(完整版)化工原理畢業(yè)課程設(shè)計(jì)的目的與要求.doc

1、目錄一、 化工原理課程設(shè)計(jì)的目的與要求二、 化工原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容三、 安排與要求四、設(shè)計(jì)步驟1收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2工藝流程的選擇3做全塔的物料平衡4確定操作條件5確定回流比6理論板數(shù)與實(shí)際板數(shù)7確定冷凝器與再沸器的熱負(fù)荷8初估冷凝器與再沸器的傳熱面積9塔徑計(jì)算與板間距確定10堰及降液管的設(shè)計(jì)11塔板布置及篩板塔的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)12篩板塔的水力學(xué)計(jì)算13塔板結(jié)構(gòu)14塔高參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、化工原理課程設(shè)計(jì)的目的與要求通過理論課的學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)， 學(xué)生已經(jīng)掌握了不少理論知識和生產(chǎn)實(shí)際知識。對于一個未來的工程技術(shù)人員來說，如何運(yùn)用所學(xué)知識去分析和解決實(shí)際問題室至關(guān)重要的。本課程設(shè)計(jì)的目的也正是如此?；?/p>

2、原理課程設(shè)計(jì)是化工專業(yè)的學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間第一次進(jìn)行的設(shè)計(jì)，要求每位同學(xué)獨(dú)立完成一個實(shí)際裝置 (本次設(shè)計(jì)為精餾裝置 )的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中應(yīng)對精餾原理、操作、流程及設(shè)備的結(jié)構(gòu)、制造、安裝、檢修進(jìn)行全面考慮，最終以簡潔的文字，表格及圖紙正確地把設(shè)計(jì)表達(dá)出來本次設(shè)計(jì)是在教師指導(dǎo)下，由學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行的沒計(jì)，因此，對學(xué)生的獨(dú)立工作能力和實(shí)際工作能力是一次很好的鍛煉機(jī)會，是培養(yǎng)化工技術(shù)人員的一個重要壞節(jié)。通過設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)培養(yǎng)和掌握：1，正確的設(shè)計(jì)思想和認(rèn)真負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)態(tài)度設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行，力求經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠和先進(jìn)。2，獨(dú)立的工作能力及靈活運(yùn)用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力設(shè)計(jì)由學(xué)生獨(dú)立完成，教師只起指導(dǎo)作用。

3、學(xué)生在設(shè)計(jì)中碰到問題可和教師進(jìn)行討論，教師只做提示和啟發(fā)，由學(xué)生自已去解決問題，指導(dǎo)教師原則上不負(fù)責(zé)檢查計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，學(xué)生應(yīng)自己負(fù)責(zé)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可靠性學(xué)生在設(shè)計(jì)中可以相互討論，但不能照抄。為了更好地了解和檢查學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決向題的能力，設(shè)計(jì)的最后階段安排有答辯若答辯不通過，設(shè)計(jì)不能通過。3，精餾裝置設(shè)計(jì)的一般方法和步驟4，正確運(yùn)用各種參考資料，合理選用各種經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)由于所用資料不同，各種經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)可能會有一些差別。設(shè)計(jì)者應(yīng)盡可能了解這些公式、數(shù)據(jù)的來歷、使用范圍，并能正確地選用。設(shè)計(jì)前，學(xué)生應(yīng)該詳細(xì)閱讀設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)目的、任務(wù)及內(nèi)容。設(shè)計(jì)中安排好自己的工作

4、，提高工作效率。二，化工原理課程設(shè)計(jì) (精餾裝置 )的內(nèi)容1、選擇流程，畫流程圖。2、做物料衡算，列出物料衡算表。3、確定操作條件 (壓力，溫度 )。4、選擇合適回流比，計(jì)算理論板數(shù)。5、做熱量衡算，列出熱量衡算表。6、選擇換熱器，計(jì)算冷卻介質(zhì)及加熱介質(zhì)用量。7、完成塔扳設(shè)計(jì)。8、編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。設(shè)計(jì)結(jié)束時，學(xué)生應(yīng)提交的作業(yè)有：工藝流程圖一張，塔板結(jié)構(gòu)圖一張，設(shè)計(jì)說明書一份。三，安排與要求設(shè)計(jì)進(jìn)行兩周，大致可分為以下幾個階段：1、準(zhǔn)備 (一天 )教師介紹有關(guān)課程設(shè)計(jì)的情況，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生應(yīng)詳細(xì)閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)目的，設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟安排好今后兩周的工作。2、設(shè)計(jì)計(jì)算階段

