甲醇水體系化工原理課程設(shè)計PPT課件

1、2021-11-161課程設(shè)計任務(wù)設(shè)計題目 甲醇-水混合液精餾裝置的設(shè)計第1頁/共73頁2021-11-162課程設(shè)計任務(wù) 設(shè)計原始條件 原料液： 甲醇水雙組分混合液 原料液處理量 1-3萬噸/年 原料液初溫 30 原料液含甲醇 20-90 % (質(zhì)量) 餾出液含甲醇 99.0-99.8 % (質(zhì)量) 甲醇回收率 99.5 % (質(zhì)量) 蒸汽壓力（絕）：5kgf/cm2 每年實際生產(chǎn)時間：8000小時 冷卻水溫度：30 冷卻水溫升：5第2頁/共73頁2021-11-163第3頁/共73頁2021-11-164第4頁/共73頁2021-11-165課程設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù) 完成精餾工藝設(shè)計，運用最優(yōu)

2、化方法確定最佳操作參數(shù) 選用板式塔進(jìn)行精餾塔設(shè)備工藝設(shè)計和有關(guān)附屬設(shè)備設(shè)計和選用 編寫設(shè)計說明書和設(shè)計計算書 繪制工藝流程圖、塔板結(jié)構(gòu)簡圖、塔板負(fù)荷性能圖第5頁/共73頁2021-11-166課程設(shè)計的目的 總體目標(biāo)： 培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，特別是本門課程的有關(guān)知識解決化工實際問題的能力，使我們學(xué)到進(jìn)行化工設(shè)計的基本步驟和方法，得到一次進(jìn)行化工設(shè)計的初步訓(xùn)練，為今后從事設(shè)計工作打下基礎(chǔ)。第6頁/共73頁2021-11-167課程設(shè)計的目的培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的能力 查閱資料，選用公式和數(shù)據(jù)的能力 從技術(shù)上的可行性與經(jīng)濟(jì)上的合理性兩方面樹立正確的設(shè)計思想，分析和解決工程實際問題的能力 應(yīng)用計算機(jī)的

3、能力 運用簡潔文字、圖表表達(dá)設(shè)計思想的能力第7頁/共73頁2021-11-168設(shè)計準(zhǔn)則經(jīng)濟(jì)性先進(jìn)性可靠性和穩(wěn)定性可行性第8頁/共73頁2021-11-1691 精餾塔工藝優(yōu)化設(shè)計建立精餾流程精餾塔的工藝計算第9頁/共73頁2021-11-16101.1 精餾流程第10頁/共73頁2021-11-1611 1.1 精餾流程 加料方式 高位槽 加料泵進(jìn)料料液狀態(tài) 需考慮降低塔釜熱負(fù)荷及加熱能位，同時要求的熱狀態(tài)比較穩(wěn)定，一般要在單相狀態(tài)第11頁/共73頁2021-11-16121.1 精餾流程塔頂冷凝狀態(tài) 全凝器 分凝器塔釜加熱方式 再沸器間接加熱方式 (計算輔助設(shè)備) 直接加熱方式第12頁/共

4、73頁2021-11-16131.1 精餾流程 塔頂產(chǎn)品出料狀態(tài) 甲醇出料后要貯存，所以需冷卻(例如40 50 ) 塔底產(chǎn)品出料狀態(tài) 冷凝器位置 自然回流 強(qiáng)制回流第13頁/共73頁2021-11-16141.2 精餾塔的工藝計算 目標(biāo) 要求精餾塔系統(tǒng)的年總費用最小 精餾塔系統(tǒng)的年總費： C=0.33(CD+CF)+(CS+CW) CD為塔體費用： CD =13290D1.2N CF為換熱器費用： CF =2000A CS為蒸汽費用 CW為冷卻水費用第14頁/共73頁2021-11-16151.2 精餾塔的工藝計算 物料衡算(確定進(jìn)料、塔頂、塔釜的量及濃度) 經(jīng)濟(jì)費用計算(求R=1.5Rmin

5、時精餾塔費用) 根據(jù)經(jīng)濟(jì)衡算確定Ropt第15頁/共73頁2021-11-1616 已知：xD、xW、xF、W求解D、F F=D+W F xF=D xD +W xW 要求 單位一致 , kg/h or kmol/h 采用質(zhì)量、摩爾兩種單位都有BottomsQ7Q1FeedDistillate第16頁/共73頁2021-11-1617 最小回流比Rmin計算 求理論塔板數(shù)N 求總板效率ET及實際板數(shù)NT 塔徑估算 費用計算第17頁/共73頁2021-11-1618Rmin計算 相平衡數(shù)據(jù) 1)可以查相關(guān)參考書 2)對于理想體系可采用相對揮發(fā)度釜頂 全塔：第18頁/共73頁2021-11-1619

