长江大学课程设计任务安排.docx
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长江大学课程设计任务安排
课程设计任务安排与相关资料
1任务分配与基本要求
1分组情况:
全班分4个组,第一组1-7#,第二组8-14#,第三组15-22#,第四组23-30#。
一人一题,要求有塔设备、冷凝器、再沸器、气体分布器、液体分布器设计计算全过程,并且给出附属设备和附件的选型设计计算,详细要求见任务书。
2各组题目:
第一组——苯-氯苯浮阀精馏塔(1-7#),见附件1;第二组——苯-甲苯填料精馏塔(8-14#),见附件2;第三组——PC脱碳填料吸收塔(15-22#),见附件3;第四组——水-SO2板式吸收塔(23-30#),见附件4。
3一人一题:
详见任务书规定。
4时间分配:
计算过程必须于3日之内完成,构图与绘图一周,其余时间为排版和校对。
作业完成后提交电子版和纸质版(全班文字和图纸文件电子版由班长收齐打包后统一发至QQ1349331528,第一组文件名:
化工11301-01,第二组文件名:
化工11301-02,……,纸质版由学委收齐后交14-西-401室)。
2课程设计文件装订与提交
化工原理课程设计由两部分组成:
文字和图纸。
内容及顺序如下:
1封面:
统一采用长江大学毕业设计封面,不能自己随意设计封面,见附件5;
2目录:
Word自动生成的目录,不能采用手工编排;
3设计任务书:
注意请将设计规模改换成与学号对应的规模;
4设计方案简介;
5工艺流程图组织及说明;
6工艺计算及主体设备设计:
物料衡算、热量衡算、设备工艺结构设计计算;
7辅助设备的设计及选型;
8计算结果汇总:
物料平衡图、能量平衡图或表、设备型号规格一览表;
9对本设计的评述;
10附图:
带控制点的工艺流程图(PCD图)、主体设备工艺条件图;
11参考文献(在文档中一定要对号入座)。
12文件排版与提交:
设计文件排版格式化要求详见3(排版格式化要求),编排打印后交A4打印纸质文件,图纸可根据实际情况提交A4、A3、A2或者A1纸质文件,作品提交时间为第17周周五(6月24日),截止日期为6月27日。
3课程设计文件编辑排版格式化要求
为使文件美观,根据本人经验,化工原理课程设计原则上应按以下要求排版打印。
1版面尺寸:
A4(21.0×29.7厘米);版芯位置(正文位置):
上边界2.5厘米、下边界2.0厘米、左边界2.5厘米、右边界2.0厘米、装订线位置定义为0厘米,奇偶页不同。
2页眉与页脚:
页眉从正文第1页开始设置,距边界2.0厘米,行距18磅,采用五号宋体居中,奇数页页眉为课设的一级标题文字,偶数页页眉为课设的题目;页码采用页脚方式设定,五号宋体,行距18磅,用“第×页(共×页)”的格式自动编排,处于页面下方居中、距下边界1.5厘米的位置。
3目录:
“目录”用三号黑体加粗居中;一级标题顶格,小四号黑体加粗,行距22磅,段前段后6磅;二级标题缩进2个字符,五号宋体,行距18磅;三级标题缩进4个字符,五号宋体,行距18磅;标题文字与页码之间用点线,页码居右对齐。
4正文内标题:
正文另起一页,论文题目用小二号黑体加粗,居中,行距24磅,前后段间距0.5行或12磅。
正文标题采用阿拉伯数字标引(阿拉伯数字与标题文字之间空一个汉字符,不加标点符号,如一级标题1……;二级标题1.1……;三级标题1.1.1……,四级标题1.1.1.1……),一级标题用小二号,行距24磅;二级标题用三号,行距24磅;三级标题用小四号,行距22磅,四级标题用五号,行距18磅,字体一律用黑体加粗、顶格排列,各级标题与正文前后段间距0.5行,各级标题中的英文字母和阿拉伯数字采用半角TimesNewRoman字体。
5正文文本:
