夾帶物料的起泡性 操作彈性 安裝與檢修的要求 塔徑塔徑 D的初估二、塔板間距HT的選定塔徑/mm塔板間距mm6007008001000120014001600300032004200300 350 450 *350 450 500 600 *350 450 500

9、600 *800 *450 500 600 800 600 800注: 帶*者不推薦使用表1 塔板間距與塔徑的關系塔徑 D的初估應用條件：完全不起泡物系；塔板間距HT=0.31.2m； 出口堰高hW0.9m，H0.5m時，K=0.82；D0.9m，H0.5或負壓操作時，K=0.550.65。H大K大氣體流通截面為基準表2-4 系統(tǒng)因數Ks系統(tǒng)名稱系統(tǒng)因數Ks無泡沫的正常系統(tǒng)1.0煉油裝置的輕組分分餾系統(tǒng)0.951.0煉油裝置的重粘油品分餾系統(tǒng)0.850.9氟化物（如氟里昂、BF3)0.90中等起泡系統(tǒng)（油吸收塔、胺再生塔）0.85重度起泡系統(tǒng)（胺、乙二醇吸收塔）0.73嚴重起泡系統(tǒng)（甲乙基酮、

10、一乙醇胺塔）0.60穩(wěn)定的泡沫系統(tǒng)（堿再生塔）0.30塔徑 D的初估三、波津 法umax-以氣體流通截面積為基準的泛點氣速，ms-1；g- 重力加速度，ms-2。 塔徑 D的初估計算步驟：取不同的塔板間距HT，分別計算最大容許氣速umax；選擇平安系數K 及系統(tǒng)因數KS ；計算以氣體流通截面積為基準的適宜氣速un及適宜空塔氣速u ；求得塔徑D 并進行圓整，計算D2HT , 按照塔的體積最小的原那么確定塔徑D 及塔板間距HT。 三、波津 法 塔徑 D的初估 精餾段和提餾段塔徑的計算，應由smith法或波津法取三種板間距計算，得到的結果分別取HTD2 的最小值對應的塔徑，并圓整至標準系列。設計時操

11、作氣速應選擇在泛點氣速的0.60.8倍，減壓塔應適當取低值。注意： 塔徑 D的初估塔板設計一般情況下選用單溢流。畫出流型簡圖。一、溢流裝置(降液管和溢流堰1板上液流型式的選擇 由塔徑及液體流量選擇適宜的液流型式。 可參考P70 表2-5 液相負荷與液流型式的關系。1板上溢流裝置的決定 一、溢流裝置(降液管和溢流堰表2-5 液相負荷與液流型式的關系塔徑/mm液相流量/m3h-1U流型單溢流雙溢流階梯流100074514009702000119090160300011110110200200300塔板設計溢流型式： 當塔徑及液體流量較大選用雙溢流或階梯流，液體流量較小選用U型溢流。塔板設計(1)堰

12、長lw：單溢流：一般lw=(0.60.8)D，且Ls/lw7087.5m3h-1；雙溢流：一般lw=(0.50.6)D，且Ls/lw7087.5m3h-1。(2)堰高hw：對常壓和加壓塔：堰高4060mm，建議取50mm；減壓塔或要求塔板阻力較小的：取1525mm。(3)溢流堰的型式：建議采用平口堰；當堰上液層高度小于6mm時，采用齒型堰。要求畫出溢流堰的形式簡圖。2.溢流裝置塔板設計(4)堰上液層高度hOW其中堰上液層高度hOW可用 計算2.溢流裝置L塔內液體流量，m3h-1；lW堰長，m；E液流收縮系數，根據塔內液體流量、堰長和堰長塔徑比，查圖得到，一般可取E=1。在此可初步校驗塔板清液層

13、高度塔板設計(5)有關齒形堰的資料化學工程手冊第13篇齒形堰的結構2.溢流裝置堰上液層超過齒頂時： m 堰上液層不超過齒頂時：LS塔內液相流量，m3s-1； hn齒深，m。值得注意的是，應用后一式子計算時需要試差求解2.溢流裝置齒形堰堰上液層高度計算塔板設計受液盤 有平形受液盤和凹形受液盤之分。 對直徑較小或處理易聚合物系時，亦采用平型受液盤； 對直徑較大的塔或有側線抽出時，亦采用凹型受液盤。 凹形的盤深一般不小于50mm，不能超過HT/3，對于有側線抽出的受液盤還要深一些。淚孔：當塔徑D1400mm時，開一個10的淚孔； 當塔徑D 1400mm時，開二個10的淚孔； 淚孔都關于受液盤的中心線