6、Rmin計算 進(jìn)料熱狀況參數(shù)q 設(shè)進(jìn)料處壓力P進(jìn)=(P頂+P釜)/2 據(jù)Antonine方程求出進(jìn)料處的泡點溫度T泡點 設(shè)計進(jìn)料溫度TF 根據(jù)甲醇、水的物性數(shù)據(jù)求算q值LVFViiiiq第19頁/共73頁2021-11-1620Rmin計算 根據(jù)平衡關(guān)系和q求得RminxEquilibriumcurve45 linexDxFq lineafye第20頁/共73頁2021-11-1621N 設(shè)R=1.5Rmin求算理論塔板數(shù)N 平衡線方程 精餾段操作線方程 提餾段操作線方程 q線Equilibrium curvexFxwyxD1234x第21頁/共73頁2021-11-1622N 逐板計算法 通

7、過Excel計算可以省很多計算時間 注意： 理論板上精確到小數(shù)點后一位 進(jìn)料前后方程的過渡 第22頁/共73頁2021-11-1623ET及實際板數(shù)NT 總板效率ET OConnell公式注： 相對揮發(fā)度為全塔平均溫度下的相對揮發(fā)度 粘度為進(jìn)料溫度下進(jìn)料組成的摩爾平均粘度 f為系數(shù)，根據(jù)塔板種類而定，如篩板為1.1、泡罩為1、浮閥為1.2245. 0)(49. 0fET第23頁/共73頁2021-11-1624ET及實際板數(shù)NT 實際板數(shù)NT NT=N/ET 求出全塔總實際板數(shù) 進(jìn)料口位置第24頁/共73頁2021-11-1625以塔頂?shù)谝粔K板計算對象 基本數(shù)據(jù)：氣液組成、體積流量、密度， 液

8、體表面張力 計算過程： 注：塔徑D要圓整uVDs785. 0Fuu)8 . 06 . 0(第25頁/共73頁2021-11-1626 注：1、根據(jù)參考書石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊查得并計算2、具體計算過程可參考設(shè)計資料P133或化原第十章GGLFCu2 . 02020CC第26頁/共73頁2021-11-1627精餾塔系統(tǒng)的年總費： C=0.33(CD+CF)+(CS+CW) CD為塔體費用： CD =13290D1.2N CF為換熱器費用： CF =2000A CS為蒸汽費用：CS=200元/噸W蒸汽 CW為冷卻水費用： CW = 0.3元/噸W冷卻水第27頁/共73頁2021-11-1628（一

9、）塔體費用計算 CD =13290D1.2N 注：D、N都與回流比R有關(guān)， 因此CD 是R的函數(shù) CD=f(R)第28頁/共73頁2021-11-1629（二）換熱器計算 預(yù)熱器 再沸器 塔頂冷凝器 塔頂產(chǎn)品冷卻器注意：1、分別計算換熱面積2、蒸汽用量或冷卻水用量第29頁/共73頁2021-11-1630（二）換熱器計算 換熱量Q，kJ/h (考慮熱損失Q為1.05倍計算值) 換熱器管程、殼程物流的溫度T1、T2、t1、t2的計算或設(shè)計 計算平均推動力tm 設(shè)總傳熱系數(shù)K，求得換熱器面積A 求得蒸汽用量W蒸汽或冷卻水用量W冷卻水注：A、 W蒸汽、W冷卻水都與回流比R有關(guān)，是回流比R的函數(shù) CF

10、=f(R)； CS=f(R)； CW=f(R)第30頁/共73頁2021-11-1631Ropt 精餾塔系統(tǒng)的年總費： C=0.33(CD+CF)+(CS+CW) C=f(R) 通過改變R，求得不同R下的費用(包括設(shè)備費用、操作費用和總費用)并畫圖，得到費用最小的Ropt第31頁/共73頁2021-11-1632課程設(shè)計說明書要求 設(shè)計說明 工藝計算第32頁/共73頁2021-11-16331、化工原理課程設(shè)計資料（一）板式塔 浙江工業(yè)大學(xué)化工原理教研室編 2、化學(xué)工程手冊 第一篇 化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)化學(xué)工業(yè)出版社（1980）3、化學(xué)工程手冊 第十三篇 氣液傳質(zhì)設(shè)備化學(xué)工業(yè)出版社（1979）4、石油