宋体五号、标准字间距、行间距为固定值18磅、所有标点符号采用宋体全角、英文字母和阿拉伯数字采用半角TimesNewRoman体的要求排版,每段首行缩进两个汉字。
6文中图、表、公式:
所涉及到的全部图、表,不论计算机绘制还是手工绘制,都应规范化,符号、代号符合国家标准。
图以文中出现先后按“图1(空两格)图名、图2(空两格)图名……”(楷体GB-2312五号加粗)随文排。
表格以出现先后按“表1(空两格)表名、表2(空两格)表名……”(黑体五号加粗)随文排。
图表中文字用宋体小五号、不加粗,英文字母和阿拉伯数字采用半角TimesNewRoman体。
公式序号以出现先后按“
(1)、
(2)、……”编排在公式行顶右。
7参考文献:
位于正文结尾后下隔2行,“参考文献”4字居中,采用四号黑体加粗;具体参考文献目录按五号宋体、两端对齐的方式排列,行间距为固定值18磅。
正文中应按顺序在引用参考文献处的文字右上角用[]标明,[]中序号应与“参考文献”中序号一致。
参考文献的著录,按著录/文献题名/出版事项顺序排列,格式如下:
期刊论文——[序号]作者(多个作者用“,”隔开,下同).题名[J].期刊名称,出版年(不带“年”字,下同),卷次(期号):
起~止页码
专著——[序号]作者.书名[M].版次(第1版不标注).译者(对译著而言).出版地:
出版者,出版年:
起~止页码
论文集析出文献——[序号]作者.题名[A].见(英文用In):
主编.论文集名[C].出版地:
出版者,出版年:
起~止页码
学位论文——[序号]作者.题名[D].保存地点:
保存单位,年份
报告——[序号]作者.题名[R].保存地点:
保存单位,年份
技术标准——[序号]发布单位.标准代号(标准序号-发布年).标准名称[S].出版地:
出版者,出版年
报纸文章——[序号]作者.题名[N].报纸名(外文报名可缩写,缩写后的首字母应大写),出版年月日,期号:
版序
专利——[序号]专利申请者.专利名[P].国别,专利文献种类,专利号,公布日期
各种未定义类型的文献——[序号]作者.文献名[Z].出版地:
出版者,出版年:
起~止页码
8致谢:
另起一页,用小三号、黑体加粗、居中,致谢内容按正文文本要求排版。
9附录:
附录另起一页,必须按正文中出现的顺序编号排列,并用3号黑体靠左对齐方式注明“附录×”字样,附录内容按毕业论文(设计)正文文本要求排版。
4附件
4.1附件1
苯-氯苯精馏分离过程中浮阀精馏塔课程设计任务书
一、设计任务
设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯70000t/a,塔顶馏出液中含氯苯不高于0.2%。
原料液中含氯苯为35%(以上均为质量%)。
课程设计中要求正确使用相关软件进行计算机辅助设计:
如Aspen、autoCAD、Solidworks等。
二、操作条件
1.塔顶压强4kPa(表压);
2.进料热状况,自选;
3.回流比,自选(要求有用Aspen优化的过程);
4.塔釜加热蒸汽压力506kPa;
5.单板压降不大于0.7kPa;
6.年工作日330天,每天24小时连续运行。
三、设计内容
1.设计方案的确定及工艺流程的说明;
2.塔的工艺计算(主要是物热衡算);
3.塔和塔板主要工艺结构尺寸的设计计算(包括塔径和塔高、塔盘及塔板分块、溢流堰、降液管、筛孔布置、浮阀选型、受液盘等);
4.塔内流体力学性能的设计计算(包括堰上清液层高度、气体通过塔板的压降、降液管内清液层高度、液体在降液管内的停留时间、雾沫夹带量、漏液点等);
5.塔板气-液负荷性能图的绘制(包括操作线、液相上限线、液相下限线、气相下限线、过量雾沫夹带线、液泛线等);
6.精馏塔塔及再沸器和冷凝器的工艺计算结果汇总一览表;
7.辅助设备的选型与计算,特别是再沸器与冷凝器的设计计算;
