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1、2011级生物工程专业化工原理课程设计动员会,一 设计题目,苯-甲苯连续精馏流程的工艺设计,二 设计条件,1、原料：苯-甲苯混合液，苯含量25%(质量分率)，其余为甲苯。2. 分离要求：塔顶产品中苯含量学号以1结尾的为94，往后每学号依次增加0.2%；塔底甲苯中苯含量不高于2.5。3. 生产能力：学号是110：每小时处理原料液12 t；学号尾是1120：每小时处理原料液16 t；学号尾是2130：每小时处理原料液20 t。4、操作条件精馏塔顶压强：4kPa（表压） 单板压降：0.7 kPa 进料热状态：泡点进料 加热蒸气：0.6MPa（绝压）饱和蒸气回流比：自选 5、塔设备类型：筛板塔6、厂址
2、：湘潭地区（年平均气温为17.4）,三 设计内容,1、设计方案的确定及工艺流程叙述2、物料衡算与热量衡算3、塔设备的主要工艺尺寸的设计计算 塔高（含裙座）及塔径 塔板结构尺寸 塔板流体力学验算 塔板的负荷性能图(用毫米坐标纸绘制) 4、辅助设备的工艺设计计算与选型（换热器、贮槽、泵）5、工艺管道的设计计算与选择6、编制设计说明书7、绘制设计图纸,四 设计计算的相关问题,按8000小时进行设计计算,（一）年生产时间,（二）公用工程条件,加热蒸汽等级：0.6MPa（绝压）饱和蒸汽循环冷却水：30 （5的温差）， 即：30 （进）35（出）深井水：18（1012的温差，出口温度最高不超过42）建议：
3、在本设计中全凝器采用深井水，成品冷却采用循环水。,四 设计计算的相关问题,塔高Z=裙座Z1+塔釜Z2+有效段Z3+塔顶Z41.裙座的高度Z1确定因素： 再沸器形式及尺寸； 接管高度和出入孔位置； 釜液是否依靠位差排至其它设备； 安装与检修； 避免塔底泵产生气蚀，等。一般在1.52m左右。,（三）塔高的计算,四 设计计算的相关问题,2.塔釜的高度Z2釜液高度Z取釜液在釜内的停留时间=20min，最下一层塔板的液相流量为Lm3/h，釜液高度为Z，则由：,釜液上方气液分离器空间高度根据防雾沫夹带，最低要求净空高度为800mm，本设计可取12001500mm。塔底封头高度一般采用标准椭圆形封头，查标准
4、封头尺寸得到。Z2=+,四 设计计算的相关问题,3.塔的有效段高度Z3Z3=(N精1)HT精+N提HT提另外要增加： 人孔所在板的板间距增加值对于分块式塔板而言，为了塔板安装方便，一般810块塔板设置一人孔，对于易结焦、结垢的物系，46块塔板设置一人孔。 进料所在板的板间距增加值设计时可按：人孔所在板的板间距取600mm 进料所在板的板间距取700mm,四 设计计算的相关问题,4.塔顶的高度Z4,第一层塔板上方气液分离器空间高度同样，根据防雾沫夹带，最低要求净空高度为800mm，本设计可取14001500mm左右（考虑安装除沫器的高度）。一般而言，该高度应为板间距的1.52.0倍。塔顶封头高度
5、一般采用标准椭圆形封头，查标准封头尺寸得到。Z4=+,塔高Z=裙座Z1+塔釜Z2+有效段Z3+塔顶Z4,四 设计计算的相关问题,（四）塔径,原则上：要根据精馏段数据和提馏段数据分别计算精馏段和提馏段的塔径，因本设计两段的塔径相差不大，为简化计算过程，可采用等径塔。计算时注意：因提馏段气相流量较大，故以提馏段数据确定全塔塔径较为安全可靠。将计算值与设计规范值比较进行圆整，得到设计塔径。,四 设计计算的相关问题,（五）辅助设备的设计, 由两流体的定性温度tm、Tm计算温差t，然后根据t确定列管换热器的类型：t50采用固定管板式；t50采用浮头式。 计算热负荷：确定冷剂或热剂量；初步估算K值；根据热
6、负荷计算换热面积。 对于再沸器而言，按QKSt进行计算时，其中的t就是“加热蒸汽的温度与塔底温度之差”。 根据换热面积查相应系列标准，选择换热器。,换热设备,1,四 设计计算的相关问题, 原料贮槽及产品贮槽 容量按储存7天的量进行设计，同时考虑装填系数。 产品中间贮槽 容量按储存8小时的量进行设计，同时考虑装填系数。 回流罐 容量按冷凝液在回流罐中停留10min、罐的装填系数取0.7，进行设计。,贮槽,2,注意：上述贮槽类容器的设计，都要严格注意高径比！,四 设计计算的相关问题,式中：Z为两截面处位头差；p/g为两截面处静压头差；u2/2g为两截面处动压头差；hf1为直管阻力；hf2为管件、阀
7、门局部阻力；hf3为流体流经设备的阻力。根据物性、扬程及需要流量，初步选泵,3,泵,初步计算泵扬程H根据贮槽内液面与输送到的设备进口处的管截面建立机械能衡算式：,注意：当厂址确定及平面、立面布置完成后，还应按管线走向及长度进一步核定，对初选泵的参数进一步核算。,四 设计计算的相关问题,4,辅助设备汇总表,辅助设备汇总表,四 设计计算的相关问题,（六）管道的设计计算与选择,按右式计算管径：,式中：体积流量V（m3/h）；流体流速u（m/s）,流速参考取值：,原料液管流速0.5m/s 回流液管流速0.3m/s釜液出口管0.5m/s塔顶出口蒸汽管15m/s 加热蒸汽管15m/s，蒸汽冷凝水管0.2m
