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1、化工原理课程设计化工原理课程设计化工原理课程设计 中国石油大学华东中国石油大学华东 化学工程系化学工程系化工原理课程设计前前 言言l课程设计的目的课程设计的目的l课程设计的任务课程设计的任务l日程安排日程安排l课程设计过程中注意的问题课程设计过程中注意的问题l成绩评定标准成绩评定标准l参考资料参考资料化工原理课程设计一、课程设计的目的一、课程设计的目的 l培养综合运用所学知识、查阅化工资料获取有关知识和数据、培养综合运用所学知识、查阅化工资料获取有关知识和数据、进行化工设备初步设计的能力。进行化工设备初步设计的能力。l培养独立工作及发现问题、分析问题、解决问题的综合能力。培养独立工作及发现问题
2、、分析问题、解决问题的综合能力。l提高计算能力、培养工程实际观念。提高计算能力、培养工程实际观念。l熟悉掌握化工常用软件的使用熟悉掌握化工常用软件的使用l深入了解化工设备的内部结构，掌握板式精馏塔的各主要部深入了解化工设备的内部结构，掌握板式精馏塔的各主要部件的结构及作用。件的结构及作用。l培养读图、识图、绘图的能力。培养读图、识图、绘图的能力。l培养认真的学风和工作作风。培养认真的学风和工作作风。化工原理课程设计 根据所给任务书，设计一浮阀板式精馏塔，具体分为以下根据所给任务书，设计一浮阀板式精馏塔，具体分为以下几个方面几个方面：l工艺设计：物料平衡、热量平衡、工艺条件确实定。工艺设计：物料
3、平衡、热量平衡、工艺条件确实定。l塔的严格设计塔的严格设计 l塔盘设计：塔盘各部件的尺寸等。塔盘设计：塔盘各部件的尺寸等。l塔体设计：根据工艺设计结果确定塔高、接管等塔体设计：根据工艺设计结果确定塔高、接管等l附属设备选用：塔顶冷凝器和塔底再沸器的计算与选用。附属设备选用：塔顶冷凝器和塔底再沸器的计算与选用。l绘图局部：绘制塔体总图和塔盘装配总图。绘图局部：绘制塔体总图和塔盘装配总图。l 要求上交：要求上交：l电子版及纸板：设计说明书、计算源程序、图纸电子版及纸板：设计说明书、计算源程序、图纸 。二、课程设计的任务二、课程设计的任务化工原理课程设计三、日程安排三、日程安排l工艺计算：工艺计算：
4、4 4天天 l严格法计算：严格法计算：2 2天天 l设备工艺计算及选型设备工艺计算及选型 ： 2 2天天 l绘图：绘图：3.53.5天天 l整理说明书：整理说明书：2 2天天l讲课：讲课：1.51.5天天 8月月15日日8月月29日三周，扣除周六周日，实际日三周，扣除周六周日，实际15天，天，8月月29日交说明书，其中：日交说明书，其中：化工原理课程设计四、课程设计过程注意问题四、课程设计过程注意问题l认真阅读教材，草拟进度表，拟定设计的方法和步骤。认真阅读教材，草拟进度表，拟定设计的方法和步骤。l计算过程中要随时复核计算结果的正确性，做到有错即改，计算过程中要随时复核计算结果的正确性，做到有
5、错即改，防止大的返工。防止大的返工。l要求来教室进行设计，以便于答疑和掌握进度。要求来教室进行设计，以便于答疑和掌握进度。 化工原理课程设计五、成绩评定五、成绩评定l设计的正确性，无概念和计算的重大错误。设计的正确性，无概念和计算的重大错误。l设计的工作量大小。设计说明书及绘图的质量。设计的工作量大小。设计说明书及绘图的质量。l工作态度、作风，独立工作的能力等。工作态度、作风，独立工作的能力等。l考试。考试。化工原理课程设计六、参考资料六、参考资料l石油加工单元过程原理上、下沈石油加工单元过程原理上、下沈 复、李阳初编复、李阳初编l化工原理课程设计化工原理课程设计 刘雪暖、汤景凝编刘雪暖、汤景
