课程设计(修改-2).ppt
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杜治平杜治平武汉工程大学化工与制药学院武汉工程大学化工与制药学院化工原理课程设计是培养学生综合运用化工原理及先修课程的基本知识进行化工工艺设计的能力,使学生掌握化工设计的基本程序和方法,得到一次化工设计的基本训练,并应着重培养学生以下几方面的能力n查阅技术资料选用公式和搜集数据的能力。
n树立既考虑技术上的先进性与可靠性,又考虑经济上的合理性,并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思路,在这种设计思想的指导下去分析和解决工程实际问题的能力n迅速准确地进行工程计算(包括电算)的能力。
n用简洁的文字清晰的图表示表达自己设计结果的能力。
化工原理课程设计的目的化工原理课程设计的内容化工原理课程设计一般包括如下内容:
n
(1)设计方案简介对给定成选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。
n
(2)主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计。
n(3)典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算祁设备型号规格的选定。
n(4)工艺流程简图以单线图的形式绘制标出主体设备和辅助设备的韧料流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点。
n(5)主体设备工艺条件图图面上应包括设备的主要工艺尺寸、技术特性表相接管表。
化工原理课程设计报告完整的化工原理课程设计报告由说明书和图纸两部分组成。
设计说明书中应包括以下内容:
(1)标题页;
(2)综合成绩评定表;(3)设计任务书(3)中英文摘要(4)目录;(5)设计方案简介,(6)工艺流程草图及说明;(7)工艺计算及主体设备设计;(8)辅助设备的计算及选型;(9)设计结果核要或设计一览表,(10)对本设计的评述;(11)附图(工艺流程简图、主体设备工艺条件图):
(12)参考文献。
工程图纸的要求n1#图纸的要求(板式浮阀塔的工艺条图纸的要求(板式浮阀塔的工艺条件图)件图)n主视图(设备的主要结构形状及主要零部件间的装配连接关系)n尺寸(表示设备的总体大小规格装配安装等尺寸)n主要零部件编号及明细栏n管口符号及管口表n技术特性表n技术要求n标题栏n1#或或3#图纸的要求图纸的要求n带控制点的工艺流程图:
带控制点的工艺流程图:
注明主、副物料的流动路线,设备的位号及名称主要设备的工艺参数、标题栏1、设计原则1满足工艺和操作的要求满足工艺和操作的要求设计的流程与设备能保证得到质量稳定的设计的流程与设备能保证得到质量稳定的产品;由于工业原料的浓度、温度经常变产品;由于工业原料的浓度、温度经常变化,所以操作要具有一定的弹性。
化,所以操作要具有一定的弹性。
2满足经济上的要求满足经济上的要求节省热能、电能,减少设备与基建费节省热能、电能,减少设备与基建费3保证生产安全保证生产安全2、板式塔的设计内容2.1设计方案的确定2.2板式塔的工艺计算2.3板式塔的机械设计2.4塔的辅助设备设计与选型2.5撰写设计说明书和绘图2.1设计方案的确定n板式塔的设计从两方面考虑板式塔的设计从两方面考虑:
1.经济方面经济方面:
应该充分考虑整个系统热能的利用,以便降低操作费用.例如:
从塔顶出来的蒸气和从塔底排出的液体带出的热量可用于预热原料液或它处.2.全塔操作的稳定性全塔操作的稳定性:
若操作不稳定,就不能保证产品质量的均匀.n控制再沸器中加热蒸气压力的恒定是保证操作稳定的条件之一,但原料液或回流液的流量和温度发生变化时,稳定情况也会受到一定的影响一、塔的比较和选择工业上评价塔设备的性能指标主要有以下几个方面:
工业上评价塔设备的性能指标主要有以下几个方面:
生产能力,分离效率,塔压降,操作弹性,结构、制造及造价生产能力,分离效率,塔压降,操作弹性,结构、制造及造价1.板式塔与填料塔的比较板式塔与填料塔的比较生产能力:
