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化工原理课程设计参考资料
化工原理课程设计参考资料
筛板式精馏塔的设计
1.化工原理课程设计前言
(―)课程设计的目的
课程设计炬化工原理课程数学中非常重要的实践性歼节,是理论联系实际的桥漿.可以悝学生综合运用各门学科学过的知识’独立思考,在有限的时间内宪感规定的设计任务「从而得到实践的基本训练,培养学生设计能力.
在设计中需要学生自己确定方案.流程’选择雲数,并对其选择參数核算,经过反复分析比较,确定最佳的方寰.培养•提高麓立工作能力的实贱环节n
(二)课程说计要求
通过课程设计,培养和提高以下方面能力:
L熟悉査阅资斜、收集有关数据,选择公式*
2、确定化工工艺流程及设备选型;技术上要可行'经济上要合理,安全正常操作.
3,正确的进行化工工艺计算,设备的工艺计算.
4*学会用语言、文字、图表编写设计说明书.
(三〕at程设计内容
课程设计包括有关论述,原始数据,计算*图表等,其顺序如下:
L标題
1设计任务书
3、目录
4、蜡言(方案选定简述)
5.生产工艺流程草图及说明
6.主牡设备工艺计算或先型
7、附厲设备计算或选型
8.设计结果汇总(一览表)
二、筛板式精憎塔设计参考资料
(-)生产工艺流程设计
在化工生产裝置设计中,生产工艺流程设计目的是在确定生产方法后,以流程图的形式表示出由原料列产品的生产过程,可以表示出物料加工顺序及各股物料流向,并表示采用的单元操作及设备,以此为嵌据制定化工管道流程及计量、控制流程”
生产工艺流程设计可分为三个阶段:
•
匚生产工艺流程草图
设计初,先绘出工艺流程草图,以便从事物料衡算、能量衡算、设备工艺计算.定性标明从原料到成品过程及流向,所用化工过程及设备*
2、工艺物料流程图
在物料衡算后开始画出工艺流程图,以表格及图形来表示物料计算结果,可供进一步设计依据,为审査提供资料,为生产操柞提供参考.
3、带控制点工艺流程图
设备设计、控制方案确定后,可着手带控制点工艺流程图绘制.该图由工艺专业和自控专业人员共同完成,应表达出生产过程全部:
包括工艺路线、设备、控制手段及仪表、附属设备等.
(二)精懈塔的工艺设计
精愉塔的工艺包括:
流程选择、操作压力的确定,加料状态、加热方式,回流比的确定,塔板效率确定.
1、流程的选择
精谓装置由精馆塔、蒸镭釜、冷凝器等设备组成.
精诩塔操作特点是反复加热蒸发回流港体,蒸汽被冷凝成液体,大部分热被水带走,塔底产品也带走不少热量’原料需加热人塔.因此,确定流程时.应从能屋消耗上及能量综合平衡角度上,找到最经济方案,同时兼顾操作控制稳定安全’确保产品质童.
2、操作压力的确定
对那些柱常压下可以冥现的分离操作的物系,应该用常压精熠.对热敏性物料或常压下混合物沸点过高,宜采用减压精燔.常压下呈气态混合物分离*由沸点过低可采用加压精馆.有时提高庄力操作有利于热能回收,使之操作费用降低.权衡优劣决定合适压力.
3、加料热状态
加热的热状态直接彭响塔板多少及塔径大小.常用泡点加料,搐懾段与提谐段塔径一样,加工方便.皿料需加热,所以要从设备费、操作费、操作上全面考堪.
4、抑热方式.
塔釜加热方式分为直接和间接加热对与水不溶物系可采用直接加热,例如原油分慵
塔油品分离,塔底可直接水蒸汽汽提.对很稀溶液•组份相对挥发较大物系’例如乙諄与水混合物可直接用水蕪汽加热*好处在于利用压力较低蒸汽K节约操柞费,间接加热器不用了,降低设备费’大多数情抚下,物系不允许与水蒸汽直接接触时,需用间接式蒸馆釜.
5、回流比确定
回流比大小直接母响理论塔板数、加热蒸汽及拎却水用畫,影响塔屋、蒸埸釜冷凝器的尺寸大小,因此要从设备费、操作费、产品质量等各方面考虑,决定合适回流出*
6.塔1板效率
对塔板效率由于形响因素复杂,通常用经验关联式,关联图比较方便,基本上反映各因素的影响.例如袖奥康奈尔^O^nneU)公式及图,见天大教材下册,此处从峪.