6、凝编l石油炼制及石油化工计算方法图表集石油炼制及石油化工计算方法图表集 炼制系编炼制系编l传热学传热学 杨世铭编杨世铭编l化学工程手册化学工程手册 化学工业出版社化学工业出版社l冷换设备工艺计算手册冷换设备工艺计算手册 中国石化出版社中国石化出版社化工原理课程设计l第一局部第一局部 工艺设计工艺设计 l第二局部第二局部 塔板设计塔板设计 l第三局部第三局部 塔体的初步设计塔体的初步设计 l第四局部第四局部 塔的辅助设备选用塔的辅助设备选用 l第五局部第五局部 编制计算结果汇总表编制计算结果汇总表 l第六局部第六局部 绘制塔体总图及塔板总图绘制塔体总图及塔板总图课程设计内容课程设计内容化工原理课
7、程设计一、精馏塔的流程简图一、精馏塔的流程简图二、全塔的物料衡算二、全塔的物料衡算 三、塔顶、塔底操作压力三、塔顶、塔底操作压力 四、塔顶、塔底及进料温度四、塔顶、塔底及进料温度 五、求最小回流比及适宜的回流比五、求最小回流比及适宜的回流比 六、理论塔板数及适宜的进料位置六、理论塔板数及适宜的进料位置 七、全塔效率及实际板数七、全塔效率及实际板数 八、塔径八、塔径 九、塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷九、塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷 第一局部第一局部 工艺设计工艺设计 化工原理课程设计一、精馏塔的流程简图一、精馏塔的流程简图 根据设计任务书的要求，进行全塔的物料衡算，根据设计任务书的要求，进行
8、全塔的物料衡算，并列出全塔物料衡算总表包括进料、塔顶、塔底并列出全塔物料衡算总表包括进料、塔顶、塔底的产品组成及流率。的产品组成及流率。 注：浓度或组成有效数字位数，一般取小数点注：浓度或组成有效数字位数，一般取小数点后后4位位二、全塔的物料衡算二、全塔的物料衡算作出精馏塔的流程简图作出精馏塔的流程简图化工原理课程设计三、塔顶、塔底操作压力三、塔顶、塔底操作压力 塔顶、塔底操作压力由所选用的冷凝剂确定，因水和塔顶、塔底操作压力由所选用的冷凝剂确定，因水和空气最价廉易得，因此，精馏操作中，常选用水或空气作空气最价廉易得，因此，精馏操作中，常选用水或空气作为塔顶产品的冷凝剂为塔顶产品的冷凝剂 ，以
9、水最为常见，水的温度随气候条，以水最为常见，水的温度随气候条件而定，夏天较高，冬天较低，设计时一般可取件而定，夏天较高，冬天较低，设计时一般可取2025，为保证水和塔顶产品之间有，为保证水和塔顶产品之间有1020的传热温差，因此的传热温差，因此常常选塔顶冷凝罐中的温度为常常选塔顶冷凝罐中的温度为4050。化工原理课程设计1、回流罐压力计算、回流罐压力计算 用泡点方程计算回流罐的压力。用泡点方程计算回流罐的压力。1理想物系时：理想物系时：2非理想物系时：非理想物系时：2、塔顶压力确实定、塔顶压力确实定1计算值大于计算值大于101.3kPa时，采用加压操作。时，采用加压操作。2计算值小于计算值小于
10、101.3kPa时，采用常压或减压操作。时，采用常压或减压操作。 如用常如用常压操作可能会有冷回流的问题。压操作可能会有冷回流的问题。3塔顶压力确实定。回流罐的压力加上管线阻力即为塔顶压塔顶压力确实定。回流罐的压力加上管线阻力即为塔顶压力。管线阻力可取力。管线阻力可取0.1-0.2 atm，减压塔可取，减压塔可取25 mmHg左左右。右。化工原理课程设计3、塔底压力确实定、塔底压力确实定 假设精馏塔的实际塔板数，由经验值确定塔板压降，假设精馏塔的实际塔板数，由经验值确定塔板压降，常、加压塔的每板压降可取：常、加压塔的每板压降可取：36mmHg；减压塔的每；减压塔的每板压降可取：板压降可取：23
11、mmHg求出全塔压降。求出全塔压降。 塔底压力等于塔顶压力加上全塔压降。塔底压力等于塔顶压力加上全塔压降。化工原理课程设计 根根据据选选定定的的塔塔顶顶、塔塔底底压压力力及及塔塔顶顶、塔塔底底产产品品组组成成，分分别别由由露露点点方方程程和和泡泡点点方方程程确确定定塔塔顶顶和和塔塔底底的温度。的温度。 根根据据进进料料处处的的压压力力、进进料料组组成成和和进进料料的的热热状状况况参数确定进料处的温度。参数确定进料处的温度。四、塔顶、塔底及进料温度四、塔顶、塔底及进料温度化工原理课程设计五、求最小回流比及适宜的回流比五、求最小回流比及适宜的回流比二元物系二元物系多元物系多元物系 由芬斯克方程计算
