化工原理課程設計簡易步驟08石油3

1、關于課程設計的幾點說明1. 化工原理課程設計是我們學完化工原理理論課后，綜合應用本門課程和有關先修課程知識，完成以單元操作為主的一次設計實踐，是體察工程實際問題復雜性的初次嘗試，是綜合性和實踐性都較強的學習環(huán)節(jié)。2. 通過課程設計，希望大家：初步掌握化工單元操作設計的基本方法和程序；學會查閱文獻資料、搜集有關數(shù)據(jù)、正確選用公式；培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的正確設計思想，學會綜合運用已學過的理論知識去分析和解決工程問題；培養(yǎng)準確而迅速地進行過程計算及主要設備的工藝設計計算的能力；提高運用工程語言（簡潔的文字、清晰的圖表、正確的計算）表達設計思想和計算結果的能力?？紤]到設計時間比較短，我為大家準備了設計的步

2、驟和計算方法，大家還應該查閱資料弄清楚計算的原理，當然，大家也可采用查到的其他方法完成本次設計。3. 請大家按學號在下表中找到自己的設計數(shù)據(jù)，填入設計任務書的空格內：進料組成學號年處理量/萬苯-甲苯正庚烷-正辛烷45%50%55%40%45%50%55%4.072923322712444.538834361365.022409145435.5262115431256.0411632010376.5172423319117.013524283018 最后，祝大家順利完成本次設計！荊楚理工學院化工原理課程設計說明書設計題目 學生姓名 指導老師 學 院 專業(yè)班級 完成時間 目 錄1. 設計任務書 （

3、）2. 設計方案的確定與工藝流程的說明 （）3. 全塔物料衡算 （）4. 塔板數(shù)的確定 （）5. 精餾段操作工藝條件及相關物性數(shù)據(jù)的計算 （）6. 精餾段的汽液負荷計算 （）7. 精餾段主要工藝結構尺寸的計算 （）8. 精餾段塔板的流體力學驗算 （）9. 精餾段塔板的汽液負荷性能圖 （）10. 精餾段計算結果匯總 （）11. 設計評述 （）12. 參考文獻 （）13. 附件 （）附件1：附圖1精餾工藝流程圖附件2：附圖2弓形降液管參數(shù)圖附件3：附圖2塔板布置圖設計任務書一、設計題目： 混合液板式精餾塔設計 二、原始數(shù)據(jù)及操作條件：年處理量： 萬噸料液初溫：35料液濃度： （苯的質量分率）塔頂產(chǎn)

4、品濃度：96%（苯的質量分率）塔底釜液含甲苯量不低于98%（以質量計）每年實際生產(chǎn)天數(shù)300天（每年有兩個月檢修）精餾塔塔頂壓強：4kPa(表壓) 壓力：常壓，單板壓降不大于0.7kPa假定總板效率為：0.6設備型式： （選擇浮閥塔或篩板塔）三、設計內容1、 塔的工藝設計1） 選擇工藝流程和工藝條件：加料狀態(tài)、塔頂蒸汽冷凝方式、塔釜加熱方式等2） 精餾工藝計算：物料衡算確定各物料流量和組成。確定適宜的回流比。計算精餾塔實際塔板數(shù)2、 精餾塔設備設計1） 選擇板型：篩板（浮閥）塔2） 塔板結構設計和流體力學計算3） 繪制塔板負荷性能圖3、 編寫設計說明書要求：按設計程序列出計算公式、寫出詳細計算

5、步驟、計算結果；列出計算結果明細表；附有工藝流程圖，塔板結構簡圖；對所選用的物性數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式、圖表注明來源；設計說明書要求字跡工整，裝訂成冊上交。 板式塔設計簡易步驟一、 設計方案的確定及工藝流程的說明對塔型板型、工藝流程、加料狀態(tài)、塔頂蒸汽冷凝方式、塔釜加熱方式等進行說明，并繪制工藝流程圖。（圖可附在后面）二、 全塔物料衡算：見教材P270計算出F、D、W，單位：kmol/h三、 塔板數(shù)的確定1. 汽液相平衡數(shù)據(jù)：查資料或計算確定相平衡數(shù)據(jù)，并繪制t-x-y圖。2. 確定回流比：先求出最小回流比：P291。再確定適宜回流比：P293。3. 確定理論板數(shù)逐板法或梯級圖解法（塔頂采用全凝器）計

