化工原理課程設計

化工原理2021/6/271化工原理課程設計的作用1.化工原理的培養(yǎng)目標之一；工程觀點/定量計算/實驗技能/設計能力2.培養(yǎng)自學和綜合運用所學知識的能力；3.通過設計計算培養(yǎng)“四心”；

－－細心、耐心、信心、責任心4.通過設計計算，了解做事的“程序”。

－－“胸有成竹”2021/6/272掌握化工原理課程設計的方法英文中的“5WH”1.What+Why----知其然，知其所以然；

設計目的、設計原理2.Who+When+Where-----故事的三要素；3.How-----1)Howtodesign設計步驟2)Howtodealwithdesigndata設計數(shù)據(jù)處理－－計算規(guī)則、圓整、校核等2021/6/273設計型計算的主要特征1.“從無到有”－－－為設計施工單位提供設備尺寸、接管方位、工藝條件參數(shù)等。2.“校核設備”－－－由于條件變化對現(xiàn)有設備進行校核計算，為實際生產(chǎn)節(jié)省資源。2021/6/274南

京

工

業(yè)

大

學化工原理課程設計任務書

專業(yè):化學工程與工藝班級:化工0705～8/化強0701姓名：

.

設計日期：

2010年

06月

14日至

2010年

06月

25日設計題目：常壓二元篩板精餾塔的設計

設計條件：2021/6/275設計題目：常壓二元篩板精餾塔的設計

設計條件：體系：丙酮－水已知：進料量F：240kmol/h進料濃度ZF：

0.15進料狀態(tài)：q>1,冷液進料(1.08)2021/6/276設計題目：常壓二元篩板精餾塔的設計

設計條件：操作條件：塔頂壓強p頂=4kPa(表壓)，

單板壓降不大于0.7kPa。塔頂冷凝水一般采用深井水，溫度t＝12℃；塔釜加熱方式：1）直接蒸汽加熱；2)間接蒸汽加熱，一般采用3kgf/cm2水蒸汽。全塔效率：ET=52%分離要求：1)xD=99.5％(乙醇－水體系xD=88％)；2)xW=0.2％（乙醇－水體系xW=1％）；3)回流比R/Rmin=1.6。2021/6/277設計計算的內(nèi)容：一、流程的設計；二、物料衡算；三、1.理論板數(shù)NT；2.ET；3.N；四、工藝計算和物性1.Pm；2.tm；3.Mm；4.

m；5.

m；6.

Lm；五、負荷計算2021/6/278設計計算的內(nèi)容：六、1、塔徑D2、溢流裝置

單溢流

弓形降液管；平形降液管平形溢流堰lw＝0.66D,hw；wd；Ad；h03、塔板布置4、n,

5、Z6、塔高2021/6/279設計計算的內(nèi)容：七、流體力學驗證1.Hp；2.ev；3.漏液；4.液泛八、塔板負荷圖九、總圖十、附屬設備及接管尺寸

核心：

精餾段、提餾段計算及校核

換熱器的計算及校核2021/6/2710氯仿－苯體系汽液平衡數(shù)據(jù)(101.325kPa)氯仿質(zhì)量分數(shù)液相汽相t(℃)0.00.080.20.100.13679.90.200.272790.300.40678.10.400.5377.20.500.65760.600.7574.60.700.8372.80.800.9070.50.900.961671.01.0612021/6/2711甲醇－水體系汽液平衡數(shù)據(jù)(101.325kPa)

甲醇mol分數(shù)xyt(℃)0.00.01000.020.13496.40.040.2393.50.060.30491.20.080.36589.30.100.41887.70.150.51784.40.200.57981.7甲醇mol分數(shù)xyt(℃)0.300.665780.400.72975.30.500.77973.10.600.82571.20.700.8769.30.800.91567.50.900.958660.950.979651.01.064.52021/6/2712丙酮－水體系汽液平衡數(shù)據(jù)(101.325kPa)參考教材P306

丙酮mol分數(shù)xyt(℃)0.00.01000.010.25392.70.020.42586.50.050.62475.80.100.75566.50.150.79863.40.200.81562.10.300.83061.0丙酮mol分數(shù)xyt(℃)0.400.83960.40.500.84960.00.600.85959.70.700.87459.00.800.89858.20.900.93557.50.950.96357.01.01.056.132021/6/2713丙酮－水體系汽液平衡數(shù)據(jù)(101.325kPa)[5]，劉雪暖，湯景凝?！痘ぴ碚n程設計》。

