化工原理课程设计(新)

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1、注：页面设置：页边距上 2.5cm、下 2.5cm、左 3cm、右 2.5cm，左侧装订。 化工原理化工原理 课课程程设计说设计说明明书书设计题目设计题目 年产 5 万吨乙醇精馏塔的设计 学学 号号 XXX 学生姓名学生姓名 XXX 指导老师指导老师 XXX 学学 院院 化学与化工材料学院 专业班级专业班级 化工 1 班 完成时间完成时间 2010 年 5 月 6 日 Comment U1: 黑体三号。段前段后 各空 1 行，行间距固定值 22 磅。I目 录第一章 概 述.11.1 精馏操作对塔设备的要求11.2 板式塔类型11.2.1 筛板塔11.2.2 浮阀塔21.3 精馏塔的设计步骤2第

2、二章 设计方案的确定32.1 操作条件的确定32.1.1 操作压力32.1.2 进料状态32.1.3 加热方式32.1.4 冷却剂与出口温度32.1.5 热能的利用42.2 确定设计方案的原则42.2.1 满足工艺和操作的要求42.2.2 满足经济上的要求42.2.3 保证安全生产4第三章 板式精馏塔的工艺计算53.1 物料衡算与操作线方程53.1.1 常规塔53.1.2 直接蒸汽加热5第四章 板式塔主要尺寸的设计计算74.1 塔的有效高度和板间距的初选74.1.1 塔的有效高度74.1.2 板间距的初选74.2 塔径74.2.1 初步计算塔径7第五章 板式塔的结构9Comment U2: 目

3、录自动生成，字体 宋体小四，行距固定值 22 磅。II5.1 塔的总体结构95.2 塔体总高度9第六章 精馏装置的附属设备106.1 回流冷凝器106.2 管壳式换热器的设计与选型106.3 再沸器10精馏塔设计结果一览表11参考文献13后记及其他14附件 1：酒精精馏工艺流程图.15附件 2：主体设备条件图.16Comment U3: 每章题目采用三号黑 体，章节题目间、每节题目与正文间 空一个标准行，标准行行距为“单倍 行距” 。其余的行间距为固定值 22 磅， 段前、段后均为 0 磅。Comment U4: 二级标题，宋体小三， 段前段后各空 0.5 行；行距：固定值 22 磅。Comm

4、ent w5: 参考文献用“ ”与 相应的数字表示，作为文字的上标使 用。参考文献的序号按照在正文中引 用的先后顺序依次进行编号Comment U6: 正文字体：宋体小四； 行间距：固定值 22 磅。Comment U7: 三级标题，字体：宋 体四号；段前段后各空 0.5 行，行距： 固定值 22 磅。0第一章 概 述1.1 精馏操作对塔设备的要求精馏所进行的是气（汽） 、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气（汽） 、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：（1）气（汽） 、液处理量大，即生

5、产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象1。1.2 板式塔类型气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。1.2.1 筛板塔筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：（1）结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的 60，为浮阀塔的 80左右。（2）处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 1015。（3）塔板效率高，比泡罩塔高 15左右。（4）压降较低，每板压力比泡罩塔约低

6、 30左右。筛板塔的缺点是：（1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。1（2）操作弹性较小(约 23)。（3）小孔筛板容易堵塞。1.2.2 浮阀塔浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：1.3 精馏塔的设计步骤本设计按以下几个阶段进行：（1）设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。（2）蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。（3）塔板设计：计算塔板各主要工艺尺

7、寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图。（4）管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。（5）抄写说明书。（6）绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。Comment U8: 三级标题，字体：宋 体四号；段前段后各空 0.5 行，行距： 固定值 22 磅。2第二章 设计方案的确定2.1 操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。2.1.1 操作压力蒸

8、馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。2.1.2 进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。2.1.3 加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大（如酒精与水的混合液） 。2.1.4

9、冷却剂与出口温度冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂，是最经济的。32.1.5 热能的利用精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。2.2 确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：2.2.1 满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定

