甲醇水的體系化工原理課程的設計全解

化工原理課程設計?設計任務?課程設計的目的?課程設計內(nèi)容2017/10/24化化優(yōu)優(yōu)計工設備塔塔設餾館助、、、一二三醸-甲醇-水混合液精餾裝置的設計2017/10/242_課程設計任務2017/10/24設計原始條件-原料液:屮醇水雙泔分混合液-原料液處理萬噸/年-原料液初溫30°C-原料液含甲醇20-90%（質量）-餾出液含甲醇99.0-99,8%（質量）-甲醇回收率299.5%（質量）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°C冷卻水溫升:5°C課程設計任務書沒汁題日甲醇水二元祇分液遞汰特翊裝霣門口it肀酔水液叫“■愾sub.h.1I沒計仨務透行MUttW^TKiiD這用極汽汴SIt1憂化ULh進tiffw按3跑3)1)中的文字郎分必?果用手ffi可以打印:,繪:k?i?rl.zxi:'H-r:i+峭kii

riV--4■w?kv.tin挪:5)沒If姐始數(shù)據(jù)原枓液姐料液處瓊番庳料液抝沒樂料藏含甲_tati液含屮解ft熱麵汽歷城,冷扣水入口番度冷卻水益升達H期20U年ti月UJ0任務*成H期2(H2年6月28日班?/租別化1091化#工嚀果1紺設計#9通r大方招竽教伸王廣全劉學冪致勇2017/10/24工藝計算要求?科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計??科豊曲和?！!計?5課程設計任務設計任務-完成精餾工藝設計,運用最優(yōu)化方法確定最佳操作參數(shù)-選用板式塔進行精餾塔設備工藝設計和有關附屬設備設計和選用-編寫設計說明書和設計計算書-繪制工藝流程圖、塔板結構簡圖、塔板負荷性能圖2017/10/2461課程設計的目的標2017/10/24?總體-培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,特別是本門課程的有關知識解決化工實際問題的能力,使我們學到進行化工設計的基本步驟和方法,得到一次進行化工設計的初步訓練,為今后從事設計工作打下基礎。1課程設計的目的2017/10/24R培養(yǎng)和訓練學生的能力-查閱資料,選用公式和數(shù)據(jù)的能力-從技術上的可行性與經(jīng)濟上的合理性兩方面樹立正確的設計思想,分析和解決工程實際問題的能力-應用計算機的能力-運用簡潔文字、圖表表達設計思想的能力設計準則2017/10/24經(jīng)濟性先進性可靠性和穩(wěn)定性可行性1精餾塔2017/10/2410建立精餾流程精餾塔的工藝計算藝優(yōu)化設1.1精餾流程2017/10/24II1.1精餾流程112017/10/24-加進料料液狀態(tài)-需考慮降低塔釜熱負荷及加熱能位,吋要求的熱狀態(tài)比較穩(wěn)定,一般要在單相狀態(tài)加料方式-高位槽料泵1.1精餾流程2017/10/24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（計算輔助設備）-直接加熱方式1.1精餾流程2017/10/24后要貯存,所以需冷卻(例女［140C?塔頂產(chǎn)品出料狀態(tài)-甲醇出率-50V)?塔底產(chǎn)品出料狀態(tài)?冷凝器位置-自然回流-強制回流_1.2精餾塔的工藝計算__?目標-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=0.33X(CD+CF)+(CS+CW)CD為塔體費用:Cd=13290，Dl2.N(^為換熱器費用:CF=2000-ACs為蒸汽費用Cw為冷卻水費用2017/10/24________1.2精餾塔的工藝計算__?1_?物料衡算（確定進料、塔頂、塔釜的量及_濃度）___?經(jīng)濟費用計算（求R=1.5Rmin時精餾塔費用）____2017/10/24161.2.1物料衡算w2017/10/24BottomsUistilhtc?己知：Xq\Xyy求解D.FF=D+WFeedFXp=DXq+WXyy?要求-單位一致,kg/horkmol/h-采用質量、摩爾兩種單位都有1.2.2經(jīng)濟費用計算2017/10/24最小冋流KR_計算求理論塔板數(shù)N求總板效率￡了及實際板數(shù)?^塔徑估算費用計算2017/10/24?相平衡數(shù)據(jù)1）可以查相關參考書2）對于理想體系可采用相對揮發(fā)度a1.2.2.1最小回流比Rmin計算全塔:（X=卜算VqVL2017/10/24水的物性數(shù)據(jù)求算q值?進料熱狀況參數(shù)q_設進料處壓力P進=（P頂+P釜）/2-據(jù)Antonine方程求出進料處的泡點溫度T#-設計進料溫度TP-根據(jù)甲醇1.2.2.1最小回流比Rminyqline/45°line?根據(jù)f衡關系和q求—Rnlia1.2.2.1最小回流比Rmin計算2017/10/24XFXXd2!2017/10/24xw1.2.2.2求理論塔板數(shù)N-設R=1.5Rmin求算理論塔板數(shù)N-平衡線方程^briu,n[―TIIV精餾段操作線方程提餾段操作線方程q線1.2.2.2求理論塔板數(shù)N2017/10/24?逐板計算法-通過Excel計算nJ■以省很多計算時間?注意:-理論板上精確到小數(shù)點后一位-進料前后方程的過渡1.2.2.3求￡了及實際板數(shù)NtE2017/10/24總板效率￡7-O'Connell公式0,49似.//”245注：?相對揮發(fā)度為全塔平均溫度下的相對揮發(fā)度?粘度為進料溫度下進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1.21.2.2.3求￡了及實際板數(shù)Nt2017/10/2425實際板數(shù)NTnt=n/et-求出全塔總實際板數(shù)-進料口位置1.2.2.4塔徑估算2017/10/24注:塔徑D要圓整D二u