5、 (四 五天 )按設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，有時甚至需要對幾個不同的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析比較，從中選擇出較好的方案，計(jì)算結(jié)束后編寫出設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。設(shè)計(jì)計(jì)算說明書應(yīng)包含：目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書、流程圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、計(jì)算結(jié)果及所引用的資料目錄等。設(shè)計(jì)計(jì)算說明書除了有數(shù)字計(jì)算之外還應(yīng)有分析，只有數(shù)字計(jì)算，而無論述分析，這樣的設(shè)計(jì)是不完整的，也是不能通過的。計(jì)算部分應(yīng)列出計(jì)算式，代入數(shù)值，得出結(jié)果。計(jì)算結(jié)果應(yīng)有單位。說明書一律用16 開紙寫，文字部分要簡練，書寫要清楚。說明書要標(biāo)上頁碼，加上封面，裝訂成冊。3、繪圖階段 (三四)。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果繪制塔盤結(jié)構(gòu)圖。塔板結(jié)構(gòu)圖應(yīng)能表示出塔盤結(jié)構(gòu)的

6、工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、各組成零 (部)件的相互位置的裝配關(guān)系。圖中應(yīng)有反映塔盤規(guī)格、性能的尺寸，零件之間裝配關(guān)系的尺寸，外型輪廓尺寸及安裝尺寸。圖中應(yīng)當(dāng)標(biāo)明裝配、安裝、驗(yàn)收所要達(dá)到的技術(shù)要求。圖中每個不同的零 (部)件必須有編號，并在明細(xì)表中逐項(xiàng)依次填寫零件序號名稱、規(guī)格、圖號(或標(biāo)準(zhǔn)號 )等內(nèi)容。制圖必須嚴(yán)格按制圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。圖面清晰易懂，視圖、尺寸等足夠而不多余。4、答辯 (二天 )答辯安排在最后兩天進(jìn)行。答辯前學(xué)生應(yīng)將設(shè)計(jì)計(jì)算說明書裝訂成冊，連同折迭好的圖紙一起交給教師。答辯時學(xué)生先摘要匯報一下自己的設(shè)計(jì)工作，然后回答教師提出的問題。四、設(shè)計(jì)步驟精餾裝置設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟大致如下：1、收集基礎(chǔ)

7、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：進(jìn)料流量及組成。分離要求。原料的熱力學(xué)狀態(tài)。冷卻介質(zhì)及其溫度、加熱介質(zhì)及溫度。物性數(shù)據(jù) (如密度、表面張力等 )。上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中、兩項(xiàng)由設(shè)計(jì)任務(wù)給出。、兩項(xiàng)若任務(wù)中未曾給出，則應(yīng)根據(jù)具體情況確定。物性數(shù)據(jù)可從有關(guān)資料中查取。2、工藝流程的選擇精餾裝置一般包括塔頂冷凝器，塔釜再沸器，原料預(yù)熱器及流體輸送泵等。流程選擇應(yīng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行，考慮經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性。如進(jìn)料是否需要預(yù)熱、冷凝器的型式及布置、及再沸器的型式等。當(dāng)塔頂需汽相出料時，采用分凝器，除此之外，一般均采用全凝器。對于小塔，通常將冷凝器放于塔頂，采用重力回流。對于大塔，冷凝器可放至適當(dāng)位置，用泵進(jìn)行強(qiáng)制回流。再沸器