11、化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊盧煥章等編著，化學(xué)工業(yè)出版社5、化工基本過程與設(shè)備 設(shè)計教科書蘇N迫特尼奧爾斯科戈6、“Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection” Vol 17、化工過程工程工業(yè)實踐SW Bodman著，曲德林等譯 清華大學(xué)出版社（1985）8、塔的工藝計算 石油工業(yè)出版社（1977）9、化工過程及設(shè)備設(shè)計華南工學(xué)院化工原理教研室（1987）10、化工過程及設(shè)備設(shè)計 數(shù)據(jù)及圖集浙江化工學(xué)院11、泵類產(chǎn)品樣品第一冊、第二冊 機(jī)械工業(yè)出版社12、化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊（有機(jī)卷） 青島化工學(xué)院等編 化學(xué)工業(yè)出版社（2001）參考文獻(xiàn)第33頁/共73頁2021-1

12、1-1634課程設(shè)計地點 化工09(1)，A314(6.19晚除外) 化工09(3)，A314(6.19晚除外) 化工09(4 ), A114(6.20-6.22晚除外) 化工09(5 ), A531第34頁/共73頁2021-11-1635課程設(shè)計時間安排 布置任務(wù) 0.5天 工藝計算 3天 設(shè)備計算 3天 輔助設(shè)備計算 2天 畫圖和編寫任務(wù)書 1.5天第35頁/共73頁2021-11-1636課程設(shè)計紀(jì)律 一般情況都要在指定教室做設(shè)計，便于老師指導(dǎo)。 有時要向指導(dǎo)教師或課代表請假。 指導(dǎo)教師將經(jīng)常點名以督促學(xué)生按時完成設(shè)計任務(wù)。第36頁/共73頁2021-11-1637請認(rèn)真做課程設(shè)計！

13、謝謝 ！第37頁/共73頁2021-11-16382精餾塔設(shè)備優(yōu)化設(shè)計 選擇塔型和板型 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計 塔板流體力學(xué)計算 塔板負(fù)荷性能圖第38頁/共73頁2021-11-16392 精餾塔設(shè)備優(yōu)化設(shè)計DistillateCondenserReflux, LFeedBottomsReboilerRectifying sectionStripping sectionD, xDF, zFB, xB第39頁/共73頁2021-11-16402.1 選擇塔型和板型 塔型(填料塔、板式塔）Liquid in Vapor in Vapor outLiquid out12N1NTrayed TowerLiqui

14、d in Vapor in Vapor outLiquid outPacked Column第40頁/共73頁2021-11-16412.1 選擇塔型和板型 板型 泡罩塔 篩板塔 浮閥塔 穿流塔板第41頁/共73頁2021-11-16422.2 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計 流動型式單流型雙流型多流型回流型其它流型第42頁/共73頁2021-11-16432.3 塔板流體力學(xué)計算 塔板結(jié)構(gòu)參數(shù) HThwhowHdh0h1hw AfAaWdWsWsWclw第43頁/共73頁2021-11-16442.3 塔板流體力學(xué)計算 塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)how堰上液層高度hw堰高HT板間距ho底縫Wc邊緣區(qū) Ws安定區(qū)lw堰長 W

15、d堰寬AT全塔面積Af降液管面積Aa開孔區(qū)面積第44頁/共73頁2021-11-16452.3 塔板流體力學(xué)計算 塔徑計算 降液管結(jié)構(gòu)型式選取 堰及降液管設(shè)計 孔布置 干板壓降 塔板穩(wěn)定性 塔板壓降 液泛情況 霧沫夾帶 負(fù)荷性能圖第45頁/共73頁2021-11-1646基本數(shù)據(jù)：氣液組成、體積流量、密度， 液體表面張力 預(yù)估板間距HT(500mm) 預(yù)算塔徑 塔板參數(shù)設(shè)計 水力學(xué)性能計算第46頁/共73頁2021-11-1647(二）預(yù)算塔徑 求 值和預(yù)設(shè)的HT得C20 Fuu)8 . 06 . 0(2 . 02020CCGGLFCu5 . 0GLGLVV第47頁/共73頁2021-11-1