二（0,6?0,8）w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、密度液體表面張力a?計算過程:0JS5u1、a根據(jù)參考書《石油化工基礎數(shù)據(jù)乎冊》齊得并計算2.具體計算過程可參考設計資料P133或《化原》第十章2017/10/24271.2.2.5費用計算精榴塔系統(tǒng)的年總費:00.33X(cD+CF)+(Cs+Cw)?CD為塔體費用:CD=13290-DL2-N?CFS換熱器費用:CF=20004?Cs為蒸汽費用:Cs=200元/噸XW蒸汽?Cw為冷卻水費用:Cw=0.3元/噸XW冷卻水2017/10/2428塔體費用計算2017/10/2429Cd:13290.Di2?N注：D.N都與回流比R有關，因此CD是R的函數(shù)CD=f(R)M（二）換熱器計口__?預熱器調?再沸器W?塔廝_?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2017/10/24302017/10/2431(二)換熱器計P算值)、【2的換熱量Q，kJ/h(考慮熱損失Q為1.05倍計換熱器管程、殼程物流的溫度TnT2.計算或設計"計算平均推動力設總傳熱系數(shù)K，求得換熱器面積A求得蒸汽用量或冷卻水用量W^^]yR注：A.I鐵、卩水都與回流比R有關，是回流比R的函數(shù)CF=f(R)；Cs=f(R)；Cw=f(R)1.2.3根據(jù)經(jīng)濟衡算確定R()pt?精餾塔系統(tǒng)的年總費:C=0.33X(CD+CF)+(CS+CW)?C=f(R)?通過改變R，求得不同R下的費用(包括設備費用、操作費用和總費用)并畫圖，得到費用最小的RQpt2017/10/2432課程設計說明書要求?設計說明?工藝計算2017/10/24532017/10/24b、Vapor-LiquidEquilibriumDataCollection”Vol.1.7、《化工過程工程工業(yè)實踐》S.WBodman著，曲德林等譯演華大學出版社1985)8v《塔的工藝計算》石油工業(yè)出版社(1977)9、《化工過程及設備設計》華南工學院化工原理教研室(1卯7)10，《化工過程及設備設計數(shù)據(jù)及圖集》浙江化工學院《泵類產(chǎn)品樣品》第一冊、第二冊機械工業(yè)出版社12.化學化工物性數(shù)據(jù)手冊(有機卷)青島化工學院等編化學工業(yè)出版社2001)參考文獻.《化工原理課程設計資料》(一:f板式塔浙江工業(yè)大學化工原理教研室編、《化學工程手冊第一篇化工基礎數(shù)據(jù)》化學工業(yè)出版社(1980)、《化學工程手冊第十三篇氣液傳質設備》化學工業(yè)出版社(1979)、《石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊》盧煥章等編著,化學工業(yè)出版社、《化工基本過程與設備設計教科書》［蘇］.N迫特尼奧爾斯科戈2017/10/24課程設計地點?化工09(1),?化?化A314(6.19晚除外)09(3),A314(6.19晚除外)09(4),A114(6.20-622晚除外)化工09(5),A531課程設計時間安排2017/10/24?布置任務0.5天?工藝計算3天?設備計算3天?輔助設備計算2天?畫圖和編寫任務書1.5天課程設計紀律2017/10/24一般情況都要在指定教室做設計,便于老師指導。有吋要向指導教師或課代表請假。指導教師將經(jīng)常點名以督促學生按時完成設計任務。請認真做課程設計??！!謝謝！??！2017/10/24?選擇塔型和板型?塔板結構設計?塔板流體力學計算?塔板負荷性能圖2精餾塔設備優(yōu)化設計2精餾塔設備優(yōu)北設"HDistiLLieRectifyingsectionh‘z卜ReboilerBottoms2017/10/24CondenserStrippingseuion2.1選擇塔型和板型LiquidinLiquidoutLiquidoutVaporinaporinPackedColumnTrayedTower2017/10/2441VaporoutLiquidin?塔型（填料塔、板式塔）2.1選擇塔型和板型?板型-泡罩塔-篩板塔-浮閥塔-穿流塔板(*|VoparflowthroughbwbMoetp.{?!■V?|?fflowthraufhv?iv?*r2017/10/24FATH-TWOPASS2.2塔板結構設i?流動型式單流型雙流型多流型冋流型其它流型FLOWPATHPLOWPATHTHREEPASS*?s?ltanUM2017/10/24wwww2017/10/242.3塔板流體力學計算?塔板結構參數(shù)2.3塔板流體力學計算?塔板結構參數(shù)how堰上液層高度hw堰rWjHT板間距h。底縫Wc邊緣區(qū)Ws安定醫(yī)lw堰長Wd堰寬At全塔面積Af降液管面積Aa開孔區(qū)面積-P2017/10/24452.3塔板流體力學計算2017/10/24塔徑計算降液管結構型式選取堰及降液管設計孔布置干板壓降塔板穩(wěn)定性塔板壓降液泛情況霧沫夷帶負荷性能圖2.3.1塔徑計算基本數(shù)據(jù):氣液組成、體積流量、密度，液體表面張力＜5?預估板間距HT(500mm)?預算塔徑?塔板參數(shù)設計?水力學性能計算2017/10/2447）預算塔徑Pl-PgPgUr=CS的HT得cC-值和預20zx0.2<yy吹20〉2017/10/24u—