12、出由芬斯克方程计算出 Nmin ， 在在R/Rmin在在 13的的范围内，选取假设干个范围内，选取假设干个R/Rmin ，算出相应的回流比，算出相应的回流比值，用简捷法求出相应的理值，用简捷法求出相应的理论板数论板数N，做图求适宜的回流，做图求适宜的回流比比R。 2求适宜的求适宜的R1求求Rmin化工原理课程设计 由由求求得得的的R，根根据据吉吉利利兰兰关关联联图图，求求得得全全塔的理论塔板数和精馏段的理论塔板数。塔的理论塔板数和精馏段的理论塔板数。六、理论塔板数及适宜的进料位置六、理论塔板数及适宜的进料位置化工原理课程设计1.全塔效率的计算全塔效率的计算建议采用奥建议采用奥康奈尔法康奈尔法
13、2实际板数实际板数 由全塔效率和已经求得的全塔的理论塔板数、精馏段的理由全塔效率和已经求得的全塔的理论塔板数、精馏段的理论塔板数，求得全塔的实际板数及精馏段的实际塔板数。将求论塔板数，求得全塔的实际板数及精馏段的实际塔板数。将求得的实际板属于前面计算塔底压力时所估算的塔板数进行比较，得的实际板属于前面计算塔底压力时所估算的塔板数进行比较，假设二者不同，应重新估算塔板数，重复上面的计算，直到二假设二者不同，应重新估算塔板数，重复上面的计算，直到二者相同为止。者相同为止。 七、全塔效率及实际板数七、全塔效率及实际板数化工原理课程设计八、塔径八、塔径 分别选择精馏段和提馏段有代表性的塔板，根分别选择
14、精馏段和提馏段有代表性的塔板，根据该塔板上的操作条件，计算精馏段和提馏段的塔据该塔板上的操作条件，计算精馏段和提馏段的塔径。径。 精馏段和提馏段塔径的计算，应由精馏段和提馏段塔径的计算，应由smith法法P66-67和波津法和波津法P67-68)两种方法分别计算，比两种方法分别计算，比较计算结果，取其大者作为求出精馏段和提馏段的较计算结果，取其大者作为求出精馏段和提馏段的塔径塔径 化工原理课程设计 由由塔塔顶顶的的热热量量衡衡算算和和全全塔塔热热量量衡衡算算分分别别计计算算出出塔塔顶顶冷冷凝凝器器和和塔塔底底再再沸沸器器的的热热负负荷荷，根根据据冷冷凝凝水水的的温温差差和和塔塔底底再再沸沸器器
15、选选用用的的水水蒸蒸气气的的汽汽化化潜潜热计算出塔顶冷凝水和塔底水蒸气的用量。热计算出塔顶冷凝水和塔底水蒸气的用量。九、塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷九、塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷化工原理课程设计第二局部第二局部 塔板设计塔板设计 1流型选择流型选择 由由塔塔径径及及液液体体流流量量选选择择适适宜宜的的液液流流型型式式，当当塔塔径径及及液液体体流流量量较较大大选选用用双双溢溢流流或或阶阶梯梯流流，液液体体流流量量较小选用较小选用U型溢流，一般情况下选用单溢流。型溢流，一般情况下选用单溢流。 可参考可参考P70 表表2-5 液相负荷与液流型式的关系液相负荷与液流型式的关系一、溢流装置一、溢流
16、装置(降液管和溢流堰降液管和溢流堰化工原理课程设计(1)堰长：对于单溢流，一般堰长：对于单溢流，一般=(0.60.8)D(2)堰堰高高：对对常常压压和和加加压压塔塔，一一般般取取堰堰高高40 60mm，对对减减压压塔塔或或要要求求塔塔板板阻阻力力较较小小的的情情况况，可可取取1525mm。(3)溢溢流流堰堰的的型型式式：一一般般建建议议采采用用平平口口堰堰，只只有有当当堰上液层高度小于堰上液层高度小于6mm时，才采用齿型堰。时，才采用齿型堰。2.溢流装置溢流装置化工原理课程设计(4)受液盘受液盘 有有平平形形受受液液盘盘和和凹凹形形受受液液盘盘之之分分。对对于于直直径径较较小小的的塔塔或或处处
