《精餾塔課程設(shè)計(乙醇、水苯、甲苯(氯苯.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《精餾塔課程設(shè)計(乙醇、水苯、甲苯(氯苯.ppt（65頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、浮閥式精餾塔的設(shè)計,指導(dǎo)教師：萬惠萍,化工原理課程設(shè)計,1、課程設(shè)計的目的 樹立和培養(yǎng)工程意識； 查閱資料，搜集、處理數(shù)據(jù)和選用公式的能力； 工程計算能力（包括使用計算工具的能力） 用規(guī)范的工程語言（文字、圖、表格）表達(dá)設(shè)計意圖的能力； 實事求是、科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。,概 述,2、本次課程設(shè)計的基本內(nèi)容 設(shè)計任務(wù)書,3、課程設(shè)計安排及要求 時間：11月22日11月26日 上午：指導(dǎo)：必須在設(shè)計室 下午：設(shè)計 地點： 周一：綜A622（下午） 周二：綜A325（1-6節(jié)）綜A622（7.8節(jié)） 周三：綜A520 周四：綜A535 周五：綜A325（上午）綜A422（下午） 完成時間：11月2
2、6日下午3:00前 每天上午檢查進(jìn)度 成績考核：五級分制,4、推薦的參考資料 P50 賈紹義、柴誠敬.化工原理課程設(shè)計 天津大學(xué)出版社 2002.8 陳敏恒等編.化工原理上、下冊（第二版） 化學(xué)工業(yè)出版社 1999.6 吳俊生、邵惠鶴編.精餾設(shè)計、操作和控制 中國石化出版社 1997.12 化工原理課程設(shè)計 大連理工大學(xué)出版社 2006.8 浮閥式精餾塔設(shè)計 大連工業(yè)大學(xué)化工原理教研室編,目錄： 第一章 設(shè)計方案的確定和說明 一 確定工藝流程的原則 二 設(shè)計方案及參數(shù) 三 工藝流程圖 （示意圖） 第二章 工藝計算 一 回流比的選擇 二 理論板數(shù)NT的確定 三 實際板數(shù)Np的計算
3、 四 物料衡算,,第三章 塔和塔板的工藝設(shè)計 一 塔徑計算 二 塔板布置 三 浮閥數(shù)目及排列 四 溢流裝置 第四章 流體力學(xué)驗算 一 流體各參數(shù)的驗算 二 負(fù)荷性能圖,第五章 塔的輔助設(shè)備設(shè)計 一 塔頂冷凝器的選型 二 塔釜的設(shè)計 三 加熱蒸汽管的設(shè)計計算乙醇、水 （塔底再沸器的選型苯、甲苯(氯苯)） 四 接管尺寸設(shè)計 第六章 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 一 塔盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 二 塔體設(shè)計 三 設(shè)備裝置圖,第七章 設(shè)計結(jié)果總匯及設(shè)計評述 一 設(shè)計結(jié)果匯總表 二 設(shè)計評述 參考文獻(xiàn),第一章 設(shè)計方案的確定和說明 一、設(shè)計方案 裝置流程的確定（精餾過程連續(xù)還是間接、塔的類型和
4、塔板形式、供料方式泵?高位槽?） 操作壓力（寫明原因） 進(jìn)料狀態(tài)（是汽相還是液相進(jìn)塔寫明原因） 塔底加熱方式及加熱介質(zhì)（寫明原因） 熱能的綜合利用：如何充分利用塔頂和塔底的熱量（說明） 設(shè)計要有獨到之處,二、設(shè)計參數(shù) 進(jìn)料量、進(jìn)料組成、產(chǎn)品組成、殘液組成、 冷卻劑溫度（進(jìn)口15，出口40）、加熱熱源,三 、工藝流程圖 （示意圖）,在設(shè)計說明書中畫示意圖 （畫出設(shè)備、閥門、物料流向）,第二部分 工藝計算 一、回流比的選擇 1、組成的換算： 所給組成均是質(zhì)量分率，需換算成摩爾分率 （寫出計算過程） 2、最小回流比Rmin （乙醇-水）在已給xy平衡曲線上作切線,3、操作時的適宜回流比
