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(jié)果的能力?？紤]到設計時間比較短，我為大家準備了設計的

2、步驟和計算方法，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(nèi)：進料 組 成苯-甲苯正庚烷 -正辛烷年學處理號量/45%50%55%40%45%50%55%萬4.072923322712444.538834361365.022409145435.5262115431256.0411632010376.5172423319117.013524283018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（）2.設計方案

3、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(jié)構(gòu)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(jié)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(zhì)量分率）塔頂產(chǎn)品濃度： 96%（苯的質(zhì)量分率）塔底釜液含

4、甲苯量不低于98%（以質(zhì)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(nèi)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(jié)構(gòu)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、寫出詳細計算步驟、計算結(jié)果；列出計算結(jié)果明細表；附有工藝流程圖，

5、塔板結(jié)構(gòu)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、三、全塔物料衡算：見教材P270計算出 F 、 D、 W ，單位： kmol/h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） 計算理論板層數(shù)， 并確定加料板位置： P2

6、91。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 pm ：pDpF取 pm22. 精餾段平均溫度 tm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(zhì)量 MVm 、 MLm由 P 9

7、式 0-27 分別計算塔頂、進料板處的摩爾質(zhì)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 Vm 、 LmVm ：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。pmM VmVmR Tm5.液體表面張力m由mA xAB xB 分別計算塔頂mD 與進料板mF ，再取平均值。6.液體粘度 m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 ）DL=RDVM VmLMVsLs3600Vm3600LmLm同時計算 V h、 Lh 。冷凝器的熱負荷：(本次設計不計算)六、精餾段主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算(一 ) 板間距 HT 的

8、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 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(nèi)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

9、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(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(cè)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(cè)線采出時宜取深些。凹

10、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 l w：參見 P306 “一、塔板結(jié)構(gòu)(二 )溢流堰”堰長 l W 應由液體負荷及溢流型式而定。對于常用的弓形降液管：lW = （ 0.6 0.8 ） DD 為塔徑， m。雙流型塔板，兩側(cè)堰長取為塔徑的0.50.7 倍。并保證堰上溢流強度Lh/ l w100 130m3/m h ，滿足篩板塔的堰上溢流強度要求。2）堰上液層高度h ow : 太小，堰上的液體均布差，太大則塔板壓強增大，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：物沫夾帶增加。Ls塔內(nèi)液體流量，m3/h ；lw

11、 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(jié)果影響不大。平直堰，一般how >0.006m ，若低于此值，改用齒形堰。H ow 也不宜超過0.060.07m，否則改用雙溢流型塔板。3）出口堰高hw：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 50 100mm。計算公式：hW hLhow式中： hL板上液層高度，在50100mm內(nèi)取值， m； how堰上液層高度， m。堰高一般在 0.03 0.05m范圍內(nèi)，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

12、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 W d 與截面積 A f :可根據(jù) l W 查由下圖查得。( 圖中 A T 為塔橫截面積。)D按 P306 式 6-65 驗算停留時間。即若不能滿足上式要求，應調(diào)整降液管尺寸或板間距，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：hOhW(0.006 0.012) ， m降液管底隙高度一般也不宜小于20 25mm，否則易于堵塞，或因安裝偏差而使液流不

13、暢，造成液泛。在設計中，塔徑較小時可取h0 為 25 30mm，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式中： LS塔內(nèi)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 u =0.07 0.25m/s 。02. 塔板布置1）邊緣區(qū)寬度Wc 與安定區(qū)寬度 Ws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Wc ：在靠近塔壁的一圈邊緣區(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5075mm。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

14、沿塔壁設置擋板。確定安定區(qū)寬度Ws ：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(D l m) ，因塔板面積小，安定區(qū)要相應減小。積以溢流區(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。Af表示，受液盤所占面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)

15、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，如常用的閥孔數(shù) ：閥孔數(shù) n 取決于操作時的閥孔氣速u0，而F1 型浮閥的閥孔直徑為u0 由閥孔動能因數(shù)F0 決定。39mm。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(diào)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

16、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(diào)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；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

17、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A0。一般開孔率大，塔板壓AT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Z 1：Z1N1，實1 H T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： ： pp hpL g ，即要驗算： pph p L g 是否小于設計規(guī)定的0.7kPa。其中hp 的計算：hp與氣體通過一層浮閥塔板的壓強降相當?shù)囊褐叨?，m；hc與氣體克服干板阻力所產(chǎn)生的壓強降相當?shù)囊褐叨龋琺；hl與氣體

18、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叨龋琱 與氣體克服液體表面張力所產(chǎn)生的壓強降相當?shù)囊褐叨龋?） 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(zhì)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（uo uoc）m。m；uo閥孔氣速，m/s ；uoc氣體通過閥孔的臨界氣速，m/s 。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 = 9.81m/s 2 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

19、下列經(jīng)驗公式計算：hw溢流堰高，m；how堰上液層高度，m； 0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=0.2 0.35 ；液相為碳氫化合物時， 0=0.4 0.5 。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。 為使液體能由上層塔板順利地流入下層塔板，降液管內(nèi)須維持一定的液層高度 Hd。 通常液體中取 H d ·（ H

20、T+ h w）。H 的計算： H d hp hL hddhP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； H T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， =0.3 0.4 ；對于不易發(fā)泡的物系， =0.6 0.7 。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！）hp 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

21、一種統(tǒng)計的關聯(lián)值，是廣義地指塔內(nèi)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 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eV 0.1 。泛點百分率F 可依下式計算。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= A T-2A f ， 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、 孔速的增大、 開度的減小與板上液層高度的降

22、低而減小。經(jīng)驗證明，當閥孔的功能因數(shù)F0=5 6 時，漏液量接近10%，因此取 F0=5 6 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：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：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。計算時，塔徑大于900mm的塔，取F = 0.8；塔徑小于900mm的塔， F = 0.7；對