8、的型式有立式與臥式、熱虹吸式與強(qiáng)制循環(huán)式之分。當(dāng)傳熱量較小時，選用立式熱虹吸式再沸器較為有利。傳熱量較大時，采用臥式熱虹吸式再沸器。當(dāng)塔釜物料粘度很大，或易受熱分解時，宜采用泵強(qiáng)制循環(huán)型再沸器。幾種再沸器型式如圖 1 所示。精餾裝置中， 有可能被利用來預(yù)熱進(jìn)料的熱量有塔頂蒸汽的潛熱和塔釜?dú)堃旱娘@熱。塔頂蒸汽潛熱大，而溫度較低，塔釜?dú)堃簻囟雀摺６@熱的熱量少。在考慮這些熱量的利用時要注意經(jīng)濟(jì)上的合理性及操作上的穩(wěn)定性。3、做全塔的物料平衡對于雙組分的連續(xù)精餾塔，由總物料平衡及組分物料平衡有(1)根據(jù)進(jìn)料流量 F 及組成，分離要求，解方程組 (1)即可求得餾出液流率 D 及殘液流率 W 。4、確定

9、操作條件 (壓力、溫度 )精餾操作最好在常壓下進(jìn)行。不能在常壓下進(jìn)行時，可根據(jù)下述因素考慮加壓或減壓操作。(1)、對熱敏性物質(zhì)，為降低操作溫度，可考慮減壓操作。（1）立式熱虹吸型（2）泵強(qiáng)制循環(huán)型加加熱熱介介質(zhì)質(zhì)產(chǎn)品（）（）（3）臥式再沸器圖 1 幾種再沸器型式(2)、若常壓下塔釜?dú)堃旱呐蔹c(diǎn)超過或接近200時，可考慮減壓操作。因?yàn)榧訜嵴羝麥囟纫话愕陀?00。(3)、最方便最經(jīng)濟(jì)的冷卻介質(zhì)為水。若常壓下塔頂蒸汽全凝時的溫度低于冷卻介質(zhì)的溫度時可考慮加壓操作。還應(yīng)該指出壓力增大時，操作溫度隨之升高，輕、重組分相對揮發(fā)度減少、分離所需的理論板數(shù)增加。在確定操作壓力時，除了上面所述諸因素之外。尚需考慮

10、設(shè)備的結(jié)構(gòu)、材料等。通常按下述步驟確定操作壓力。(1)、選擇冷卻介質(zhì)，確定冷卻介質(zhì)溫度。最為方便、來源最廣的冷卻介質(zhì)為水。設(shè)計(jì)時應(yīng)了解本地區(qū)水的資源情況及水溫。(2)、確定冷卻器及回流罐系統(tǒng)壓力P 冷。塔頂蒸汽全部冷凝時的溫度一般比冷卻介質(zhì)溫度高1020。冷卻器和回流罐系統(tǒng)壓力即為該溫度下的蒸汽壓 (平衡壓力 )，可由泡點(diǎn)方程求得。（2）式中 K i平衡常數(shù)。烴類K i 可由資料 12 查得。(3)、確定塔頂和塔釜壓力。塔頂壓力 P 頂?shù)扔诶淠鲏毫?P 冷 加上蒸汽從塔頂至冷凝器的流動阻力 P 頂冷凝器 ，即P 頂 =P 冷 +P 頂冷凝器（3）塔釜壓力 P 底 等于塔頂壓力加上全塔板阻力

11、P 塔。全塔阻力 P 塔等于塔板阻力乘實(shí)際板數(shù)，即P 底=P 頂+P 塔 = P 頂 +n P 板（4）式中： P 板 一塔板阻力，通常為35 mm 汞柱在確定了操作壓力之后，塔頂溫度可由式（ 5）確定。塔釜溫度由式（ 6）確定。（5）（6）5、確定回流比對于平衡線向下彎曲的物系，最小回流比的計(jì)算式為（7）式中：， q 線與平衡線交點(diǎn)座標(biāo)。當(dāng)進(jìn)料為飽和液體時，最小回流比也可用式（8）計(jì)算，進(jìn)料為飽和蒸汽時，按式(9)計(jì)算。（ 8）Rm1xD1xD11xF1xF（ 9）汽液混合進(jìn)料時，最小回流比的計(jì)算式為：Rmq Rm q 1 1 q Rm q 0（ 10）式中：泡點(diǎn)進(jìn)料時的，按式 (8)計(jì)算。