5、R R=（1.22.1)Rmin 經(jīng)驗值 R=（35）,（苯-甲苯(氯苯) ） 找到q線與平衡線的交點坐標(biāo)（ xe , ye ）,二、理論板數(shù)NT的確定 作圖法： （乙醇）提餾段操作線方程： 由于直接蒸汽加熱， 不同于以前間接加熱,,NT=階梯數(shù)-1,,,（苯-甲苯(氯苯) ）,三、實際板數(shù)Np的計算 1、全塔效率E0 E0=5055% 2、實際塔板數(shù)NP： 要分別算出精餾段、提餾段的實際板數(shù)，以及加料位置,,,,,,,,,四、物料衡算（乙醇-水）,,直接蒸汽加熱時：,對于泡點進(jìn)料：,（以摩爾為單位） 先將F換成摩爾流量,,以上的單位是摩爾（mol/s），要換成質(zhì)量（kg/s）和體積（m3/
6、s）的單位。,分子量： 精餾段氣、液均按塔頂混合物分子量計：M=MAxD+MB(1-xD) 提餾段氣、液均按塔底（近似為純水）分子量計。 密度：,,、,,,,汽相密度：可按理想氣體計算：,,精餾段按 塔頂常壓,,提餾段按加熱熱源即飽和水蒸汽的壓強,（）,,液相密度：,B即水的密度由溫度查表（可近似取1000）,精餾段L密度：取進(jìn)料密度和塔頂密度平均值 提餾段L密度：取進(jìn)料密度和塔釜密度平均值,,,（1）純酒精： （2）混合液：,確定塔頂和塔底的溫度 進(jìn)料、塔頂：由給定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)查汽液平衡數(shù)據(jù)表 附錄一： 塔底：105107,,,四、物料衡算（苯-甲苯(氯苯)）,,總物料衡算：D+W=F,易揮發(fā)
7、組分物料衡算：DxD+WxW=FxF,聯(lián)立可解得D、W,以上的單位是摩爾（mol/s），要換成質(zhì)量（kg/s）和體積（m3/s）的單位。,對于泡點進(jìn)料：,（以摩爾為單位）,先將F換成摩爾流量,分子量： 精餾段氣、液均按塔頂混合物分子量計：M=MAxD+MB(1-xD) 提餾段氣、液均按塔底混合物分子量計。 M=MAxW+MB(1-xW) 密度： （苯-甲苯） 進(jìn)料：F=790kg/m3 塔頂：D=813kg/m3 塔釜：W=780kg/m3 精餾段上升氣體： V=2.7kg/m3 提餾段上升氣體： V=3.4kg/m3 精餾段下降液體：(F+D)/2 提餾段下降液體：(F+W)/2,,,、,
8、,,,,,密度： （苯-氯苯） 進(jìn)料、塔頂、塔釜： t的確定：由給定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)查汽液平衡數(shù)據(jù)表 精餾段上升氣體： V=2.58kg/m3 提餾段上升氣體： V=4.08kg/m3 精餾段下降液體：(F+D)/2 提餾段下降液體：(F+W)/2,,,,,,,（列出物料衡算結(jié)果總匯表）,,由以上計算出的混合物分子量和密度，可將F、D、W*(W)、V、L、 、 分別化成kg/s和m3/s的單位，為下一步計算塔徑、管徑作好準(zhǔn)備。,第三部分塔和塔板的工藝尺寸設(shè)計 一、塔徑的計算 1、板間距：HT=300600mm 板上清液層高度： hL可取50100mm 2、塔徑：分別計算精餾段和提餾段的塔
9、徑。 方法如下：,（精餾段、提餾段分開算）,（1）液泛速度：,,,,,,,,,,,(5-3),(5-4),精餾段提餾段 乙醇-水 =17.3 45.1 dyn/cm 苯-甲苯= 20.4 19.0 dyn/cm 苯-氯苯= 21.3 20.5 dyn/cm,C氣體負(fù)荷參數(shù),操作溫度下的表面張力,=20dyn/cm C20可查書上P20（51）圖,,,,圖51 史密斯關(guān)聯(lián)圖,體積流量,,,（2）空塔氣速 u=（0.60.8）u允許 （3）塔徑 計算出的塔徑D需要圓整，參照P56附錄四。同時需要重新核算空塔氣速，看其是否在允許范圍內(nèi)。,,,(5-2),,(5-1),二、塔板布置 塔板面積分為四個區(qū)