10、，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。2.2.2 满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。2.2.3 保证安全生产例如酒精属易燃物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。Comment U9: 二级标题，宋体小三， 段前段后各空 0.5 行；行距：固定值 22 磅。Comment U10: 三级标题，字体：宋 体四号；段前段后各空 0.5 行，行距：

11、固定值 22 磅。Comment U11: 每个公式要按先后顺 序进行统一编号且右对齐，例如： （3-1）即为第三章的第一个公式。 （3-2）即为第三章的第二个公式。Comment U12: 公式一律用公式编辑 器进行编辑，行距为 1.5 倍行距。Comment U13: 字体倾斜4第三章 板式精馏塔的工艺计算精馏塔的工艺设计计算，包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。3.1 物料衡算与操作线方程通过全塔物料衡算，可以求出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系。物料衡算主要解决以下问题：（1）根据设计任务所给定的处理原料量、

12、原料浓度及分离要求（塔顶、塔底产品的浓度）计算出每小时塔顶、塔底的产量；3.1.1 常规塔常规塔指仅有一处进料和塔顶、塔底各有一个产品，塔釜间接蒸汽加热的精馏塔。 （1）全塔总物料衡算总物料F = D + W （3-1）易挥发组分 F= D + W （3-2）FxDxWx若以塔顶易挥发组分为主要产品，则回收率 为（3-3）%100WD WxDx式中 F、D、W分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h；、分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分FxDxWx率。3.1.2 直接蒸汽加热（1）全塔总物料衡算总物料 （3-4* 0FVDW）5易挥发组分 （3-* 00FDWFxV yDx

13、W x5）式中 V0 直接加热蒸汽的流量，kmol/h；0 加热蒸汽中易挥发组分的摩尔分率，一般 0=0；W* 直接蒸汽加热时釜液流量，kmol/h；*W直接蒸汽加热时釜液中易挥发组分的摩尔分率。Comment U14: 表头字体：黑体五号， 行距：固定值 22 磅。Comment U15: 表格内字体：宋体 Times New Roman 5 号 Comment w16: 表格的上下边框利用 “格式边框和底纹宽度（1 1/2） ” 对上下边框进行修改，表格均需使用 三线格形式6第四章 板式塔主要尺寸的设计计算板式塔主要尺寸的设计计算，包括塔高、塔径的设计计算，板上液流形式的选择、溢流装置的设

14、计，塔板布置、气体通道的设计等工艺计算。4.1 塔的有效高度和板间距的初选4.1.1 塔的有效高度板式塔的有效高度是指安装塔板部分的高度，可按下式计算：（4-1）(1)T T TNZHE式中 Z塔的有效高度，m；ET全塔总板效率；NT 塔内所需的理论板层数；HT塔板间距，m。4.1.2 板间距的初选表 4-1 塔板间距与塔径的关系塔 径/D，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板间距/HT，mm2003002503503004503506004006004.2 塔径Comment U17: 黑体 5 号，行距：固 定值 22 磅74.2.1 初步计算塔径图 4-1 史

15、密斯关联图HT塔板间距，m； hL板上液层高度，m； V ,L分别为塔内气、液两相体积流量，m3/s； V，L 分别为塔内气、液相的密度，kg/m3 。8第五章 板式塔的结构5.1 塔的总体结构塔的外壳多用钢板焊接，如外壳采用铸铁铸造，则往往以每层塔板为一节，然后用法兰连接。5.2 塔体总高度 9第六章 精馏装置的附属设备精馏装置的主要附属设备包括蒸气冷凝器、产品冷凝器、塔底再沸器、原料预热器、直接蒸汽鼓管、物料输送管及泵等。前四种设备本质上属换热器，并多采用列管式换热器，管线和泵属输送装置。下面简要介绍。6.1 回流冷凝器6.2 管壳式换热器的设计与选型6.3 再沸器10精馏塔设计结果一览表序号项目数值1平均温度 tm，1152平均压力 pm，kPa114.453气相流量 Vs， （m3/s）0.3524液相流量 Ls， （m3/s）0.00075实际塔板数186有效段高度 Z，m6.27塔径，m0.88板间距，m0.359溢流形式单溢流10降液管形式弓形11堰长，m0.52812堰高，m0.046913