(0.6~0.8)w4K預算塔徑1.具體計算過程可參考設計資料:)注:P1332.塔徑D要圓整D=\0^5u2017/10/24492017/10/2450)初步設計塔板結構參數(shù)降液管道截面積八」塔凈截面積An塔板工作面積Aa孔總面積A()孔徑d0(4-8mm)板厚tp堰高1(預設30mm)（四）水力學修正氣速數(shù)值及液泛分率數(shù)值計算液沬夾帶分率（PG要求9分降液管內(nèi)液體停留時間T核算2017/10/2451HT*Af17>5^Ls注:對于易起泡物系，T要取得大一些2017/10/24522.3.3堰及降液管設廿堰的確定板上液面落差A板上清液層高度Ik的計算hQ設計2017/10/24堰上清液層高度的計算?弓形堰的長度—般lw/D=0,6?（18蒙漏2.3.3.1堰的確定|_?醐中類iprr/_LF^t-齒形堰:how<6mm-平堰:how〉6mm2017/10/2454WIDO34023.3.2堰上液層高度的計算?h_二

0.00284EE根據(jù)jfp和_來確定,查圖可得2017/10/2423.3.3板上液面落差A?本課程設計液量較小,A^O2017/10/24565!23.3.4板上清液層高度hj勺計算_麗?先設一hLirH^=hL-how瞧邏?

111整hw?hL=hw

+how2017/10/24572017/10/24降液管底部距下一層塔板的間距h。ho=hw

-(0.01-0.02)m布置2.3.4孑2017/10/24?篩孔選擇取d()=3?8誦,t/d0=2,5?5?邊緣K確定Ws=50?100mmWc=50-60mm?孔數(shù)nhc=0.051注:w0—z（速，與氣量有關cD—流量系數(shù)，與dys存關aq—篩孔面積Aa_開孔g面積2.3.5干板壓降%.2(\Pg1-2?kc(>)<4；2017/10/246()2.3.6穩(wěn)定性漏液狀態(tài)下he(M}=0.0056+0.13hL-ha漏液狀態(tài)下氣速:4.4C穩(wěn)定系數(shù)\＜川-PlPgw^O(M)注:要求K21.52017/10/24ftlhp=hc+hl2.3.872017/10/2462要求e<0.1%H丁—h,霧沫夾帶0.0057A=--(T2.3.7塔板壓降hp2.3.9液泛情況2017/10/2463降液管內(nèi)液層高度HdHd=hL+hd+hphd

=0.153kJ若2Hd-hw〉HT,則產(chǎn)生液泛2017/10/24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下橾作彈性〉L52.4塔板負荷性能圖3.輔助設備的設計,震?塔高的設計?換熱器的設計及選型?泵的設計及麵?接管尺寸的設計?塔和輔助設備都己確定,重新計算總費__用。2017/10/2465S龍i合的十前面的計算得到實際板數(shù)和實際進料A位置,以及板間距ht。!_?幵人孑L(p500?600,每10塊塔板開一個人孔,開人孔處板間距小取(17?0.9料板—?第一塊塔板到塔頂?shù)木嚯x0.5?LOm__?最后一塊塔板到塔底的距離LO~】.5m?裙座高度的設計直接蒸汽加熱2~3m間接蒸汽加熱3?5m______求