16、648(二）預(yù)算塔徑 注： 1、具體計算過程可參考設(shè)計資料P133 2、塔徑D要圓整uVDs785. 0第48頁/共73頁2021-11-1649(三）初步設(shè)計塔板結(jié)構(gòu)參數(shù) 降液管道截面積Ad 塔凈截面積An 塔板工作面積Aa 孔總面積A0 孔徑d0(48mm) 板厚tp 堰高h(yuǎn)w(預(yù)設(shè)30mm)第49頁/共73頁2021-11-1650(四) 水力學(xué)性能計算 修正氣速數(shù)值及液泛分率數(shù)值 計算液沫夾帶分率(要求0.1) 降液管內(nèi)液體停留時間核算 注：對于易起泡物系，要取得大一些sLAHSfT5第50頁/共73頁2021-11-1651 單溢流 雙溢流 多降液管第51頁/共73頁2021-11-

17、1652 堰的確定 堰上清液層高度how的計算 板上液面落差 板上清液層高度hL的計算 ho設(shè)計第52頁/共73頁2021-11-1653 堰的種類 齒形堰：how6mm 平堰： how6mm 弓形堰的長度一般lw/D=0.60.8第53頁/共73頁2021-11-1654how的計算 E根據(jù) 和 來確定，查圖可得3/200284. 0wowlLEhNoImage 5 . 2wlLDlw第54頁/共73頁2021-11-1655 本課程設(shè)計液量較小， 0第55頁/共73頁2021-11-1656hL的計算 先設(shè)一hL hw= hL how 圓整hw hL= hw how第56頁/共73頁202

18、1-11-1657ho設(shè)計 降液管底部距下一層塔板的間距hohohw （0.010.02）m第57頁/共73頁2021-11-1658 篩孔選擇取d0=38mm，t/ d0 =2.55 邊緣區(qū)確定WS=50100mmWC=5060mm 孔數(shù)n第58頁/共73頁2021-11-1659干板壓降注：W0氣速，與氣量有關(guān)C0流量系數(shù)，與d0/有關(guān)A0篩孔面積Aa開孔區(qū)面積202001051. 0aLGcAACwh第59頁/共73頁2021-11-1660 漏液狀態(tài)下hc(M)=0.0056+0.13hL-h 漏液狀態(tài)下氣速： 穩(wěn)定系數(shù)注：要求K1.5GLMcMhCW)(0)(04 . 4)(00MW

19、WK 第60頁/共73頁2021-11-1661hphp=hc+hl2 . 30057. 0fTGvhHwe要求ev0.1第61頁/共73頁2021-11-1662液泛情況 降液管內(nèi)液層高度HdHd=hL+hd+hp 若2Hd-hwHT，則產(chǎn)生液泛2153. 0owsdhlLh第62頁/共73頁2021-11-16632.4塔板負(fù)荷性能圖 漏液線 液體流量下限線 液體流量上限線 液泛線 霧沫夾帶上限線注：上操作彈性1.5下操作彈性1.5第63頁/共73頁2021-11-16643. 輔助設(shè)備的設(shè)計 塔高的設(shè)計 換熱器的設(shè)計及選型 泵的設(shè)計及選型 接管尺寸的設(shè)計 塔和輔助設(shè)備都已確定，重新計算總

20、費用。第64頁/共73頁2021-11-1665塔高的設(shè)計 前面的計算得到實際板數(shù)和實際進(jìn)料位置，以及板間距HT 。 開人孔500600，每10塊塔板開一個人孔，開人孔處板間距HT取0.70.9 m 進(jìn)料板HT0.70.9m 第一塊塔板到塔頂?shù)木嚯x 0.51.0 m 最后一塊塔板到塔底的距離1.01.5m 裙座高度的設(shè)計 直接蒸汽加熱 23 m 間接蒸汽加熱 35 m求得全塔高度和進(jìn)料板位置高度。第65頁/共73頁2021-11-1666換熱器的設(shè)計換熱器包括全凝器、再沸器、預(yù)熱器和冷凝器。 三個選型：只需計算換熱面積，A=Q/(Ktm)，即可選型。 一個選型要選型和校核，一般選取全凝器。全凝器的選型和校核：計算換熱面積 A=Q/(Ktm)確定管程管內(nèi)流速，管徑，可計算得到管截面積，管根數(shù)，單管程管長，管程數(shù)。通過換熱面積 ，管長，管程數(shù)進(jìn)行選型。第66頁/共73頁2021-11-1667校核