《2012年化工原理課程設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2012年化工原理課程設(shè)計（43頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,化工原理課程設(shè)計,題目：,苯,-,甲苯二元混合物,連續(xù)精餾裝置的設(shè)計,指導(dǎo)教師：,劉自力、鄒漢波,1,、化工原理課程設(shè)計的目的和內(nèi)容,2,、設(shè)計方案的確定,3,、板式精餾塔的工藝計算,4,、板式塔主要尺寸的設(shè)計,5,、塔板類型及主要參數(shù),6,、塔板的流體力學(xué)驗算,7,、塔板負荷性能圖,8,、數(shù)據(jù)總表,9,、參考文獻,主要內(nèi)容,1.1,化工原理課程設(shè)計的目的,學(xué)生需要培養(yǎng)的能力：,1,、查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力；,2,、綜合分析設(shè)計任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進行設(shè)備選型；,3,、迅速準確進行工程計
2、算的能力；,4,、用簡潔的文字，清晰的圖表來表達自己設(shè)計思想的能力。,化工原理課程設(shè)計一般包括如下內(nèi)容：,（,1,）設(shè)計方案的簡介,（,2,）主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算,（,3,）典型輔助設(shè)備的選型和計算,（,4,）工藝流程簡圖,（,5,）主體設(shè)備工藝條件圖,完整的化工原理課程設(shè)計報告由設(shè)計說明書和圖紙兩部分組成；,1.2,化工原理課程設(shè)計的內(nèi)容,1.2.1,設(shè)計說明書的主要內(nèi)容：,設(shè)計說明書包括的內(nèi)容和編排順序如下：,1,、標題頁（課程設(shè)計題目、班級、設(shè)計者、指導(dǎo)老師）,2,、設(shè)計任務(wù)書,3,、目錄,4,、正文（設(shè)計方案確定，工藝計算及主體設(shè)備設(shè)計）,5,、數(shù)據(jù)總表,6,、參考資料,7,、對設(shè)計
3、的評述,1.2.2,圖紙的主要內(nèi)容：,1,、工藝流程簡圖,2,、,一張塔設(shè)備工藝條件圖，用,A1,紙畫，標準機械制圖方法制圖,，包括塔和關(guān)鍵部位圖、技術(shù)特性表、接管表,(,塔徑在,1.5m,米以上須開人孔，,0.8mm,以下，只開手孔,）,。,技術(shù)特性表：注明操作壓強、溫度、工作介質(zhì)、容器類別等。,用標準標注方法,3,、,Y,X,相圖，,N,R,圖用標準坐標紙繪制,4,、塔的負荷性能圖（放在說明書的流體力學(xué)驗算后、,用標準坐標紙繪制,）,2.,設(shè)計方案的確定,2.1,操作壓力,精餾操作可以在常壓、減壓和加壓下進行。,除熱敏性物料外，凡通過常壓精餾即可實現(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷
4、凝下來的系統(tǒng)，都采用,常壓精餾,；,對熱敏性物料或混合物沸點過高的系統(tǒng)，宜采用,減壓精餾,；,常壓下成氣態(tài)的物料必須采用,加壓精餾,。,2.2,進料狀態(tài)的選擇,進料狀態(tài)以進料熱狀態(tài)參數(shù),q,表示，有五種進料狀態(tài)；,q1.0,時，為低于泡點溫度的冷液進料；,q,1.0,時，為泡點下飽和液體；,q,0,時，為露點下的飽和蒸氣；,1q0,時，為介于泡點和露點間的氣液混合物；,q0,時，為高于露點的過熱蒸氣進料。,為使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫影響，精、提餾段采用相同塔徑以便于制造，則采用,飽和液體（泡點）,進料，但需增設(shè)原料預(yù)熱器。,若工藝要求減少塔釜加熱量避免釜溫過高，宜采用,氣態(tài)進料,。,2.3
5、,加熱方式,蒸餾大多采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器，以提供足夠的熱量；,若待分離的物系為某種輕組分和水的混合物，也可采用直接蒸汽加熱。,2.4,冷卻方式,2.5,熱能的利用,采用合適的回流比；,蒸餾系統(tǒng)的合理設(shè)置，如,采用中間再沸器和中間冷凝器的流程,，可以提高精餾塔的熱力學(xué)效率。,用,常溫水,做冷卻劑是最經(jīng)濟的，水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計者確定。,3.,板式精餾塔的工藝計算,3.1,物料衡算及操作線方程,常規(guī)塔：,一處進料和塔頂、塔底各有一個產(chǎn)品，塔釜間接蒸汽加熱的精餾釜。,（,1,）,（,2,）,式中：,F,、,D,、,W,分別為原料液、餾出液和釜殘液流量，,kmol/h,；,x