6、算理論板層數(shù)，并確定加料板位置：P291。逐板法需知相對揮發(fā)度：4. 確定實際板數(shù)：估算塔板效率：P310。（需知全塔平均溫度，可由 t-x-y圖確定塔頂、塔底溫度，或通過試差確定塔頂、塔底溫度，再取算術平均值。需知相對揮發(fā)度，可由安托因方程求平均溫度下的飽和蒸汽壓，再按理想溶液計算，本設計中已規(guī)定總板效率，不需另行計算?。┯伤逍视嬎憔s段、提餾段的實際板層數(shù)：P310式6-67。四、 精餾段操作工藝條件及相關物性數(shù)據(jù)的計算1. 操作壓力：取2. 精餾段平均溫度可由泡點方程試差法確定塔頂、進料板溫度或查t-x-y圖確定，再取平均值。3. 平均摩爾質量MVm、MLm由P9式0-27分別計算塔

7、頂、進料板處的摩爾質量，再分別取兩處的算術平均值。汽相的摩爾分率查t-x-y圖。4. 平均密度、 ：用P14式1-7分別計算塔頂、進料板處液相密度，再取算術平均值。5. 液體表面張力由分別計算塔頂與進料板，再取平均值。6. 液體粘度與表面張力的計算相同。五、 精餾段汽液負荷（Vs、s）計算V=（R+1）D L=RD 同時計算Vh、Lh。冷凝器的熱負荷：(本次設計不計算)六、 精餾段主要工藝結構尺寸的計算(一) 板間距HT的初估。板間距初估是為了估算塔徑，在P311表6-5中初選。(二) 塔徑的初估與圓整 P312，1. 液泛速度：計算，并取適宜操作氣速。2. 塔徑：計算，并圓整，再按P311表

8、6-5，檢驗塔徑是否合適。3. 實際操作氣速。(三) 塔板工藝尺寸的計算1. 溢流裝置:說明采用何種形式的溢流堰、降液管、受液盤。（以下為選擇依據(jù)：）1）降液管：降液管有圓形與弓形兩類。通常，圓形降液管只用于小直徑塔，而弓形降液管由部分塔壁和一塊夾板圍成，它能充分利用塔內空間，普遍用于直徑較大、負荷較大的塔板。2)溢流方式： 溢流方式與降液管的布置有關。常用的降液管布置方式有U型流、單溢流、雙溢流及階梯式雙溢流等。常選擇的為單流型和雙流型?？梢老卤磉M行選擇。3）溢流堰的形式：有平直形和齒形兩種。一般選擇平型。4）受液盤: 受液盤有平受液盤和凹形受液盤兩種形式，如下圖所示。 (a) 平受液盤 (

9、b)凹受液盤 平受液盤一般需在塔板上設置進口堰，以保證降液管的液封，并使液體在板上分布均勻。但設置進口堰既占用板面，又易使沉淀物淤積此處造成阻塞，因此可不設進口堰。采用凹形受液盤不需設置進口堰。凹形受液盤既可在低液量時能形成良好的液封，又有改變液體流向的緩沖作用，并便于液體從側線的抽出。對于600mm 以上的塔，多采用凹形受液盤。凹形受液盤的深度一般在50 mm以上，有側線采出時宜取深些。凹形受液盤不適于易聚合及有懸浮固體的情況，因易造成死角而堵塞。溢流裝置的設計計算 1）堰長lw：參見P306 “一、塔板結構 (二)溢流堰”堰長lW應由液體負荷及溢流型式而定。對于常用的弓形降液管：單溢流取l

10、W= （0.60.8）D 其中D為塔徑，m。雙流型塔板，兩側堰長取為塔徑的0.50.7倍。并保證堰上溢流強度，滿足篩板塔的堰上溢流強度要求。2）堰上液層高度how: 太小，堰上的液體均布差，太大則塔板壓強增大，物沫夾帶增加。對于平直堰，堰上液層高度how可用弗朗西斯（Francis）經(jīng)驗公式求算：式中：Ls塔內液體流量，m3/h；lw堰長，m；E液流收縮系數(shù)。液流收縮系數(shù)E，可由液流收縮系數(shù)計算圖查取。一般情況下可取E=1，所引起的誤差對計算結果影響不大。平直堰，一般how>0.006m，若低于此值，改用齒形堰。How也不宜超過0.060.07m，否則改用雙溢流型塔板。3）出口堰高hw：

11、堰高hw需根據(jù)工藝條件與操作要求確定。設計時，一般應保持塔板上清液層高度在50100mm。計算公式： 式中：hL板上液層高度，在50100mm內取值，m；how堰上液層高度，m。 堰高一般在0.030.05m范圍內，對于減壓塔的hw值應較低，以降低塔板的壓降。堰高還要考慮降液管底端的液封，一般應使堰高在降液管底端0.006m以上，大塔徑相應增大此值。若堰高不能滿足液封要求時，可設進口堰。在求出how后，檢驗堰高是否在下式范圍：4）弓形降液管寬度Wd與截面積Af:可根據(jù)查由下圖查得。( 圖中AT為塔橫截面積。 ) 按P306 式6-65驗算停留時間。即 若不能滿足上式要求，應調整降液管尺寸或板間