10、域： （1）鼓泡區(qū) （2）溢流區(qū) （3）安定區(qū)： Ws=60110mm （4）邊緣區(qū)： Wc=3075mm,三 浮閥數(shù)目及排列 1、閥孔氣速 浮閥按（JB111868）標(biāo)準(zhǔn)化選型 選F1（V1）型重閥，39 閥孔氣速 F0氣體動能因數(shù)，取F0=912合適,,注：V為氣相的密度，不是V,,(5-5),2、閥孔數(shù),,由D、N0查書P56附錄四可知： AT、 AD、 L、H、孔數(shù)N0、孔間距t、開孔率,,重新核對F0是否在（912）之間，如果不符合，需要重新計算。,,,(5-6),3、浮閥排列 在塔板有效區(qū)域內(nèi)，排列浮閥，以得到準(zhǔn)確的閥孔數(shù)。,,,,,,,,,,,,75,t,,四、溢流裝置
11、包括溢流堰、降液管和受液盤等部件。 D2000時，采用雙溢流 （1）堰形式：hOW6mm時，采用平直堰，不必采用齒形堰 hOW =2.8410-3E(LS/LW)2/3 hOW 堰上液層高度 E液流收縮系數(shù)，一般取E=1 LS液流量（m3/h） LW堰長 堰高：hW=hL- hOW,（5-10）,,（5-9）,（2）降液管： 管內(nèi)停留時間： （3）受液盤： 采用凹形受液盤，盤深50mm，降液管底部與塔盤平齊，盤上開淚孔，當(dāng)D1400mm時開兩個，否則開一個。,（35）秒,有弓形和圓形兩類。,塔底最后一塊板的受液盤，稱液封受液盤，其深度及面積都應(yīng)大一些，以保證液封，要指明所取的數(shù)據(jù)（
12、盤深）。,,,（5-14）,第四部分 流體力學(xué)驗算(只算精餾段) 目的： 驗算在上述各項工藝參數(shù)已確定的塔內(nèi)，要完成規(guī)定的氣、液負(fù)荷，塔能否正常工作。 內(nèi)容： （1）各種參數(shù)的驗算： 塔板壓強降、液泛、霧沫夾帶、泄漏和液面落差 （2）繪制負(fù)荷性能圖,一、各種參數(shù)的驗算 1、壓降 單板 Pf=PC+PL+ P （ P可略） 或 hf=hc+hl （1）干板壓降： 計算閥孔臨界氣速u0C：,,1.825,,若u0
13、0.5）hL 每塊板的壓降約在3070mm水柱范圍內(nèi),hc的單位為 mH2O,,（6-3）,2、液泛驗算 降液管內(nèi)液層高度Hd應(yīng)為： Hd=hf+hL+hd 流動阻力損失 液層厚度產(chǎn)生的壓差 單板總壓降 hL=50100mm之間，依已定的數(shù)據(jù)計算,,,,,其中：,液流量,,,堰長,,,降液管底隙高度， 取50mm,,,,,,,,（6-7）,,（6-8）,若Hd （HT+hW），則不能發(fā)生液泛，否則須修改原來計算或設(shè)定的數(shù)據(jù)。 一般取=0.5 3、霧沫夾帶驗算 霧沫夾帶量eV<0.1kgL/kgV時才符合要求 當(dāng)大塔泛點率<80%時， 小塔泛點率<70%時，可確保eV<0. 1
14、 泛點率：操作時的空塔氣速與發(fā)生液泛時的空塔氣速 之比。 泛點率可按下式計算：,K=1無沫液體 CF泛點負(fù)荷系數(shù) （查資料P32圖61） AT塔截面積 AP塔盤有效面積 AP=AT-2AD ZL液相流程長 ZL=D-2H,,,,,上面兩個計算式取其較大者，若能小于7080%，則eV可小于0.1,(6-12),(6-11),二、負(fù)荷性能圖 1、汽相負(fù)荷下限線（漏液線） 當(dāng)汽相動能參數(shù) F=56時，易漏液 2、霧沫夾帶線（汽相上限線） 泛點率F80%時，將出現(xiàn)霧沫夾帶，取上面計算的F值較大的公式，將F=80%代入，可得到關(guān)于VsLs間的表達(dá)式，利用該式畫線。,,此時孔速,,,(6-13),,(
15、6-14),3、液相負(fù)荷下限線 可畫出一條垂直線。 4、液相負(fù)荷上限線 計算出的液相量是常數(shù)，即是一條垂直線。,=5秒,,(6-15),,(6-16),5、液泛線 Hd=0.5(HT+hw) (a) Hd=hf+hL+hd (b) (a)、(b)兩式聯(lián)立并整理可得：,,其中：,N：孔數(shù),：取0.5 0：取0.5,h0=0.05m,(6-17),以上計算的各值代回總式中，可得Vs=(Ls)間的關(guān)系式，在圖上可做出一條曲線，即為液泛線。 6、操作線 依塔物料衡算，計算出的Vs、Ls得一操作點P，聯(lián)結(jié)原點、操作點的直線即為操作線。操作線與五種線的兩個交點Vmax和Vmin，得操