两者的流动和传质机理不同,填料塔的生产能力一般高于板式塔生产能力:
两者的流动和传质机理不同,填料塔的生产能力一般高于板式塔分离效率:
填料塔具有较高的分离效率分离效率:
填料塔具有较高的分离效率塔压降:
填料塔由于空隙率高,压降较小塔压降:
填料塔由于空隙率高,压降较小操作弹性:
填料塔对气液负荷变化的适应性很大,操作弹性大;而板式塔受液泛、液沫夹带操作弹性:
填料塔对气液负荷变化的适应性很大,操作弹性大;而板式塔受液泛、液沫夹带等影响,操作弹性小等影响,操作弹性小结构、制造及造价:
填料塔的结构、制造、维修等简单结构、制造及造价:
填料塔的结构、制造、维修等简单填料塔的持液量小于板式塔,持液量大塔的操作平稳,不易引起产品的变化,板式塔更填料塔的持液量小于板式塔,持液量大塔的操作平稳,不易引起产品的变化,板式塔更易操作;板式塔易实现侧线进料和出料;高比表面积的填料易堵塞,不宜处理有悬浮物或易易操作;板式塔易实现侧线进料和出料;高比表面积的填料易堵塞,不宜处理有悬浮物或易聚合的物料聚合的物料一、塔的比较和选择2.不同板式塔的比较不同板式塔的比较泡罩塔:
具有高的操作弹性,但对设计和操作的准确性要求泡罩塔:
具有高的操作弹性,但对设计和操作的准确性要求高,不适应大型化生产,制造成本高高,不适应大型化生产,制造成本高筛板塔:
结构简单,造价低,但筛孔易堵塞,不宜处理易结筛板塔:
结构简单,造价低,但筛孔易堵塞,不宜处理易结焦、粘度大的物料焦、粘度大的物料浮阀塔:
吸收了上述两种塔的优点,阀孔自由控制,生产能浮阀塔:
吸收了上述两种塔的优点,阀孔自由控制,生产能力较大,操作弹性大,制造、维修简单力较大,操作弹性大,制造、维修简单其它类型的塔其它类型的塔二、操作压力设计压力一般指塔顶压力设计压力一般指塔顶压力一般常压操作一般常压操作沸点低,常压下为气态的物料沸点低,常压下为气态的物料-加压操作加压操作热敏性和高沸点的物料热敏性和高沸点的物料-减压操作减压操作n原则讲,要使回流在全塔发挥作用,全部冷量应该加在塔顶,全部热量加在塔底.但实际设计时应该考虑设备费和操作费问题及操作平稳等多种因素.n进料进料-预热到泡点或接近泡点预热到泡点或接近泡点(进料温度不受季节气温变化和前一道工序波动限制,塔的操作比较容易控制.而且精馏段和提馏段的上升蒸气量相近).n有时为了减小再沸器的热负荷有时为了减小再沸器的热负荷(如再沸器所需加热剂温度较高,或物料容易在再沸器内结焦等)可在料液预热时加入更多的热量,甚至采用饱和蒸气进料.n注意:
实际设计还应该考虑整个车间的流程安排.三、进料状态n多股进料n原料来源不同,浓度差别很大,从分离角度,应该从不同的位置加入.但所处理的物料量不多时(或其中的一种物料不多时),从设备加工和操作方便考虑,也往往多股混合以后作一股物料加入.四、进料方式1.加热方式:
加热方式:
直接蒸汽加热直接蒸汽加热间接蒸汽加热间接蒸汽加热2.冷却方式冷却方式n冷却剂-通常是水,水温随气候而定.入口一般为15-20,出口2.4板距HT,mm200300300350350450450600500800600HT对塔的生产能力、操作弹性以及塔板效率均有影响。
HT,允许的操作气速,塔径,但塔高。
HT,塔高,但允许的操作气速,塔径。
对D0.8m的塔,为了安装及检修需要,需开设人孔。
人孔处的板间距一般不应小于0.6m。
2.3.1板间距塔高式中:
Z1最上面一块塔板距塔顶的高度,m;Z2最下面一块塔板距塔底的高度,m。
溢流式塔板的塔截面分为两个部分:
气体流通截面和降液管所占截面(液体下流截面)。
求A得与Af/AT后,即可求得AT,而塔径设适宜气速为u,当体积流量为Vs时,A=Vs/u。
求A的关键在于确定流通截面积上的适宜气速u。
塔板的计算中,通常是以夹带液泛发生的气速(泛点气速)作为上限。
一般取A的计算AT-塔板总截面积,A-气体流道截面积,Af-降液管截面积2.3.2.2.3.2.塔径的计算塔径的计算塔径的计算塔径的计算史密斯(Smith,R.B)关系曲线HThL:
液滴沉降高度,HT可根据塔径选取,hL为板上清液层高度,若忽略板上液面落差常压塔hL=50100mm;减压塔hL=2530mm。
注意:
液相表面张力=210-2N/m若实际液相表面张力不同,按下式校正u,AAf/AT的确定Af/AT:
降液管面积与塔截面积之比,与液体溢流形式有关。
求取方法:
(1)按D和液体流量选取溢流形式,由溢流形式确定堰长lw与D的比值。
单流型:
lw/D=0.60.8双流型:
lw/D=0.50.7易起泡物系lw/D可高一些,以保证液体在降液管中的停留时间。
(2)由选定的lw/D值查图得Af/AT。
(3)由确定的A与Af/AT求得塔板面积AT和塔径D,并进行圆整。
rxWsAfDhwAAh0HTAfAaWslwWdWdWc注意:
塔高和D的计算涉及的参数(HT、hL、lw/D)是按经验数据在一定范围选取的,故所得塔高和D是初估值,需根据后面介绍的流体力学原则进行校核。
对于精馏过程,精馏段和提溜段的气、液相负荷及物性数据不同,设计时两段的塔径应分别计算,若二者相差不大,应取较大者为塔径;若二者相差较大,应采用变径塔。
塔直径D的规格:
400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200mm等溢流装置:
由降液管、溢流堰和受液盘组成。
溢流形式的选择:
根据塔径及流体流量等条件全面考虑。
D2.0m双溢流式或阶梯流式2.3.3溢流装置溢流装置液体在降液管中的停留时间为计算塔径时已根据溢流形式确定了堰长与塔径的比值lw/D。
由lw/D查图可得Wd/D和Af/AT,D和AT已确定,故降液管的宽度Wd和截面积Af也可求得。
为降低气泡夹带,一般不应小于35s,对于高压塔以及易起泡沫的物系,停留时间应更长些。
若计算出的过短,不满足要求,则应调整相关的参数,重新计算。
1.单溢流弓形降液管结构尺寸的计算出口堰长出口堰长lw:
弓形降液管的弦长,:
弓形降液管的弦长,由液体负荷及溢流形式决定。
由液体负荷及溢流形式决定。
单溢流单溢流lw=(0.60.8)D,双溢流双溢流lw=(0.50.7)D。
出出口口堰堰高高hw:
降降液液管管上上端端高高出出板板面面的的高高度度。
堰堰高高hw决决定定了了板板上上液液层层的的高度高度hL。
2.出口溢流堰出口溢流堰一一般般应应保保持持塔塔板板上上清清液液层层高高度度为为:
50100mm堰堰上上液液高高度度太太小小,会会造造成成液液体体在在堰堰上上分分布布不不均均匀匀;太太大大,会会增增加加塔塔板板压压降降及及液液沫沫夹夹带带量量,一一般般hOW不不宜宜大大于于60-70mm.hOW6mm:
平直堰:
平直堰hOW6mm:
齿形堰:
齿形堰液流收缩系数E2.出口溢流堰出口溢流堰根据设计经验:
根据设计经验:
E=13.进口溢流堰进进口口堰堰:
保保证证液液体体均均匀匀进进入入塔塔板板,也也起起液液封封作作用用。
一一般般仅仅在在较较大大塔塔中中设设置。
进口堰高一般与降液管底隙高度置。
进口堰高一般与降液管底隙高度h0相等。
相等。
进进口口堰堰与与降降液液管管间间的的水水平平距距离离w0h0,以以保保证证液液体体由由降降液液管管流流出出时时不不致致受到大的阻力。
受到大的阻力。
降液管底隙高度及受液盘降降液液管管底底隙隙高高度度应应保保证证溢溢流流液液顺顺畅畅并并防防止止沉沉淀淀物物堵堵塞塞(不不可可太太小小),但但也也应防止气体进入降液管应防止气体进入降液管(不可太大不可太大),一般,一般或按下式计算或按下式计算式中:
式中:
uoL液体通过降液管底端出口处的流速,液体通过降液管底端出口处的流速,m/s。
根据经验一般取根据经验一般取uoL=0.070.25m/s。
D800mm,h0=40mm。
最最大大时时可可达达150mm。
4.受液盘受液盘:
承接来自降液管的液体。
平平形形受受液液盘盘:
设置进口堰,以保证降液管的液封,并使液体在板上分布均匀。
凹凹形形受受液液盘盘:
用于大塔(D800mm)。
在液体流量低时仍能形成良好的液
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- 课程设计 修改