6、,F,、,x,D,、,x,W,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。,得出：,精餾段操作線方程：,提餾段操作線方程：,（,3,）,（,4,）,（,5,）,（,6,）,進料（,q,線）方程：,（,7,）,（,8,）,（,9,）,（,10,）,（,11,）,3.2,操作回流比,R,的選定,3.2.1,求算,R,min,（,1,）,對,具有正常無下凹部分的相平衡曲線，根據(jù)兩組分的氣液平衡數(shù)據(jù)做,y,x,圖，讀出進料線（,q,線）與平衡線的交點,x,q,、,y,q,值后代入式（,12,）求得；,（,12,）,（,13,）,（,3,）對于理想溶液或在相對揮發(fā)度可取為常數(shù)時，可以用,解析法,
7、計算,R,min,;,進料為飽和液體時：,進料為飽和蒸氣時：,a,全塔,全塔平均相對揮發(fā)度，,全塔,變化不大時，可取塔頂和塔底的,幾何平均值。,3.2.2,適宜的回流比,（,14,）,（,15,）,分別取不同的系數(shù)，求出對應(yīng)的塔板數(shù)，然后畫出,R,N,圖，,由圖可知最合適的回流比。,3.3,理論板數(shù)的確定,3.3.1,作圖法,由（,x,D,，,x,D,）,點開始，在精餾段操作線與平衡線間做梯級，當(dāng)跨過第,m,塊理論板后液相濃度首次出現(xiàn),x,m,x,q,則取第,m,塊理論板為加料板可使總的理論板數(shù)最小。梯級的總個數(shù)即為理論塔板數(shù)。,作圖法的缺點：當(dāng)平衡線和操作線較靠近時，作圖法畫梯級的誤差較大。
8、,3.3.2,逐板計算法,利用體系的汽液相平衡方程（,A,），精餾段操作線方程（,A,）,和提餾段操作線方程（,C,），自塔頂開始，向下逐板計算，可以求得各層塔板上的汽、液相組成，計算結(jié)果較精確。,當(dāng)計算至,x,n,與,x,F,相等或接近時，第,n,層為加料板。同理，于加料板以下，,改用方程（,A,）,與方程（,C,）,進行交叉計算，直至,x,N,等于或略小于,x,w,為,止，則再沸器相當(dāng)于第,N,T,塊塔板，此塔的總理論板數(shù)為,N,T,1,，,提餾段,板數(shù)為（,N,T,n,）,塊。,3.3.3,簡捷法求理論板數(shù),a.,在全回流下求出所需理論板數(shù),N,min,對于接近理想體系的混合物，可以采用
9、芬斯克,方程計算；,（,16,）,b.,使用吉利蘭圖，根據(jù) ，由曲線查出 ，即可求出不包括再沸器,在內(nèi)的理論板數(shù),N,；,C.,確定進料板位置，利用公式（,16,），以,x,F,代,x,w,，,精餾,代替,全塔,，求得精餾段,的最小理論板數(shù),N,min,（,精），按照步驟,b,法求得精餾段的理論板數(shù),N,精，,則加料板,為,N,精,的下一塊板。,3.4,全塔效率,理論板數(shù),N,T,與實際板數(shù),N,P,之比稱為全塔（塔板）效率。,（,17,）,利用,Oconnell,法的簡化經(jīng)驗公式進行計算：,（,18,）,式中,L,為塔頂、塔底液相的平均粘度，對于多組分體系，,L,可用下式計算；,（,19,）
10、,式中,x,i,溶液中,i,組分的摩爾分數(shù)；,i,溶液中,i,組分的粘度，取塔頂、塔底平均溫度下的數(shù)值。,需要考慮以下幾個因素：,1,、霧沫夾帶,：板間距小，則霧沫夾帶量大，板間距增加則霧沫夾帶量可以減小，當(dāng)板間距增大到一定程度，霧沫夾帶量的改變很小，過大的板間距就沒有必要了。,2,、物料的起泡性,：易起泡的物系，板間距較大，反之則小。,3,、操作彈性,：當(dāng)有較大的操作彈性時，選較大的板間距。,4,、與塔徑的大小有關(guān),。不同的塔徑范圍的塔板間距建議采用下表的數(shù)據(jù)。,4.,塔體主要尺寸的設(shè)計,4.1,塔板間距（,H,T,）,另外，考慮安裝檢修的需要，在塔體,人孔處的板間距不應(yīng)小于,600mm,；
11、,對只需開手孔的小型塔，,開手孔處的板間距可取為,450mm,以下,。,以不發(fā)生過量霧沫夾帶為出發(fā)點，求出塔內(nèi)的最大允許氣速，然后算得適宜的操作氣速，求得塔徑。,最大允許空塔氣速,:,（,20,）,（,21,）,其中,C,為氣相負荷因數(shù)：,式中,為表面張力，,N/m,；,C,20,為液相表面張力,為,0.02N/m,時的負荷因數(shù)，可由,Smith,氣相負荷,因數(shù)關(guān)聯(lián)圖查出。需要先知道液滴沉降高度（,H,T,h,L,），液氣流動,參數(shù) 有關(guān)。,4.2,塔徑,D,的計算,h,L,為板上清液高度，由于塔徑和降液管的尺寸未定，,h,L,可以取估計值：,對于常壓及加壓塔：,h,L,60,80mm,對于減