14、對稱。塔板設計平型受液盤凹形受液盤塔板設計降液管降液管的面積Ad及寬度Wd：降液管尺寸受出口堰限制，當出口堰長度lW時，可以通過查P135附表七獲得Ad和Wd的數值。塔板設計2降液管底隙高度 hbhb底隙高度hb，又稱下口高度。采用平形受液盤的塔： 對小塔hb2025mm， 對大塔hb40mm。采用凹形受液盤的塔，一般底隙高度等于盤深。bWsbulL=h 液體通過降液管底隙時的速度，一般取0.07 0.25 m/s。塔板設計3降液管設計根本要求降液管中的液體速度，宜在0.1m/s以下。液體通過降液管的壓力損失小于25mm液柱。液體在溢流管內的平均停留時間不低于35s。降液管內的清液層高度不超過

15、塔板間距的4050%對于加壓操作的精餾塔，由于汽液相密度相差小，不易別離，應適當增加降液管面積。塔板設計進口堰一般可以不設置進口堰，采用時遵循以下原那么：對平形受液盤 如 hwhb，那么進口堰高度 hw=612mm。 如 hwhb，那么應使 hw hb，以保證有足夠的液封。如采用凹形受液盤，那么不設進口堰。 進口堰與降液管底部水平距離不小于降液管底隙高度。塔板設計二、塔板布置塔板分類：整塊式 直徑小于800mm 分塊式 直徑大于800mm 分塊式塔板 2塊弓形板1塊通道板數個矩形板塔板設計分塊式塔板示意圖分塊式塔板裝配圖參見P100圖3-71浮閥的閥型 一般選用F1型浮閥，閥徑48mm，閥孔徑

16、39mm，高程8.5mm，重閥約33g，輕閥約25g。種類閥質量(g)閥片厚度(mm)適用塔板厚度(mm)F1型輕閥251.52,3,4F1型重閥3322,3,4塔板設計2.浮閥排列排列形式有叉排和順排兩種，建議采用叉排；分塊式塔板，等腰三角形排列，底邊S=75mm，高t可選定。整塊式塔板：正三角形排列， S=75mm 。塔板設計3.塔板的開孔率開孔率的獲得有以下幾種方法。由閥孔氣速計算開孔率由閥孔動能因數計算直接選取開孔率的經驗值塔板設計減壓塔：10m/s；常壓塔：3-7m/s；加壓塔：0.5-3m/sF1型重閥為：由適宜閥孔氣速計算開孔率適宜閥孔氣速：應不小于臨界閥孔氣速 mo單個閥質量，

17、kg；At單個閥孔面積，m2 。兩式聯立試差求解出臨界閥孔氣速。對于輕閥可用下式計算塔板設計由閥孔動能因數計算浮閥正常操作時的閥孔動能因數的經驗值為：817。利用該經驗值可計算出適宜的閥孔氣速。塔板設計直接選取開孔率的經驗值常壓塔或減壓塔中：1015%加壓塔較?。?9%，有時低至34%。根據以上得到的開孔率可直接由塔盤標準中選取標準塔盤。塔板設計4.塔板布置區(qū)域劃分：對分塊式塔板: WF80110mm WC8090mm對整塊式塔板: WF=6075mm WC=55mm畫出塔板分區(qū)圖塔板設計矩形板通道板弓形板詳見P100WF可推算WC取設定值注：1.分塊式塔板的各板塊連接處要留出足夠的空隙不排閥

18、孔，以備塔板的搭接和安裝緊固件用。 2.如果精餾段和提餾段的開孔率不同，需要分別選取不同標號的塔板。塔板設計注：1.要求精餾段和提餾段都進行校核。 2.自學課程設計教材P7584。1塔板壓降 2霧沫夾帶量 3降液管內液面高度 4漏液 5液體在降液管內停留時間及流速 6繪制塔板的負荷性能圖 三、塔板的流體力學校核塔板設計1塔板壓降 塔內氣體在穿過塔板時要克服的阻力含三局部： 穿過閥孔的阻力P干 氣體穿過液層的阻力P液 克服液體外表張力的阻力P表 或塔板的流體力學校核干板壓降閥全開前，阻力主要是由閥重引起；全開后，阻力隨氣流通過閥孔的速度平方而變化。對F-1型重閥： 全開后m液柱全開前m液柱注意：