8.带控制点的生产工艺流程图(PCD图)及精馏塔工艺设计条件图的绘制;
9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。
四、基础数据(见教材,此处略)
五、题目分配
一人一题。
1号做20000t/a;2号做30000t/a;3号做40000t/a;4号做50000t/a;5号做60000t/a;6号做70000t/a;7号做80000t/a。
六、课程设计指导说明(参考教材,此处略)
七、工艺图纸纸质版本参考图
1.工艺流程图和塔设备工艺结构条件图(参见化工原理课程设计教材)
2.苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(参见化工原理课程设计教材)
图1设备机械设计工艺结构条件图
八、精馏塔主要辅助设施计算与选型
①再沸器——有立式(主要是热虹吸式和强制循环式)和卧式(有热虹吸式、强制循环式和釜式)两类,因再沸器涉及到汽液两相流动,其流动状态和流动型式有其特点,计算过程比较复杂,因此要做好分工与合作,按时完成设计任务。
当塔设备很高且热负荷又很大,一般考虑外置式再沸器。
详见再沸器设计。
②冷凝布器——多为列管式,按列管式换热器设计计算程序进行,详见管式换热器设计;
③原料预热器——多为列管式,按列管式换热器设计计算程序进行,详见管式换热器设计;
④除雾沫器——有多种形式,如折流板式、金属丝网除雾器等,详见他附件设计。
⑤料液泵——按流体输送机械计算,详见化工原理第二章;
⑥贮罐——原料液贮罐、成品贮罐等,按贮罐设计规范设计。
4.2附件2
苯-甲苯混合液填料精馏塔课程设计任务书
一、设计任务
完成精馏塔工艺方案设计,运用最优化方法确定最佳操作参数(正确使用工艺过程模拟软件,推荐使用Aspen、ChemCAD、Pro-II、Hysys等进行优化),并在此基础上完成工艺设计计算(手算为主,要求过程详细,且手算与软件计算结果作对比分析);精馏设备工艺结构设计,有关附属设备的设计和选型,绘制带控制点工艺流程图,填料塔工艺条件图以及再沸器和冷凝器结构主要工艺参数(要求能正确运用2D和3D绘图软件绘制图形,推荐使用AutoCAD做2D,Solidworks做3D),编制工艺设计说明书。
二、设计参数
1.年处理量:
20000t,30000t,40000t,50000t,60000t,70000t,80000t——按学号选取规模;
2.料液初温:
35℃
3.料液浓度:
40%,45%,50%,55%,60%(苯质量分率)——按学号选取浓度;
4.塔顶产品浓度:
98%,98.5%,99.0%,99.5%,99.8%(苯质量分率)——任一选取一浓度;
5.塔底釜液含甲苯量不低于98%(以质量计);
6.每年实际生产天数:
330天(一年中有一个月检修);
7.精馏塔塔顶压强:
4kPa(表压);
8.冷却水温度:
30℃;
9.饱和水蒸气压力:
2.5kgf/cm2(表压)(1kgf=98.066kPa);
10.设备形式:
填料塔(尽可能选用高效填料)。
三、设计内容
1.设计方案确定和工艺流程说明;
2.填料精馏塔工艺计算(主要是物热衡算);
3.填料塔主要工艺结构尺寸的设计计算(主要包括有效填料层高度、塔径和塔高);
4.填料精馏塔附属结构的选型与设计(填料、填料支撑、填料压紧与限位、液相收集与液体再分布装置等);
5.填料精馏塔附属设备的选型与设计(主要是再沸器与冷凝器,其次还有泵);
6.填料塔流体力学性能校核(主要是持液量与压降、填料层喷淋密度与表面润湿校核);
7.填料精馏塔的工艺计算结果汇总一览表;
8.填料精馏塔带控制点的工艺流程图(PCD图);
9.填料精馏塔与液体再分布器的工艺条件图;