12、壓塔：,h,L,20,30mm,4.2,塔徑,D,的計算,適宜的空塔氣速,:,（,22,）,初步估算的塔徑為,:,（,23,）,對于直徑較小或板間距小的塔，以及起泡嚴重的物系，系數(shù)取,低限，反之則取高限。,目前，塔的直徑已標準化，所求得的塔徑必須圓整到標準值。,塔徑在,1,米以下者，標準化先按,100mm,增值變化；塔徑在,1,米,以上者，按,200mm,增值變化，即,1000mm,，,1200mm,，,1400,mm,.,。,圓整后的直徑，再按實際塔徑按（,23,）式求出實際空塔氣速，,驗算其是否在最大允許空塔氣速的,0.6,0.8,范圍內(nèi),，做為后面有關(guān)計算中的空塔氣速值。,4.3,其它塔
13、體的主要尺寸,4.3.1,塔頂高度,H,D,塔頂空間高度作用是安裝塔板和人孔的需要，也使氣體中的液滴自由沉降，塔頂空間高度一般取,1.0,1.5m,。,4.3.3,進料段高度,H,F,進料如果是液相，則,H,F,應(yīng)稍大于一般的板間距，并滿足安裝人孔的,需要。如果是兩相進料，則,H,F,需要取得大一些，以利于進料兩相分,離。一般可?。?H,F,（,1.0,1.2,）,m,。,4.3.4,塔底空間高度,H,B,為了保證塔底產(chǎn)品抽出穩(wěn)定，使塔底液體不致流空，一般可取塔底產(chǎn)品的停留時間為,10,15min,，,因此可按殘液量和塔徑進行計算，也可取經(jīng)驗值，常取,1.3,3m,。,4.3.5,塔體總有效高
14、度,H,（,24,）,S,人孔的數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）,5.,塔板類型及主要參數(shù),5.1,塔板類型的選擇,板式塔大致可以分為兩類：,1,、降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板等等；,2,、無降液管塔板，如穿流式篩板，穿流式波紋板。,工業(yè)上應(yīng)用較多的是有降液管的浮閥、篩板和泡罩塔板等。,泡罩塔主要優(yōu)點是操作彈性大，液氣比范圍大，適用于多種介質(zhì)，操作穩(wěn)定,可靠；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，安裝維修不便，氣相壓降較大。,浮閥塔是現(xiàn)今應(yīng)用最廣的一種板型，其主要優(yōu)點是生產(chǎn)能力大，操作彈性較,大，分離效果較高，塔板結(jié)構(gòu)較泡罩塔簡單。制造費是泡罩塔板的,60,80,，,是篩板塔的,120,130,。目
15、前國內(nèi)多用,F1,型（重閥）浮閥塔。,篩板塔主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低，相同條件下生產(chǎn)能力,高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。缺點是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易,堵塞，不適宜處理粘性大、臟的和帶固體粒子的料液。,5.2,塔板有關(guān)參數(shù)的計算,5.2.1,板上液流型式的確定,常用的塔板流動型式有下面幾種：,（,1,）單流型：這是最普遍和最常用的，液體的流徑較長，板面利用好；塔板結(jié)構(gòu)簡單，直徑小于,2.2m,以下的塔普遍采用此型；,（,2,）雙流型：用于大塔徑及液相負荷較大的場合；,（,3,）回流型：又稱,U,型流型，用于液氣比較小的場合；,（,4,）其他流型：當(dāng)塔徑及液流量都特大式，雙
16、流型無法滿足，可以用四流型或階梯型。,5.2.2,降液管,降液管是塔板間液體流動的通道，也是溢流液中夾帶的氣體得以分離的場合。,從形狀上看，降液管可以分為弓形降液管和圓形降液管。,（,a,）,圓形降液管；（,b,）,內(nèi)弓形降液管，均適用于直徑較小的塔板；,（,c,）,弓形降液管，它由部分塔壁和一塊平板圍成，能充分利用塔內(nèi)空間，提供較大,的降液面積及兩相分離空間，普遍應(yīng)用于直徑較大、負荷較大的塔板；,（,d,）,傾斜式弓形降液管，它即增大了分離空間又不過多的占用塔板間距，適用于大,直徑大負荷的塔板。下面介紹單流型具有弓形降液管塔板的溢流裝置的設(shè)計。,5.2.3,溢流裝置的設(shè)計,溢流裝置的設(shè)計參數(shù)包括溢流堰長,l,w,、,堰高,h,w,、,弓形降,液管截面積,A,f,、,降液管底隙高度,h,b,、,堰上液層高度,h,ow,。,堰長,l,w,：,依據(jù)溢流型式及液體負荷決定,單溢流型：,l,w,一般取為（,0.6,0.8,）,D,；,雙溢流型：兩側(cè)堰長,l,w,取（,0.5,0.7,）,D,，,D,為塔徑,堰上液層高度,h,ow,:,對于平直堰，設(shè)計時,h,ow,一般應(yīng)大于,0.006m,。,
2012年化工原理課程設(shè)計