17、理理易易聚聚合合物物系系时时，亦亦采采用用平平型型受受液液盘盘，对对于于直直径径较较大大的的塔塔或或有有侧侧线线抽抽出出时时，亦亦采采用用凹凹型型受受液液盘盘。凹凹形形的的盘盘深深一一般般为为50mm，对对于于有有侧侧线线抽抽出出的受液盘还要深一些。的受液盘还要深一些。化工原理课程设计平型受液盘塔板结构平型受液盘塔板结构化工原理课程设计凹形受液盘凹形受液盘化工原理课程设计(5)降液管底隙高度降液管底隙高度hb 降液管与受液盘之间的距离为降液管底降液管与受液盘之间的距离为降液管底隙高度隙高度h hb b。对采用平型受液盘的塔，降液管。对采用平型受液盘的塔，降液管底隙高度对小塔不小于底隙高度对小塔
18、不小于202025mm25mm，对大塔不，对大塔不小于小于40mm,40mm,对采用凹型受液盘的塔，一般底对采用凹型受液盘的塔，一般底隙高度等于盘深。隙高度等于盘深。化工原理课程设计(6)进口堰进口堰l如出口堰高度大于降液管底隙高度，那么如出口堰高度大于降液管底隙高度，那么 进口堰高度与降液管底隙高度相等。进口堰高度与降液管底隙高度相等。l如出口堰高度小于降液管底隙高度，那么进如出口堰高度小于降液管底隙高度，那么进口堰高度应大于降液管底隙高度，以保证有足够口堰高度应大于降液管底隙高度，以保证有足够的液封。的液封。l如采用凹形受液盘，那么不设进口堰。如采用凹形受液盘，那么不设进口堰。化工原理课程
19、设计二、塔板布置二、塔板布置 塔板分类：根据塔直径的大小，塔板加工塔板分类：根据塔直径的大小，塔板加工成整块式直径小于成整块式直径小于800mm 和分块式直和分块式直径大于径大于900mm 两种。两种。 分块式塔板由两块弓形板、一块通道板和分块式塔板由两块弓形板、一块通道板和数个矩形板构成。数个矩形板构成。化工原理课程设计分块式塔板示意图分块式塔板示意图化工原理课程设计分块式塔板装配图分块式塔板装配图化工原理课程设计分块式塔板装配图分块式塔板装配图化工原理课程设计双面可拆卸螺栓连接件连接件通道板与矩形板连结通道板与矩形板连结化工原理课程设计单面可拆卸螺栓连接件连接件弓形板与支持圈的连接弓形板与
20、支持圈的连接化工原理课程设计单面可拆卸螺栓连接件连接件塔板与支持板的连接塔板与支持板的连接化工原理课程设计受液盘、支持圈、支持板的连接受液盘、支持圈、支持板的连接化工原理课程设计支持板的尺寸及连结化工原理课程设计支持板、支持圈的尺寸及连结化工原理课程设计支持圈的尺寸化工原理课程设计支持板的尺寸化工原理课程设计降液板的尺寸降液板的尺寸化工原理课程设计受液盘下筋板尺寸受液盘下筋板尺寸化工原理课程设计1浮阀的阀型浮阀的阀型2塔板的开孔率塔板的开孔率 一般选用一般选用F-1型浮阀，其阀径为型浮阀，其阀径为48mm，阀孔径为，阀孔径为39mm，重阀约，重阀约33g，轻阀约，轻阀约25g。可以由以下三种方
21、式确定：可以由以下三种方式确定：化工原理课程设计常压塔：常压塔：3-7m/s减压塔：减压塔：10m/s加压塔：加压塔：0.5-3m/sF1型重阀为：(1)(1)由阀孔气速计算开孔率：由阀孔气速计算开孔率：适宜阀孔气速：应大于等于临界阀孔气速适宜阀孔气速：应大于等于临界阀孔气速化工原理课程设计 mo单个阀质量，单个阀质量，kg；At单个阀孔面积，单个阀孔面积，m2 。两式联立试差求解出临界阀孔气速。两式联立试差求解出临界阀孔气速。对于轻阀可用下式计算对于轻阀可用下式计算化工原理课程设计(2)由阀孔动能因数计算由阀孔动能因数计算 浮阀正常操作时的阀孔动能因数浮阀正常操作时的阀孔动能因数的经验值为：
22、的经验值为：817。利用该经验值。利用该经验值可计算出适宜的阀孔气速。可计算出适宜的阀孔气速。化工原理课程设计(3)直接选取开孔率的经验值直接选取开孔率的经验值l常压塔或减压塔中：常压塔或减压塔中：1015%l加压塔较小：加压塔较小：69%，有时达，有时达34%。l根据以上得到的开孔率可直接由塔盘标根据以上得到的开孔率可直接由塔盘标准中选取标准塔盘。准中选取标准塔盘。l设计新塔盘设计新塔盘化工原理课程设计3.塔板布置塔板布置对分块式塔板对分块式塔板:WF80-110mm对整块式塔板对整块式塔板:WF=60-75mm对分块式塔板对分块式塔板:WC80-90mm对整块式塔板对整块式塔板:WC=55