16、作彈性K,,將以上五種線作圖 1、汽相下限線 2、汽相上限線 3、液相下限線 4、液相上限線 5、液泛線,汽體負(fù)荷性能圖：,Vmax,Vmin,V,L,m3/s,m3/s,P,第五部分 塔的附屬設(shè)備設(shè)計 一、塔頂冷凝器的選型 1、冷凝器放置方式：立式或臥式 指明原因、所用冷凝器的個數(shù) 2、冷凝器的選型 水平放置時，取K=600W/m2 垂直放置時，取K=500W/m2 計算傳熱量Q=Vr、傳熱溫差tm、計算傳熱面積A、實際傳熱面積（應(yīng)是計算面積的1.2倍）、選型,（寫出相應(yīng)的參數(shù)，如公稱直徑、管程數(shù)、管子數(shù)量、管長、換熱面積、公稱壓力等）,塔頂溫度：由給定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)查汽液平衡數(shù)據(jù)表,二、加
17、熱蒸汽鼓泡管的設(shè)計計算（乙醇-水） 1、加熱蒸汽用量 近似取提餾段上升蒸汽量 2、計算加熱管直徑及孔數(shù) 蒸汽氣速：u=2040m/s 加熱管直徑： 計算出管徑后要進(jìn)行圓整，然后再校核管中氣速,塔釜采用直接蒸汽加熱，直管開孔通入蒸汽,3、蒸汽管上的孔數(shù) 孔徑取d0=10mm，孔距t=2d0=20mm，小孔總面積一般是加熱管橫截面積的（1.21.5）倍?？讛?shù)： 管在塔內(nèi)有效長度：塔徑（0.150.3）m,,,列數(shù)n ,行數(shù)n,,,孔列數(shù)：,孔行數(shù)：,管實際能排列的行數(shù)： （1）比較實際行數(shù)與計算所需行數(shù)，看是否夠用 （2）蒸汽加熱管只在下半圓上開孔，以減少液滴飛濺到上一塔板
18、，降低分離效率。,,,,,二、再沸器的選型（苯-甲苯(氯苯) ）,,,（塔底釜液或查r的溫度：由xw查汽液平衡數(shù)據(jù)表）,三、接管尺寸 1、進(jìn)料管：液速取：（0.40.8）或 （1.52） m/s 2、塔頂蒸汽管：氣速取；u=（1220）m/s 3、回流管：液速?。?（0.20.5）或 （1.52） m/s 4、塔頂出料管：液速?。?（0.20.5） 5、塔釜出料管：液速?。簎=（0.51.0）m/s 6、(苯-甲苯(氯苯) )塔釜排液管： 液速?。?u=（ 0.51.0m/s） 7、 (苯-甲苯(氯苯) )再沸器進(jìn)口管： 液速?。籾=（0.51.0）m/s 8、 (苯-甲苯(氯苯) )再沸器出
19、口管： 氣速取；u=（1525）m/s,接管在塔外部長度可依是否有保溫層及方便作業(yè)為準(zhǔn)則，一般可取200mm,d需按無縫鋼管圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，再校正流速u,各種液、氣流量均需用體積數(shù)據(jù)（m3/s）代入計算管徑。,第六部分 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、塔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1、塔板（精餾段與提餾段可不相同，要分別說明）： D800mm時采用單溢流、分塊式塔板，自身梁式結(jié)構(gòu)。 （弓形板2塊、通道板1塊、矩形板12塊）,（1）通道板 （2）矩形板,L=D-2H-56,400, , ,420,43,分塊塔板的寬度定為400mm和420mm的原因，是能使其通過450或500的
20、人孔,（3）弓形板：帶自身梁 Dg2000時，f=30mm n分塊數(shù)；18塔板各分塊間的間隙，mm,e,Dg,f塔板與壁面間距,弓形板的弧邊直徑D=Dg-2f,弓高,,(8-1),2、塔板厚度 板厚：Dg=8001400mm， =4mm Dg=16002000mm，=6mm 3、淚孔（凹形受液盤上） Dg1400時，開一個淚孔10 Dg1400時，開兩個淚孔10，這時支撐板在中央，兩孔間距600mm，距離堰邊50mm。,二、塔體設(shè)計 （一）塔頂空間：高度HD=1.01.5m （二）,塔釜的設(shè)計,2、釜內(nèi)液層高度h2,釜內(nèi)裝填系數(shù)一般在0.60.7之間，如取0.65，,塔釜高度HB=h1+h