19、先判斷閥是否全開，再選用公式塔板的流體力學校核液層壓力降氣體通過液層的壓力降等于液層的靜壓。-充氣系數，取=0.50.6，建議取0.5; hw-出口堰高，m; how-堰上液頭高，m。塔板的流體力學校核克服外表張力的壓力降很小，可忽略-液體的外表張力，N/m; H-浮閥的最大開度，m。每塊塔板的壓力降：減壓塔 13mmHg 常壓或加壓塔 36mmHg 并與前面計算時設定的數值進行比較，要求誤差1mmHg之內。塔板的流體力學校核2霧沫夾帶量 限制霧沫夾帶：eV0.1 kg液沫/kg氣體單位：kg液沫/kg氣體計算霧沫夾帶量ev 參見P.76)阿列克山德羅夫經驗公式塔板的流體力學校核判據：泛點率泛

20、點百分數F大塔：F 8082減壓塔：F 75%77D0.9m的塔：F 65%75計算泛點率參見P.77)塔板的流體力學校核3降液管中的液面高度Hd防止淹塔，泡沫層高度應限制為 ： 取0.5不考慮進口堰塔板的流體力學校核4漏液漏液量限制：要求不大于液體流量的10%，Foa5作為控制泄漏量的操作下限。漏液點的閥孔動能因數：(經驗公式參見P.80)塔板的流體力學校核要求停留時間： 5降液管停留時間停留時間：液體在降液管中的流速：要求：ud(0.70.9)(ud)max ,或簡單地控制 ud0.080.12m/s。 塔板的流體力學校核四、塔板的負荷性能圖過量霧沫夾帶線淹塔線液泛線過量泄漏線氣相負荷下限

21、線降液管超負荷線液相負荷上限線液相負荷下限線操作線直角坐標紙上繪制塔板負荷性能圖，并計算塔的操作彈性K，要求K不小于3。五、塔板的設計結果討論 根據塔板的流體力學計算結果和塔板的負荷性能圖，分析討論所設計塔板的特點及優(yōu)缺點。 第三局部 塔體的初步設計一、塔體設計筒體：建議采用碳鋼，筒體的壁厚根據塔徑、材料、操作溫度及壓力從表3-1中選取。封頭的設計：常用的有橢圓形、蝶形、球形等幾種，建議采用橢圓形封頭，并要求畫出其簡圖參照表3-2和附錄11，按照比例尺寸畫出簡圖。人孔及手孔的設計 直徑800mm的塔，每隔68塊塔板設一個人孔； 塔頂、塔底及進料處必須設置人孔； 最常用的人孔規(guī)格為Dg45060

22、0； 有人孔的地方，塔板間距要等于或大于600mm。塔體的初步設計塔高塔頂空間HD由塔頂第一板到筒體與封頭接線距離不包括封頭空間稱塔頂空間。通常取HD1.21.5m塔底空間HB由塔底第一板到塔底接線距離稱塔底空間。取產品停留時間1015min，排量大 取35min。計算結果再加上12m作為塔底空間，即：塔體的初步設計進料空間HF液相進料：HF大于一般板間距并滿足安裝人孔需要即可兩相進料：那么HF要大，兩相別離，一般 HF1.01.2m塔的總高H：裙座： 塔類的裙座分為圓柱形與圓錐形。當塔高與塔徑之比大于30時用圓錐形裙座，一般用圓筒形裙座。塔徑為1.22m塔裙座開4個50mm的排氣孔，塔徑在1m以上要開兩個Dg450的人孔。 圖3-4(a)塔體的初步設計二、接管的設計 塔頂蒸汽出口管徑dv：原那么：防止過大的壓力降。特別是減壓塔。參看表3-5選擇導管中蒸汽的常用速度uv，計算管徑dv，并查表3-8，取接管的標準系列。 回流管管徑dR：一般回流泵輸送時，可取uR1.52.5m/s，計算回流管管徑dR，并選取標準系列。塔體的初步設計