23、mm化工原理课程设计4.浮阀数确实定浮阀数确实定浮阀排数浮阀排数:浮阀按等边三角形排列浮阀按等边三角形排列:浮阀按等腰三角形排列浮阀按等腰三角形排列:在坐标纸上绘制塔板布置草图在坐标纸上绘制塔板布置草图,确定塔板上实际的阀孔总数。确定塔板上实际的阀孔总数。化工原理课程设计化工原理课程设计三、流体力学校核三、流体力学校核要求精馏段和提馏段都要进行校核。要求精馏段和提馏段都要进行校核。1塔板压降塔板压降 2雾沫夹带量雾沫夹带量 3. 降液管内液面高度降液管内液面高度 4漏液漏液 5液体在降液管内停留时间及流速液体在降液管内停留时间及流速 6绘制塔板的负荷性能图绘制塔板的负荷性能图 化工原理课程设计
24、四、塔板的设计结果讨论四、塔板的设计结果讨论 根据塔板的流体力学计算结果和塔板的根据塔板的流体力学计算结果和塔板的负荷性能图，讨论所设计塔板的特点及优缺负荷性能图，讨论所设计塔板的特点及优缺点点。 化工原理课程设计第三局部第三局部 塔体的初步设计塔体的初步设计 一、塔的总高一、塔的总高 1塔顶空间高度塔顶空间高度 2塔底空间高度塔底空间高度 3进料空间高度进料空间高度 4. 筒体的总高度筒体的总高度 二、筒体的材料及壁厚二、筒体的材料及壁厚 三、封头的型式、材料及尺寸三、封头的型式、材料及尺寸 四、人孔和手孔的选用四、人孔和手孔的选用 五、裙座的设计五、裙座的设计 六、各接管的直径及伸出长度六
25、、各接管的直径及伸出长度 化工原理课程设计第四局部第四局部 塔的辅助设备选用塔的辅助设备选用 一、塔顶冷凝器和塔底再沸器一、塔顶冷凝器和塔底再沸器1.1.计算塔顶冷凝器的热负荷计算塔顶冷凝器的热负荷( (前面工艺计算局部已得出前面工艺计算局部已得出) )2.2.计算平均温差计算平均温差3.3.由经验值选取换热器的总传热系数由经验值选取换热器的总传热系数KK4.4.估算传热面积估算传热面积 ( (由传热速率方程式计算出所需要的换热器面积由传热速率方程式计算出所需要的换热器面积) )5.5.初选换热器初选换热器 6.6.计算管、壳程的压力降计算管、壳程的压力降化工原理课程设计(1)(1)计算管程算
26、管程对流流传热系数系数(2)(2)计算壳程算壳程对流流传热系数系数(3)(3)由由经验值估算估算污垢垢热阻阻(4)(4)计算算换热器器总传热系数系数(5)(5)计算需要的算需要的传热面面积7.7.换热器器传热能力校核能力校核化工原理课程设计第五局部第五局部 编制计算结果汇总表编制计算结果汇总表 将计算和设计的结果如塔顶压力，将计算和设计的结果如塔顶压力，塔底压力，塔板数据、塔高等汇总，塔底压力，塔板数据、塔高等汇总，编制计算结果汇总表。编制计算结果汇总表。 化工原理课程设计 一、绘制塔体总图一、绘制塔体总图 用单线表示的简化画法，绘制浮阀塔的整体图、开口用单线表示的简化画法，绘制浮阀塔的整体图
27、、开口方位图，见方位图，见?化工原理课程设计化工原理课程设计?117页图页图4-7、图、图4-8。 二、塔板装配图二、塔板装配图 按照机械制图要求，绘制塔板装配图，见按照机械制图要求，绘制塔板装配图，见?化工原理化工原理课程设计课程设计?100页图页图3-7。第六局部第六局部 绘制塔体总图及塔板装配图绘制塔体总图及塔板装配图化工原理课程设计几点说明几点说明1、说明书的抄写要工整、仔细。、说明书的抄写要工整、仔细。2、对于不常用的数据和公式要注明来源。、对于不常用的数据和公式要注明来源。3、对于试差求解的要说明试差过程、计算、对于试差求解的要说明试差过程、计算例如、列表。例如、列表。4、公式图表要注明序号。、公式图表要注明序号。5、编写目录和页码。装订成册、每人一个档、编写目录和页码。装订成册、每人一个档案袋装袋上交。案袋装袋上交。