21、2 （一般1.52m）,1、釜中液面距最底層塔板距離h1：,為了避免帶液過多，釜中液面至最底層塔板距離h1至少在0.50.7m以上,（三）人孔 為便于安裝、檢修，一般每隔810層塔板設(shè)一人孔。 人孔直徑： 450或500 人孔處板間距：HT=600700mm （四）進(jìn)料板處空間高度 要比正常板間距大一些 （五）塔體總有效高度： H=HD+HB+S HT+(N-2-S)HT+HF S人孔數(shù)，一般每810塊 板開一個人孔（注：S是指H范圍 內(nèi)的人孔，不是總?cè)丝祝?,(8-2),第七章 設(shè)計結(jié)果總匯及設(shè)計評述 一、設(shè)計結(jié)果匯總表 1、工藝計算參數(shù) 2、塔、塔板結(jié)構(gòu)參數(shù) 3、流體力學(xué)參數(shù),二、設(shè)計評
22、述,3. 設(shè)計體會、意見或建議,1. 設(shè)計的創(chuàng)新與特色,2. 問題的探討,節(jié)能措施與效果 設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 精餾操作自動控制的改進(jìn),全塔壓降的影響 設(shè)計存在的問題（例近似計算的誤差等） 如何調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)或工藝參數(shù)使得操作點更合理,文后參考文獻(xiàn)表編排格式,1. 參照標(biāo)準(zhǔn)：,2. 編排格式：,專著、論文集、學(xué)位論文、報告 序號 主要責(zé)任者. 文獻(xiàn)題名. 出版地：出版者，出版年. 起止頁碼 . 1 賈紹義, 柴誠敬. 化工原理課程設(shè)計. 天津：天津大學(xué)出版社, 2002 期刊文章 序號 主要責(zé)任者. 文獻(xiàn)題名. 刊名, 年, 卷（期）：起止頁碼 . 2 方志杰. 異蔗糖和烯丙醇的酸催化反應(yīng).
23、精細(xì)化工, 2002 , 16(1) , 49-50.,中國學(xué)術(shù)期刊技術(shù)規(guī)范：CAJ-CD B/T1-1998,設(shè)備條件圖（示意圖）,基本要求：圖幅：坐標(biāo)紙；圖框：留裝訂邊；標(biāo)題欄：校內(nèi)使用； 比例：縮??；字體與圖線：繪圖字體；,內(nèi)容： 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)及尺寸 所有接管規(guī)格、定（方）位尺寸 接管表（連接形式及標(biāo)準(zhǔn)） 技術(shù)特性表（工作介質(zhì)，溫度，壓力，有效容積） 技術(shù)要求：制造、保溫、試漏、試壓等要求 零（部）件表（代號，名稱，規(guī)格，數(shù)量，推薦材料）,設(shè)計說明書編寫及裝訂次序,,標(biāo)題頁 2. 設(shè)計任務(wù)書 4. 目錄 5. 第一章 設(shè)計方案的確定和說明 6. 第二章 工藝計算 7. 第三章 塔和塔板的工藝設(shè)計 第四章 流體力學(xué)驗算 第五章 塔的輔助設(shè)備設(shè)計 第六章 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 第七章 設(shè)計結(jié)果總匯及設(shè)計評述 參考文獻(xiàn) 13. 圖紙：平衡曲線圖、負(fù)荷性能圖、設(shè)備圖（豎）,,（橫）,每一章要重起一頁,,技術(shù)特性表：,10mm 50mm 40mm,5mm,常見閥門圖例,截止閥,疏水器,,,安全閥,氣動閥,電磁閥,電機操作,汽缸操作,,,,圖幅與規(guī)格（GB/T 14689-1993）,標(biāo)題欄（GB/T 10609.1-1989）,
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