10.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。
四、基础数据(见教材)
五、题目分配
一人一题,每人规模不同,浓度不同。
8号做20000t/a;9号做30000t/a;10号做40000t/a;11号做50000t/a;12号做60000t/a;13号做70000t/a;14号做80000t/a。
六、其他
参考附件1。
4.3附件3
碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料吸收塔课程设计任务书
一、设计任务
某厂以天然气为原料生产合成氨,选择碳酸丙烯酯(PC)为吸收剂脱除变换气中的CO2,脱碳气供合成氨下一工段使用。
试设计一座碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔,要求与年产合成氨40kt/a,或60kt/a,或80kt/a,或100kt/a,或120kt/a,或140kt/a配套使用。
课程设计中要求正确使用相关软件进行计算机辅助设计:
如Aspen、autoCAD、Solidworks等。
二、操作条件
1.每吨氨耗变换气取4280STPm3变换气/t氨(可简记为Nm3变换气/t氨);
2.变换气组成为:
CO228%;CO2.5%;H249.5%;N216.5%;CH43.5%。
(均为体积%,下同。
其它组分被忽略);
3.要求出塔净化气中CO2的浓度不超过0.5%;
4.PC吸收剂的入塔浓度根据操作情况自选;
5.气液两相的入塔温度均选定为30℃;
6.操作压强为2.8MPa;
7.年工作日330天,每天24小时连续运行。
三、设计内容
1.设计方案的确定及工艺流程的说明;
2.填料吸收塔的工艺计算(主要是物热衡算);
3.填料塔主要工艺结构尺寸的设计计算(主要包括有效填料层高度、塔径和塔高);
4.填料吸收塔附属结构的选型与设计(填料、填料支撑、填料压紧与限位、液相收集与液体再分布装置等);
5.填料塔流体力学性能校核(主要是持液量与压降、填料层喷淋密度与表面润湿校核)
6.塔的工艺计算结果汇总一览表;
7.填料吸收塔的工艺流程图;
8.填料吸收塔与液体再分布器的工艺条件图;
9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。
四、基础数据
1.碳酸丙烯酯(PC)
(1)分子式:
CH3CHOCO2CH2
(3)物理性质
正常沸点,(℃)
蒸汽压×133.32-1Pa
粘度,mPa·s
分子量
204
30℃
38℃
20℃
25℃
40℃
50℃
102.09
0.1
0.24
2.76
2.58
1.916
1.62
(4)密度与温度的关系
温度,(℃)
0
15
25
40
55
100
密度,(kg/m3)
1224
1209
1198
1184
1169
1122
(5)比热容值与比热容计算式
t,K
302.7
313.7
322.6
332.1
Cp,cal/mol
163.11
164.80
170.07
175.16
(6)表面张力
t,K
283.2
293.2
303.2
313.2
323.2
333.2
σ,dyn/cm
43.31
41.55
40.28
38.97
37.89
36.80
(7)凝固点
纯度,%
76
84
90
100
t凝,℃
-64
-61
-58
-54.4
2.CO2在碳酸丙烯酯(PC)中的亨利系数
温度t,(℃)
25
26.7
37.8
40
50
亨利系数E×101.3-1kPa
81.13
81.7
101.7
103.5
120.8
3.CO2在碳酸丙烯酯(PC)中的溶解度数据
(一)
0℃
15℃
25℃
40℃
p,atm
溶解度
p,atm
溶解度
p,atm
溶解度