12、露點(diǎn)進(jìn)料時的，按式 (9)計(jì)算。由上式可知，最小回流比和進(jìn)料液化分率q 有關(guān)。當(dāng)泡點(diǎn)進(jìn)料時， q=1。露點(diǎn)進(jìn)料時， q=0。若進(jìn)料壓力高于塔的操作壓力，且原料液溫度較高時，進(jìn)入塔內(nèi)后可因壓力降低而產(chǎn)生絕熱汽化。絕熱汽化溫度 T 及液化分率可由絕熱汽化方程組（ 11）計(jì)算。（11）式中： H、篩孔數(shù)；2開孔區(qū)面積， m；t 孔中心距， mm。12、篩板塔的水力學(xué)計(jì)算121 塔板阻力氣相通過塔板的阻力為干板阻力與液層阻力之和。即(41)式中：氣體通過每一層塔板的阻力，m液柱；干板阻力， m液柱；塔板上的液層阻力， m液柱。篩孔塔板的干板可用下式計(jì)算。(42)式中：篩孔氣速， ms；流量系數(shù)，可由圖

13、6 查得；3, 分別為氣相和液相的密度，Kgm。122 漏液點(diǎn)當(dāng)孔速低于漏液點(diǎn)氣速時，大量液體從篩孔泄漏，這將嚴(yán)重影響塔板效率。因此，漏液點(diǎn)氣速為下限氣速。篩孔的漏液點(diǎn)氣速按下式計(jì)算：uOM4.4C00.00560.13hLhwLV（ 43）式中：漏液點(diǎn)篩孔氣速， ms；，表面張力壓頭， m液柱；液體表面張力， dynem。當(dāng)板上清液層高小于 30mm，或篩孔孔徑小于 3mm時，用下式計(jì)算：uOM4.4C0（ 44）123 霧沫夾帶0.00510.05hLLV霧沫夾帶量的計(jì)算有兩類，一類直接用板上參數(shù)表，如下式：（45）式中：霧沫夾帶量，Kg Kg 氣，液層上部氣速， ms.該法只能用于常壓塔

14、，若用加壓塔，計(jì)算值偏小。另一種方法用泛點(diǎn)百分率來關(guān)聯(lián)。如Fair 法，方法如下：用下式求得泛點(diǎn)氣速，（46）由圖 8 查得，當(dāng) <0.1 時，乘以以下校正系數(shù)0.101.000.080.900.060.80當(dāng)液體表面張力不等于20dynem時，應(yīng)乘以。當(dāng)操作氣速 u 和泛點(diǎn)之比作為液泛分率， 由圖 9 查得霧沫夾帶分率，再由下式求得霧沫夾帶量：（47）式中：，分別為液相和氣相流量， Kg；液體在降液管出口阻力，校式 (49) 計(jì)算；其它符號同前。（m液柱）（49）為了避免液泛，降液管中液面高不得超過 （0.4 0.6) 倍的，即（50）125 液體在降液管的停留時間為使降液管中液體的氣

15、泡能夠脫除，液體在降液管的停留時間不得少于 35 秒，即（51）126 負(fù)荷性能圖對于一個結(jié)構(gòu)已定的塔板，將有一個適宜操作區(qū)。它綜合地反映了塔板得操作性能，把不同的氣、液流率下塔板上出現(xiàn)得各種流體力學(xué)得界限綜合地表達(dá)出來。上述反映氣、液負(fù)荷和塔板性能的關(guān)系圖稱為負(fù)荷性能圖。負(fù)荷性能圖的作法如下：(1) 、按式 (43) 作漏液線；(2) 、按式 (44) 或(5) 取泛點(diǎn)率為（ 6582）時作霧液夾帶線；(3) 、按式 (48) ：取時作液泛線；(4) 、按式 (51) 作最大液量線；(5) 、按式 (52) 作量小液量線。（52）3式中： L液體流率， m；E液流收縮系數(shù)，通?？扇?。一個設(shè)