8、/s 水管1.5m/s,按计算值及被输送物料的物性选择合适的管道,核算设计的实际流速,四 设计计算的相关问题,管道设计结果汇总,管道设计汇总表,五 设计图纸,1、工艺控制流程图 A1图纸横幅绘制 2、塔板布置图 A2图纸横幅绘制或A4图幅竖幅绘制 3、精馏塔的工艺条件图 A1图纸竖幅绘制,六 图纸绘制的基本知识,（一）图纸幅面 (GB/T 14689-2008),六 图纸绘制的基本知识,（二）图框格式 (GB/T 14689-2008),不留装订边图框格式,六 图纸绘制的基本知识,留有装订边图框格式,六 图纸绘制的基本知识,60mm,45mm,15mm,15mm,25mm,20mm,共 张,第
9、 张,比例,年,审核,校核,（图 号）,制图,设计阶段,设计,设计项目,（ 图 名 ）,日 期,签 字,职责,化工原理课程设计,湖南科技大学化学化工学院,180mm,细实线,粗实线,字号：7号字,字号：5号字,注意：标题栏中各部分字号的大小，除标明的外，其余均为3号字。,（三）标题栏的格式及相关要求,七 工艺流程图的绘制要求,（一）工艺控制流程图的线型与线宽,图线宽度分以下三种：粗线0.60.9mm；中粗线0.30.5mm；细线0.150.25mm。具体使用宽度需视图样复杂程度在相应规定范围内选择，工艺控制流程图中设备轮廓线采用0.25mm，具体用法见下表。,3、化工工艺图纸的作用,第一章 化
10、工工艺制图概述(教材第七章),表 化工工艺图纸的图线用法及宽度（HG/T 20519-2009）,（二）工艺控制流程图中阀门、主要管件的绘制,圆黑点直径2mm,圆直径4mm(标准规定)，23mm(建议使用),说明： a. 阀门绘制尺寸：长6mm宽3mm，或长4mm宽2mm； b. 在流程图上，所有阀门的大小应一致； c. 水平绘制不同高度的阀门，尽可能排列在同一垂直线上； d. 垂直绘制不同位置的阀门，尽可能排列在同一水平线上； e. 阀门在图上表示的高低位置，应大致符合实际高度。,七 工艺流程图的绘制要求,（三）工艺控制流程图中流程线的绘制规定,流程线一般画成水平线和垂直线，转弯一律画成直角
11、(即横平竖直)。,流程线发生交错时，同一物料按“先不断后断”的原则断开其中一根；不同物料的流程线交错，主物料线不断，辅物料线断，即“主不断辅断”。在两设备之间的流程线上，至少应有一个流向箭头。,七 工艺流程图的绘制要求,（四）工艺控制流程图中设备位号的编制与标注,七 工艺流程图的绘制要求,说明：设备分类代号（“T”塔） 主项代号（“15”）：工段分区序号，两位数字（注：我们设计时可取一位数）。 设备序号“08” ：由两位数字表示，一般按工艺流程顺序编号。 相同设备尾号 “A” ：对于数量不止一台的相同设备，按排列顺序依次以大写英文字母A、B、C作为每台设备的尾号，用以区别同一位号。,位号编制,
12、下一张,设备分类代号,返回,七 工艺流程图的绘制要求,在工艺流程图中，一般要在两个地方标注设备位号：第一是标注在设备的正上方（或正下方），要求水平排列整齐。若在垂直方向排列设备较多时，它们的位号和名称也可由上而下按序标注。第二是标注在设备内或其近旁，但此处只注位号和位号线，不注设备名称。,位号标注,工艺控制流程图示例,返回,比例：通常选用2或5的倍数(1:2,1:5,1:10,1:20等)，特殊情况可选3的倍数。本课程设计可采用1:20图线：,参见机械制图 图样画法 图线(GB/T 4457.4-2002)，推荐:粗线0.5mm，细线0.25mm，或粗线0.7mm、细线0.35mm。具体视图样
13、复杂程度而定。（具体见下表）,八 塔设备条件图的绘制要求,表 化工设备图样图线的规定,八 塔设备条件图的绘制要求,塔设备条件图示例,当多孔板的孔径相同且按一定的角度规则排列时，用细实线按一定的角度交错来表示孔的中心位置，用粗实线表示钻孔的范围，同时画出几个孔并注明孔数和孔径。,九 塔板布置图的绘制规定,1、如采用CAD绘制的图纸，要求全部打印2、设计说明书要求用Word录入，并打印装订成册3、图纸装订在说明书之后4、设计说明书的封面采用下发的模板,十 对提交的设计文件的要求,十一 主要参考文献,1、李国庭.化工设计概论.北京：化学工业出版社，20082、匡国柱，化工单元过程及设备课程设计，化学工业出版社，20013、上海医药工业设计研究院.化工工艺设计手册.北京，化学工业出版社，2003.4、化工设备设计全书，化学工业出版社，2002，共9册5、化工设备标准手册，1996，共三卷6、姚玉英.化工原理（上、下册），天津科技出版社7、刘道德等.化工设备的选择与设计（第三版），中南大学出版社，2003. 8、化工原理课程设计指导书9、化工设备机械基础,十二 课程设计的提交,时间：2013年1月7日下午2点地点：化工楼四楼化工系办公室,谢谢大家！,