丙酮mol分數(shù)xyt(℃)0.00.01000.010.27992.00.0250.4784.20.050.6375.60.100.75466.90.200.81362.40.300.83261.10.400.84260.3丙酮mol分數(shù)xyt(℃)0.500.85159.80.600.86359.20.700.87558.80.800.89758.20.900.93557.40.950.96256.90.9750.97956.71.01.056.52021/6/2714丙酮－水體系汽液平衡數(shù)據(jù)(101.325kPa)

，時鈞，余國淙，汪家鼎?！痘瘜W工程手冊》。

丙酮mol分數(shù)xyt(℃)0.050.638174.80.100.730168.530.150.771665.260.200.791663.590.300.812461.870.400.826960.750.500.838759.950.600.853259.120.700.871258.290.800.895057.490.900.933556.680.950.962756.32021/6/2715丙酮－水體系汽液平衡數(shù)據(jù)

2021/6/2716板式塔一、板式塔結構及性能（1）板式塔結構

進料回流液塔頂氣相塔底液相2021/6/2717塔板結構①氣體通道形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對塔板性能影響很大。②降液管（液體通道）液體流通通道，多為弓形。③受液盤塔板上接受液體的部分。④溢流堰使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充分接觸。2021/6/2718浮閥塔板結構2021/6/2719（2）塔板上的氣—液兩相流動2021/6/2720汽、液兩相接觸方式

兩相流動的推動力

全塔：逆流接觸塔板上：錯流接觸液體：重力氣體：壓力差2021/6/2721

塔板上理想流動情況：液體橫向均勻流過塔板，氣體從氣體通道上升，均勻穿過液層。氣液兩相接觸傳質(zhì)，達相平衡，分離后，繼續(xù)流動。

塔板上的非理想流動情況：

①氣相或液相返混液沫夾帶、氣泡夾帶，即：返混現(xiàn)象

后果：板效率降低。②不均勻流動

液面落差（水力坡度）：引起塔板上氣體分布不均勻；塔壁作用（阻力）：引起塔板上液體分布不均勻。后果：使塔板上氣液接觸不充分，板效率降低。2021/6/2722液泛現(xiàn)象二、

塔內(nèi)氣、液兩相異常流動

（1）液泛

如果由于某種原因，使得氣、液兩相流動不暢，使板上液層迅速積累，以致充滿整個空間，破壞塔的正常操作，稱此現(xiàn)象為液泛。2021/6/27231)過量霧沫夾帶液泛原因：①氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板；②氣相運動是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動。

液泛氣速：

開始發(fā)生液泛時的氣速。2021/6/27242）降液管液泛

當塔內(nèi)氣、液兩相流量較大，導致塔板阻力及降液管內(nèi)阻力增大時，均會引起降液管液層升高，以致達到上一層塔板，破壞降液管的正常流動，直至液相逐漸充滿塔板空間，發(fā)生液泛。說明：兩種液泛互相影響和關聯(lián)，其最終現(xiàn)象相同。2021/6/2725（2）嚴重漏液

漏液量增大，導致塔板上難以維持正常操作所需的液面，無法操作。此漏液為嚴重漏液，稱相應的孔流氣速為漏液點氣速。2021/6/2726三、常用塔板的類型（1）泡罩塔板優(yōu)點：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。缺點：結構復雜，制造成本高，塔板阻力大。組成：升氣管和泡罩2021/6/2727圓形泡罩條形泡罩泡罩塔2021/6/2728（2）篩板塔板優(yōu)點：結構簡單、造價低、塔板阻力小。目前，廣泛應用的一種塔型。塔板上開圓孔，孔徑：3-8mm，大孔徑篩板：12-25mm。2021/6/2729（3）浮閥塔板圓形浮閥條形浮閥浮閥塔盤方形浮閥2021/6/2730優(yōu)點：浮閥根據(jù)氣體流量，自動調(diào)節(jié)開度，提高了塔板的操作彈性、降低塔板的壓降，同時具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中得到廣泛的應用。缺點：浮閥易脫落或損壞。方形浮閥F1型浮閥2021/6/2731（4）多降液管（MD）塔板