(三)塔板结构
可分为整块式和分块式塔板两种.
整块式塔板一般适用小塔,塔径300~900mm内几块板层层迭量起来,板与板间通过定距离式支承结构或者重迭式支承结构,塔节活动连接.
另一种分块式塔板,适用于塔径大于800mn]塔,由于制适、安装、检修需要,将塔板分成数块,通过人孔送人塔内,进行安装.对塔径为800~2400mm时,可采用单流分块式塔板.塔板分块数见下表:
塔扳分块数
在塔板中央附近设置一块内部通道扳,以便进行塔内安装、检修.
(四)板式塔高度估计
L人7L
对于经常稳洗的塔’每隔3-4块塔板设一个人孔;对于较清洁物系的塔,每隔6~8块设一个人扎.在人孔处,板间距应等于或大于600mm,人孔直径一般为400-500mm*伸出筒体外长为200~250mmD
2*塔顶空间
塔顶空间一般高于板间距,有时可高出一倍,有利于气体夹带的液沫的分离.一般设置除沫器.
3*塔底空间
塔底空间有起贮存液体作用’塔底产品停留时间可取3~5分钟,对易结焦介质可取1~1*5分钟.塔底瓶面到塔底最下一层扳需有1-2m空间*
札加料段高
加料段髙应大:
于扳间距.
5,塔离
式中:
H——塔高(不包裙座)m
Hd-一塔顶空甸(不包括封头)in
Hh——塔底空同(不包括封头)锻
Ht板何距m
Hp—人孔处扳间距m
叫一人乱数
碍一加料口数
n——实际板数
三、筛板塔的设计
由于猗板塔结构简単*成本低,生产能力大,板效率高,压降小、加工方便等持点+筛板塔在石油化学工业中得到广泛应用•
(—)筛板塔结构中
塔板上有筛孔「溢流堰,降液借■无孔区.
图筛板塔结构图(单溢流型)
h筛孔
工上.一船常用孔徑为A&毫米・一^情况下用4〜5毎米"近年来屋渐采用大孔经的筛板.因为大孔经端桩血工方便,不易堵塞谨价低等优点.只要设计合理•同样可以得到校高塔板效率.
端板厚度;一般碳钢的筛板厚度为3-4毫米.合金钢板厚度为Z、5喘米・
孔径与厚度关系•考虑工可黠性;用冲孔法加工时i碳钢•孔桎幽大于板障&不锈钢板
孔中心距“一般取(2-5〜5)血在设计时、垮虑到开孔总面积应比可能在3〜4范围为宜“
开孔一般按正三甬形排列.开孔总面积如和开孔区面积A.之比可按下式求岀:
开孔率誓二血儿=0,907/GA)2
(1)
Ao每层扳上筛孔总面段,米
2一一每层板上开孔区面积,米
t一一孔间距,毫米.
也一一孔的直狂,毫米;
开孔区面积儿,对单溢流型;
4.二2[x肿=歹+严张勺十〕⑵
式中皿二D/2-(Wd+W丄米;
r==D/2-Wlt米
SiiT吟〜以孤度表示的反三划函如
W’Wd.W.见图Q)双迸流型塔板j
(3>
£=2[^z1+r2尿一][]—2[ii^/r1—x;!
+HStn-1—]
A-’〜中闾降液膏面积”米』萨产中间降液管宽度*1/■〜中间降液管堰长.米,
W-』一般取200-300毫米,可使2与两灣降液管面积之和相等.
板上筛孔数“J普】°\求出.
2.增
U)溢旅堰〔外圾出口堰)
弓形堰協对单溢流型,Lw/D=0.6~0・肌对取流型;L#/D=0*5〜0*7♦—般堰上最大流量不超过100〜130米1/时.
弓形降疫管面积人与宽度Wtf可由图⑶求出、隘飙高度由不同堰型,液层高度而定・‘板上清槪层高度瓜在50-100毫米间.清液层高度为堆高h*和堰上液头高how之和•
图3
弓形宽度与面积
3堰长,米j
D——塔径加
W一一弓形宽度•米*
阳一一弓形面积•米
Ar一一全塔截面,米1*平曬t液头高how
Vl一一臧休流量,米/时,
1*一~堰长,米*
e藏流收蜡靈数;一^可取匚可査图⑷一fiSifWThaw不宜趣过60—70臺米,疲流
量大可用取it型”当液流堆小时,how不应小于6毫米.否则易造成板上液相分布不均匀.