16、計(jì)合理的塔，負(fù)荷性能田如圖 10 所示。圖中陰影部分為適宜操作區(qū)。以氣、液相流率作圖所得的操作點(diǎn)B 應(yīng)在適宜操作區(qū)中。圖中操作上限為 A。設(shè)計(jì)說明書的書寫方式可參閱參考文獻(xiàn)。A圖 10 負(fù)荷性能圖13、塔盤結(jié)構(gòu)直徑大于 0.8m 的塔，通常采用分塊式塔板，以便于從人孔送入塔內(nèi)。塔盤結(jié)構(gòu)可參閱資料9。(1) 、塔板型式理想的塔板應(yīng)在滿足工藝操作的條件下，要求結(jié)構(gòu)簡單、有足夠的剛性、便于加工、安裝和檢修。報據(jù)上述要求，推薦自身梁式塔板和槽式塔板( 見圖 11) 。槽式塔板的模具制造較自身梁式簡便，但自身梁式塔板更便于上、下均可拆連接。一般設(shè)計(jì)可用自身梁式塔板，在制造設(shè)備條件所限下宜用槽式塔板。自身

17、梁式塔板的結(jié)構(gòu)及尺寸見圖 11。其厚度 S 對于碳鋼可取 24mm，不銹鋼為 23mm。壓彎半徑 R(1 1.5)S ，R1S。塔板寬度應(yīng)能從 450mm人孔進(jìn)出。塔板梁離 h 如比表 2。表 2自身梁式塔板梁高（ mm）塔板長度小于 10001000 14001800 以上14001800A 型梁高6080h1B 型梁高8090h2(2) 、塔板固定件受液盤有平形受液盤和U 形受液盤。凹形受液盤在低液量時仍能造威液封。且有改變液體流向的緩沖作用和便于液體的側(cè)線采出。塔徑大于800 毫米時常采用凹形受液盤。若物料易聚合或含有懸浮固體時，凹形受液盤易造成死角而堵塞，應(yīng)采用平形受液盤。用平形受液盤

18、時，為使上一層板流入的液體在板上均勻分布，常設(shè)進(jìn)口堪。用凹形受液盤時一般不設(shè)進(jìn)口堰。受液盤一般為 50mm。塔板固定件由以下部件組成：固定的受液盤和降液管、支持圈、支持板、支持角鋼。塔板固定件的名稱、結(jié)構(gòu)、焊接方式見文獻(xiàn) 9。各部件尺寸見表3 和表 4。表中括號內(nèi)數(shù)值系指不銹鋼塔板。塔徑Dg80010001200140016001800200022002400表 3單流塔板固定件尺寸（mm）降受受液盤支撐支撐板液液支撐受液盤深度 8支持角圈截截面板板面寬無有淚鋼尺寸面尺寸厚厚側(cè)線側(cè)線孔尺寸數(shù)40× 850× 8445650100156× 5640 ×50

19、× 10× 41050×50× 1066150210（ 4）（ 4）60×50× 1212表 4雙溢流塔板固定件尺寸角鋼降液受 液 板 10降液板梁塔徑（中間梁）支撐支撐板厚厚淚孔數(shù)支撐板端Dg尺寸面板尺數(shù)間尺寸寸兩中兩中兩中隙側(cè)間側(cè)間側(cè)間200090× 56× 6220060×50×66612122524001010260090× 56× 8280088223000×56×8(6)1003200110× 56× 83400125

20、15; 56× 870×50×833303600140× 56× 81212(6)3800140×56×104000160×56×10450012(6)33445000160×56×12180×56×12表 5 卡子型號及材料型材料卡板尺寸下的卡子型號式卡板螺柱橢圓墊螺468101214板母A3F2Cr13A3FA3FA4A6A8A10A12A14 1Cr181Cr181Cr18Cr1Ni9Ni9Ni97A4A6A8A10A12A14 Cr18NiCr18NiCr18Ni121212A4A6A8A10A12A14Mo2TiMo2TiMo2Ti(3) 、為便于安裝，檢修或檢查塔板腐蝕、堵塞等，須設(shè)置內(nèi)部通道板。內(nèi)部通道板最好位于塔盤中央同一垂直位置上，并能上、下均勻可拆。其最小尺寸為300×400mm，最重不應(yīng)超過 30Kg，其長度一般不得大于1m。(4) 、塔板緊固件塔板與支持圈的連接采用卡子，卡子由下卡（包括卡板與螺柱）、橢圓墊板及M10螺母等零件組成?？ㄗ舆B接見圖12。這些零件已標(biāo)準(zhǔn)化（ JB 68），其材料、型號見表5。塔板與支持板連接 ( 或與支持角鋼連接 )上可拆連接采用卡子連接，塔