12、距，直至滿足要求為止。5）降液管底隙高度h0 :降液管底隙高度h0應低于出口堰高度hw，才能保證降液管底端有良好的液封，一般取為： ，m降液管底隙高度一般也不宜小于2025mm，否則易于堵塞，或因安裝偏差而使液流不暢，造成液泛。在設計中，塔徑較小時可取h0為2530mm，塔徑較大時可取h0為40mm左右，最大可達150mm。降液管底隙高度h0也可用下式計算：式中：LS塔內液體流量，m3/s； u0液體通過降液管底隙的流速，m/s；一般可取u0=0.070.25m/s。2. 塔板布置 1）邊緣區(qū)寬度與安定區(qū)寬度塔板通常分為四個區(qū)：即邊緣區(qū)、安定區(qū)、溢流區(qū)、開孔區(qū)。確定邊緣區(qū)寬度：在靠近塔壁的一圈

13、邊緣區(qū)域供支持塔板的邊梁之用，稱為無效區(qū)，也稱邊緣區(qū)。其寬度Wc視塔板的支承需要而定，小塔一般為3076 mm，大塔一般為5075 mm。為防止液體經(jīng)無效區(qū)流過而產(chǎn)生短路現(xiàn)象，可在塔板上沿塔壁設置擋板。確定安定區(qū)寬度：開孔區(qū)與溢流區(qū)之間的不開孔區(qū)域稱為安定區(qū)，也稱為破沫區(qū)。溢流堰前的安定區(qū)寬度為Ws，其作用是在液體進入降液管之前有一段不鼓泡的安定地帶，以免液體大量夾帶氣泡進入降液管；安定區(qū)的寬度可按下述范圍選取，即：溢流堰前的安定區(qū)寬度 Ws=70100 mm 。對小直徑的塔(Dl m)，因塔板面積小，安定區(qū)要相應減小。溢流區(qū)為降液管及受液盤所占的區(qū)域，其中降液管所占面積以Af表示，受液盤所占

14、面積以Af表示。2）計算開孔區(qū)面積： 對單溢流型塔板，開孔區(qū)面積可用下式計算，即 式中 ,m；,m； 為以角度表示的反正弦函數(shù)。 對雙流型塔板，請查資料。以下按浮閥塔板計算：3. 開孔數(shù)及篩孔排列 1）浮閥塔 閥孔直徑： 閥孔直徑由所選浮閥的型號決定，如常用的F1型浮閥的閥孔直徑為39mm。 閥孔數(shù)：閥孔數(shù)n取決于操作時的閥孔氣速u0，而u0由閥孔動能因數(shù)F0決定。 式中uo孔速，m/s; V氣相密度，kg/m3； F0閥孔的動能因子，一般取811(苯-甲苯體系取9-13)，對于不同的工藝條件，也可適當調整。 閥孔數(shù)n的計算： 式中 n閥孔數(shù)；V氣相流量，m3 /s；d0閥孔孔徑，m。由所選浮

15、閥的型號決定。閥孔的排列：閥孔的排列方式有正三角形排列和等腰三角形排列。正三角形排列又有順排和叉排兩種方式（見圖7)。采用叉排時，相鄰兩閥吹出的氣流攪動液層的作用比順排明顯，而且相鄰兩閥容易被吹開，液面梯度較小，鼓泡均勻，所以采用叉排更好。 在整塊式塔板中，閥孔一般按正三角形排列，其孔心距t有75mm，100mm，125mm，150mm等幾種。 在分塊式塔板中，閥孔也可按等腰三角形排列，三角形的底邊t固定為75mm，三角形高h（即排間距）有65mm，70mm，80mm，90mm，l00mm，110mm幾種，必要時還可以調整。按等腰三角形排列時： 按正三角形排列時： 式中 h等腰三角形的高，m；

16、 Aa開孔鼓泡區(qū)面積，m2； t等腰三角形的底邊長，m，一般取為0.075m； A0閥孔總面積，； t 正三角形的孔心距，m。 圖7 浮閥塔盤系列塔盤板開孔型式估算后要根據(jù)實際排間距核算實際閥孔數(shù)。根據(jù)實際閥孔數(shù)校核孔速及閥孔動能因數(shù)。和塔板開孔率。塔板上閥孔的開孔率指閥孔面積與塔截面之比。即 。一般開孔率大，塔板壓降低，霧沫夾帶量少，但操作彈性小，漏液量大，板效率低，最好為6%-9%。（四）精餾段塔高Z1：七、 精餾段塔板的流體力學驗算1 塔板壓降：塔板壓降計算式為：，即要驗算：是否小于設計規(guī)定的0.7kPa。其中hp的計算： 式中：hp與氣體通過一層浮閥塔板的壓強降相當?shù)囊褐叨?，m；hc