p,atm
溶解度
4.30
23.6
2.75
10.4
2.82
8.5
2.20
5.0
6.05
34.9
5.95
22.3
3.05
9.2
2.97
6.8
7.92
48.6
6.63
24.7
3.20
9.7
3.35
7.8
8.25
48.2
10.17
41.3
16.00
19.0
5.27
12.0
10.20
61.9
10.50
41.5
6.23
19.2
5.80
13.5
12.15
79.1
12.35
54.3
8.65
28.5
8.50
20.8
14.00
94.3
13.45
59.1
8.90
29.0
9.07
22.4
14.40
94.9
14.20
64.4
10.33
32.6
9.50
24.8
15.25
107
14.30
65.0
11.15
37.4
10.98
27.3
15.75
71.9
12.95
44.1
11.22
28.6
14.65
54.4
13.13
34.6
15.80
58.5
13.45
36.7
14.30
39.5
15.36
41.8
16.55
45.6
注:
表中溶解度数据单位为STPm3CO2/m3PC。
4.CO2在碳酸丙烯酯(PC)中的溶解度数据
(二)(单位为STPm3CO2/m3PC)
-45℃
-30℃
-10℃
0℃
15℃
25℃
40℃
55℃
CO2分压,200mmHg
6.16
3.46
1.92
1.45
1.02
0.82
0.61
0.47
CO2分压,400mmHg
12.3
6.92
3.85
2.90
2.04
1.63
1.22
0.93
CO2分压,600mmHg
18.5
10.4
5.79
4.35
3.06
2.44
1.83
1.40
CO2分压,700mmHg
13.2
7.32
5.51
3.88
3.09
2.32
1.77
5.以煤为原料的变换气中各组分在碳酸丙烯酯(PC)中的溶解度数据
CO2
CO
CO2分压
MPa
溶解度,STPm3CO2/m3PC
CO分压
MPa
溶解度,STPm3CO/m3PC
30℃
40℃
50℃
30℃
40℃
50℃
0.37
10.35
9.27
7.85
0.06
0.024
0.024
0.024
0.50
13.8
12.42
10.24
0.08
0.05
0.05
0.05
0.63
17.2
14.7
12.91
0.10
0.07
0.07
0.06
H2
N2
CH4
H2分压
MPa
溶解度,STPm3H2/m3PC
N2分压
MPa
溶解度,STPm3N2/m3PC
CH4分压
MPa
溶解度,STPm3CH4/m3PC
30℃
40℃
50℃
30℃
40℃
50℃
30℃
40℃
50℃
0.71
0.16
0.21
0.22
0.32
0.18
0.2
0.22
0.009
0.02
0.02
0.02
0.94
0.2
0.22
0.25
0.42
0.29
0.29
0.3
0.012
0.025
0.025
0.025
1.18
0.2
0.23
0.36
0.54
0.39
0.4
0.4
0.015
0.024
0.024
0.024
6.CO2在碳酸丙烯酯(PC)中的溶解热
可近似按下式计算(以
表示)
7.其他物性数据可查化工原理附录、物理化学附录、或化学化工数据手册、化学工程手册、化工工艺设计手册等相关书籍。
五、题目分配
每人一题。
15号做40kt/a;16号做50kt/a;17号做60kt/a;18号做70kt/a,19号做80kt/a,20号做90kt/a,21号做100kt/a,22号做110kt/a。
六、课程设计指导说明
(一)设计方案及流程组织说明
现结合流程图说明吸收流程组织的基本思路。
1.基本考虑