優(yōu)點：提高允許液體流量2021/6/2732五.篩板塔化工設計計算（1）塔的有效高度Z

已知：實際塔板數(shù)NP

；塔板間距HT；

選取塔板間距

HT

：理論塔板數(shù)計算軟件塔板間距和塔徑的經(jīng)驗關系塔體高度：有效高+頂部+底部+

其它

有效塔高：2021/6/2733

C：氣體負荷因子，與HT、液體表面張力和兩相接觸狀況有關。①液泛氣速兩相流動參數(shù)FLV：（2）塔徑

確定原則：防止過量液沫夾帶液泛

步驟：先確定液泛氣速uf(m/s)；然后選設計氣速

u；最后計算塔徑D。2021/6/2734對于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖，C20=(HT

、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05篩板塔泛點關聯(lián)圖2021/6/2735②選取設計氣速

u

選取泛點率：u/

uf

一般液體，0.6~0.8

易起泡液體，0.5~0.6所需氣體流通截面積設計氣速

u=泛點率×ufADAd③計算塔徑

D塔截面積：A=AT-Ad塔徑說明：計算塔徑需圓整，且重新計算實際氣速及泛點率。2021/6/2736（3）溢流裝置設計①溢流型式的選擇依據(jù)：塔徑、流量；

型式：單流型、U形流型、雙流型、階梯流型等。②降液管形式和底隙

降液管：弓形、圓形。降液管截面積：由Ad/AT=0.06~0.12確定；底隙

hb

：通常在30~40mm。③

溢流堰（出口堰）

作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。

型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。2021/6/27372021/6/2738堰長

lW

：影響液層高度。堰高hW：直接影響塔板上液層厚度過小，相際傳質(zhì)面積過??；

過大，塔板阻力大，效率低。常、加壓塔：40~80mm；減壓塔：25mm左右。說明：通常應使溢流強度qVLh/lW

不大于100~130m3/（m

h）。

或：

雙流型:單流型：2021/6/2739(4)塔板及其布置

①受液區(qū)和降液區(qū)一般兩區(qū)面積相等。

②入口安定區(qū)和出口安定區(qū)其中，E：液流收縮系數(shù)，一般可近似取E=1。堰上方液頭高度hOW

：要求：③邊緣區(qū)：bcbdbslWrx2021/6/2740（5）篩孔的尺寸和排列

篩孔：有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，常按正三角形排列。篩板開孔率：

單流型弓形降液管塔板：④有效傳質(zhì)區(qū)：

雙流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t2021/6/2741篩孔直徑d0:3~8mm(一般)。

12~25mm(大篩孔)

孔中心距t:(2.5~5)d0

取整。開孔率φ:

通常為0.08~0.12。板厚：碳鋼（3~4mm）、不銹鋼。

篩孔氣速：篩孔數(shù)：d0t2021/6/2742(6)塔板的校核

對初步設計的結果進行調(diào)整和修正。①液沫夾帶量校核單位質(zhì)量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質(zhì)量（或摩爾）ev：

kg液體/kg氣體，或kmol液體/kmol氣體單位時間夾帶到上層塔板的液體質(zhì)量（或摩爾）e：

kg液體/h或kmol液體/h液沫夾帶分率ψ：夾帶的液體流量占橫過塔板液體流量的分數(shù)。故有：

所以2021/6/2743說明：超過允許值，可調(diào)整塔板間距或塔徑。

ev的計算方法：方法1：利用Fair關聯(lián)圖求Ψ，進而求出ev。方法2：用Hunt經(jīng)驗公式計算ev。式中Hf

為板上泡沫層高度：要求：ev≤

0.1

kg

液體/kg氣體。2021/6/2744②塔板阻力的計算和校核

塔板阻力：

塔板阻力hf包括

以下幾部分:

（a）干板阻力h0—氣體通過板上孔的阻力（設無液體時）；

（b）液層阻力hl—氣體通過液層阻力；（c）克服液體表面張力阻力hσ—孔口處表面張力。清液柱高度表示：（a）干板阻力h02021/6/2745d0/δC0塔板孔流系數(shù)C0—孔流系數(shù)2021/6/2746（b）液層阻力hl查圖求充氣系數(shù)β2021/6/2747說明：若