当bow不到6毫米时,应采用齿形堰.
⑻齿形壇
一®*深也在15毫米以下,堰液头由齿底算起.当溢流层不超过齿顶时*
虫尸'f5)
式中*VL液流董・mVs
h*~—齿探"米IJ堰长,米宇
堰高治确定原则阳过高.板上裁层高度和液层阻力大曲过低•液层低.相际接触面积小*一数为倍〜了5毫粘
⑵内堰(进口堰)h"-降液管底部与板间距离加内堰作用一方面保证降繼管内必要液封,另一方面使降液管内流出液怵进入塔板时分配均匀.对常压或加压塔山"*出L低6-124米.
一般一大于皿,以保证降液管内液封。
3-降腋管
⑹图园形降液窑用于/」箱.
(町弓形降液管,适用大塔,加工方便塔板面积利用率高.
降液管作用•將上层塔板液体送入下一层塔板"降液管内的液协流速,一般物系•宜花a1米/■秒以下.藏休在降液臂内仃留时间"一般大于3-5秒口
r—Af*鼻3〜5秒
式中內一一降液管截面积”米=;
Hr一一塔板间距,米*
%-—液休流量"米*秒*
疔留时间T是迓计_tl重要指标」丁留时间太短,易产生板间液相夹带;降低效率.降液管内液体通过时产主压降一般不大于25毫米液柱,不小于6亳米液拄・降液管底部与板间隙加.一嚴不小于曲〜药毫米•否则易发生堵塞液流不畅、易引起液
4-塔板上其它区(见图1)
门〉安定区F进口堰至塔板第一排筛孔间有不开孔区*一般W,和甘,可取50〜wa毫米。
⑵边缘区中板面与壤壁留出一圈区域.矶一般取抽〜前毫米"
(二)端梅上水力学性能
初步设计岀塔几何尺寸后,还要验算塔板设计,如,孔径,孔距,开孔率*降液管面积,板闾距灌径是否合理.
要进行负荷性能图计算,施否漏海带沐淹塔,压降是否超过允许值■■必要时,对板几何尺寸重新调正、验算、直到选择最佳塔板性能』
L气休通过筛板压降
吒休通过筛板压降为干扳压降,板上液层压降,克服表面张力的压降之和“
\4-At4-A-(7)
式中%—一气悴通过每展板的总压降•米襪柱
礼一吒休克服干板阻力的圧降;米菠柱
lu——气休克服板上液层静压力所产生的压降宇米賊柱
血一一气体克服潅体表面张力所产生的压降;米液柱
(1)干板压降血’
干板压降与筛孔直包血,筛板厚度乩开孔面积与开孔区面积之比屉仏,代休通过筛孔的氐数有关.可用下式计算’
At=Ci06】(訝兀1一燈巧式中w筛孔气速,米/秒*
a—流量系数
阳血亠一啊札液柚度,千克/相*
A*/扎一一开孔率
[1一g/AJ叮一®艮小,所以⑻式简化为r
总=6051(空卩(理)(9)
MpL
对于%当mV10毫米站可由图〔町査出.当^>10蛊米*由图査出帥乘发蠡数S—股
筛板塔操作有一r^sw下限,在此点时,液休开始从筛孔中泄湫称为碗点•实际的孔气速皿与下限气速J之比称为稳定系数&
(13)
K=»d/如.
式中冲__筛孔气速,米/秒,
__漏液点筛孔气速,米/秒”
K__穩定系数"应大于1,一»在1・5〜亦以上・删£点J?
孔气速诃以下式求岀
式中皿一一板上清《渥高(hw+bow).希缺.庞钏__板上堰高和液流高度,粕“一一表面张力压头•米,见(⑵式.
co流捷系数’由图(6)査出匸
匕液面梯度(落差泌
液体沿筛板流动阻力很小•一般可以釵略不计.曲时可用下式’
(15)
d=0.0484
式中』一一液面落塞米
b一一平均般流宽度,米'对单溢流,
b=(D+U)/2f
D—塔内径•米'
U堆长.米f
Zi__两堰距离•蔽流长度.米;单溢流型
Zu=D-2W4i昭一一降液管宽
h-一板上泡沫层高度'米;按泡沫层相
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