在组织PC吸收CO2的工艺流程时必须考虑以下两个方面:
①PC要循环、原料气要回收使用。
出于经济上的考虑,PC一定要循环使用,因此设计时必须考虑吸收与解吸的组合操作。
PC吸收CO2为物理过程,因此选择较高的操作压力、较低的操作温度对吸收是有利的。
为确保CO2的回收率和出塔净化气中CO2≤0.5%,宜采用气-液逆流吸收流程。
为使PC溶剂循环使用,并充分回收解吸气中N2、H2和CO2等气体,将解吸过程分步解吸,构成三级解吸流程。
第一级减压(0.405MPa绝)闪蒸,目的主要是回收难溶的H2、N2气;第二级常压解吸,目的主要是回收易溶的CO2;第三级空气气提解吸(现改为真空解吸以减少溶剂损耗),目的是保证PC溶剂的再生质量并降低PC的消耗。
此外,设置换热器,分离罐、贮槽、机泵等以构成完整的吸收流程。
②采用变径塔。
考虑到入塔气中CO2的浓度较高,经脱碳塔脱碳后,将有约28%的气体被PC吸收而进入液相,若采用等径塔结构,这将导致下塔气流量大而上塔气流量小,沿塔往上,操作的液气比逐渐增大,并且非常显著。
若要同时满足塔各截面的喷淋密度,则PC的循环量大,动力消耗大,同时增大了解吸的负荷,也造成吸收塔设备投资不必要的增大。
采用变径塔则能很好地解决这个问题。
2.工艺流程及说明
经过上述考虑后,PC吸收CO2可按图1所示流程组织,同学们也可根据自已的想法组织符合生产要求的工艺流程。
图1中,由氢氮气压缩机来的约2.8MPa(绝)的变换气,经油分离器再次分离出气体中的油沫后,从脱碳塔底部进入,与塔上喷淋的碳酸丙烯酯(简称“碳丙”)贫液在填料层内逆流接触,变换气中大部分的CO2被碳丙溶液吸收,出脱碳塔的净化气(脱碳气CO2<0.5%),再经碳丙回收器,分离去除气体中夹带的碳丙雾沫后去氢氮气压缩工段。
吸收了CO2后的碳丙富液,从脱碳塔底部引出,并经减压阀将压力降至0.8~0.9MPa(绝)进入解吸塔下部减压段闪蒸,闪蒸出溶解于富液中的H2、N2、CO及部分CO2,闪蒸气中大约含CO270%(此段气体总量为溶液吸收总量的10%左右),此段闪蒸气体经减压阀调节压力后返回氢氮压缩机三段入口予以回收。
闪蒸段闪蒸后的富液进一步降压至0.11MPa送入真解塔上部常压解吸段进行解吸,富液中90%以上的CO2均在此段解吸出来。
经常压解吸段解吸CO2后的半贫液下降经液封槽后进入上段真空解吸段(真空一),此段采用罗茨鼓风机提吸,其压力控制在0.04MPa(绝)左右,进一步解吸半贫液中的CO2气体。
解吸后的准贫液再经液封槽后下降进入第二真空解吸段,此段采用液环真空泵抽吸,压力控制在0.015~0.02MPa,富液经三段解吸(减压解吸、常压解吸和真空解吸)后CO2含量一般在0.5m3/m3以下,贫液下降至贫液槽储存。
贫液经脱碳泵加压至溶剂冷却器后去脱碳塔。
图1碳酸丙烯酯脱碳工艺流程图
下段真空解吸气(真空二)和三个液封槽闪蒸气分别经两台液环泵抽吸至冷却器,冷却后与上段真空解吸气(真空一)会合后被罗茨鼓风机抽吸,再与常解气会合后一并进入CO2洗涤塔,用循环碳丙液洗涤并回收CO2气相中的碳丙后,CO2送往CO2压缩机加压作甲醇、碳铵或尿素的原料。
洗涤塔回收CO2气中的碳丙液经多次循环逐步提高浓度至10~12%后被补充到解吸塔下部碳丙储槽中。
值得注意的是:
吸收液可分两股或多股在不同的塔段分别加入到吸收塔中,为计算简便,课设时按单股吸收液塔顶入塔设计。
3.工艺流程图绘制
绘制工艺流程图时,要着重考虑物料的种类和走向,输入和输出要明确并用箭头示意,对设备的外形、尺寸、比例等并不作严格要求。
对于带有工艺控制点的工艺流程图只需画出控制点,对自控线不作要求。
在工艺流程图中至少应包括:
①图例;②设备名称和代号
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