17、與氣體克服干板阻力所產(chǎn)生的壓強降相當?shù)囊褐叨?，m；hl與氣體克服板上充氣液層的靜壓強所產(chǎn)生的壓強降相當?shù)囊褐叨?，m；h與氣體克服液體表面張力所產(chǎn)生的壓強降相當?shù)囊褐叨?，m。1）hp的計算：將浮閥達到全開時的閥孔氣速稱之為臨界孔速，以uoc表示。 對于F1重閥（質量約33g，閥孔直徑為39mm）干板壓降計算式為： 閥片全開前（uouoc） 閥片全開后（uouoc） 式中：uo閥孔氣速，m/s；uoc氣體通過閥孔的臨界氣速，m/s。浮閥塔板在浮閥全開前和全開后，壓降隨氣流速度的變化規(guī)律不同，計算時應先計算出臨界氣速uoc，以判別用不同公式計算。將上二式聯(lián)立而解出uOC，令 將g = 9.81

18、m/s2代入，解得： 2）hl的計算：受堰高、氣速及溢流強度（單位溢流周邊長度上的液體流量）等因素的影響，關系較為復雜，一般用下列經(jīng)驗公式計算：式中：hw溢流堰高，m；how堰上液層高度，m；0充氣因數(shù)。充氣因數(shù)0反映板上液層充氣的程度，故稱之為充氣因數(shù)，無因次。當液相為水時，0=0.5；液相為油時，0=0.20.35；液相為碳氫化合物時，0=0.40.5。3）h的計算： 式中：液體表面張力，N/m；h浮閥開度，m。氣體克服液體表面張力所造成的阻力通常很小，可以忽略不計。（?。? 液泛：液泛可分為降液管液泛和液沫夾帶液泛兩種情況，在浮閥塔板的流體力學驗算中通常對降液管液泛進行驗算。為使液體能由

19、上層塔板順利地流入下層塔板，降液管內須維持一定的液層高度Hd。 通常液體中取 Hd·（HT+ hw）。Hd的計算：式中：hP氣體通過一塊塔板的壓降，m；hW溢流堰高度，m；hd液體流過降液管的壓強降，m； HT板間距，m；降液管中泡沫層的相對密度，=L/L。L為降液管中泡沫層的平均密度， kg/ m3。對于一般物系，=0.5；對于發(fā)泡嚴重物系，=0.30.4；對于不易發(fā)泡的物系，=0.60.7。液體流過降液管的壓強降hd可按下述經(jīng)驗公式計算： 塔板上不設進口堰時， 塔板上裝有進口堰時，（略?。﹉p前已算出，hL為清液層高度前也確定。3 過量霧沫夾帶目前多采用驗算泛點率，作為間接判斷霧

20、沫夾帶量的方法。泛點率的意義是指設計負荷與泛點負荷之比，是一種統(tǒng)計的關聯(lián)值，是廣義地指塔內液面的泛濫而導致的效率劇降之點。塔徑大于900mm的塔，F(xiàn)80%；塔徑小于900mm的塔，F(xiàn)70%；對于負壓操作的塔，F(xiàn)75%，便可保證每千克上升氣體夾帶到上一層塔板的液體量小于0.1公斤，即eV0.1。泛點百分率F可依下式計算。式中：ZL液體橫過塔板流動的行程，對單溢流型塔板，ZL=D-2Wd，m；Ab塔板上的液流面積，對單溢流型塔板：Ab= AT-2Af， m2； AT塔截面積，m2； Af降液管截面積，m2；CF泛點負荷因數(shù)由圖查得； K物性系數(shù)，由下表查取。 4嚴重漏液對于浮閥塔，漏液量是隨閥重、

21、孔速的增大、開度的減小與板上液層高度的降低而減小。經(jīng)驗證明，當閥孔的功能因數(shù)F0=56時，漏液量接近10%，因此取F0=56作為控制漏液量的操作下限。驗算時可依下式，求出F0來進行判定：但對于采用輕閥的減壓塔，應適當提高F0的下限值，而對于加壓操作的塔，F(xiàn)0的下限值可低些。如果漏液嚴重，可以適當減小開孔率或降低堰高。八、 精餾段塔板的汽液負荷性能圖1氣相負荷下限線對于F1重閥，以閥孔動能因數(shù)F0 = 5作為控制漏液量的操作下限，即得氣相負荷下限線方程：氣相負荷下限線為表示出不發(fā)生嚴重漏液現(xiàn)象的最低氣體負荷，它是一條與橫軸平行的直線。 2過量霧沫夾帶線對于浮閥塔以霧沫夾帶量eV = 0.1相對應的泛點百分率F 作為上限，根據(jù)泛點率公式計算就可畫出過量霧沫夾帶線。計