化工原理課程設(shè)計

1、化工原理化工原理課程設(shè)計的作用1.化工原理的培養(yǎng)目標(biāo)之一；化工原理的培養(yǎng)目標(biāo)之一； 工程觀點工程觀點/定量計算定量計算/實驗技能實驗技能/設(shè)計能力設(shè)計能力2.培養(yǎng)自學(xué)和綜合運用所學(xué)知識的能力培養(yǎng)自學(xué)和綜合運用所學(xué)知識的能力；3.通過設(shè)計計算培養(yǎng)通過設(shè)計計算培養(yǎng)“四心四心”； 細(xì)心、耐心、信心、責(zé)任心細(xì)心、耐心、信心、責(zé)任心4.通過設(shè)計計算，了解做事的通過設(shè)計計算，了解做事的“程序程序”。 “胸有成竹胸有成竹”掌握化工原理課程設(shè)計的方法 英文中的英文中的“5WH”設(shè)計型計算的主要特征設(shè)計型計算的主要特征1.“從無到有從無到有”為設(shè)計施工單位為設(shè)計施工單位提供設(shè)備尺寸、接管方位、工藝條提供設(shè)備尺寸

2、、接管方位、工藝條件參數(shù)等。件參數(shù)等。2.“校核設(shè)備校核設(shè)備”由于條件變化對由于條件變化對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行校核計算，為實際生現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行校核計算，為實際生產(chǎn)節(jié)省資源。產(chǎn)節(jié)省資源。南南 京京 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)化化 工工 原原 理理 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 任任 務(wù)務(wù) 書書 專業(yè):化學(xué)工程與工藝 班級:化工07058/化強(qiáng)0701 姓名 ： . 設(shè)計日期： 2010 年 06 月 14 日至 2010 年 06 月 25 日設(shè)計題目：常常 壓壓 二二 元元 篩篩 板板 精精 餾餾 塔塔 的的 設(shè)設(shè) 計計 設(shè)計條件：設(shè)計題目：常常 壓壓 二二 元元 篩篩 板板 精精 餾餾 塔塔 的的 設(shè)設(shè) 計計

3、設(shè)計條件：設(shè)計條件：體系：丙酮水已知：進(jìn)料量F：240kmol/h 進(jìn)料濃度ZF： 0.15進(jìn)料狀態(tài)：q1,冷液進(jìn)料(1.08)設(shè)計題目：常常 壓壓 二二 元元 篩篩 板板 精精 餾餾 塔塔 的的 設(shè)設(shè) 計計 設(shè)計條件：設(shè)計條件：操作條件：塔頂壓強(qiáng)p頂=4 kPa(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t12；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 。設(shè)計計算的內(nèi)容

4、：一、流程的設(shè)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.P m；2.t m；3.M m；4.m；5.m；6.Lm；五、負(fù)荷計算設(shè)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lw0.66D,hw；wd；Ad；h03、塔板布置4、n,5、Z6、塔高設(shè)計計算的內(nèi)容：七、流體力學(xué)驗證1.Hp；2.ev；3.漏液；4.液泛八、塔板負(fù)荷圖九、總圖十、附屬設(shè)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氯仿苯體系氯仿苯體系汽液平衡數(shù)據(jù)汽液平衡數(shù)據(jù) (101.325kPa)氯仿質(zhì)量分?jǐn)?shù)液相汽相t()0.00.080

5、.20.100.13679.90.200.272790.300.40678.10.400.5377.20.500.65760.600.7574.60.700.8372.80.800.9070.50.900.961671.01.061甲醇水體系汽液平衡數(shù)據(jù)甲醇水體系汽液平衡數(shù)據(jù) (101.325kPa) 甲醇mol分?jǐn)?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?jǐn)?shù)xyt()0.300.665780.400.72975.30

6、.500.77973.10.600.82571.20.700.8769.30.800.91567.50.900.958660.950.979651.01.064.5丙酮水體系汽液平衡數(shù)據(jù)丙酮水體系汽液平衡數(shù)據(jù) (101.325kPa)參考教材參考教材P306 丙酮mol分?jǐn)?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?jǐn)?shù)xyt()0.400.83960.40.500.84960.00.600.85959.70.700.8

7、7459.00.800.89858.20.900.93557.50.950.96357.01.01.056.13丙酮水體系汽液平衡數(shù)據(jù)丙酮水體系汽液平衡數(shù)據(jù) (101.325kPa) 5 ， 劉雪暖，湯景凝。劉雪暖，湯景凝?；ぴ碚n程設(shè)計化工原理課程設(shè)計。 丙酮mol分?jǐn)?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?jǐn)?shù)xyt()0.500.85159.80.600.86359.20.700.87558.80.800.89

8、758.20.900.93557.40.950.96256.90.975 0.97956.71.01.056.5丙酮水體系汽液丙酮水體系汽液平衡數(shù)據(jù)平衡數(shù)據(jù) (101.325kPa) ，時鈞，余國淙，汪家鼎。時鈞，余國淙，汪家鼎?；瘜W(xué)工程手冊化學(xué)工程手冊。 丙酮mol分?jǐn)?shù)xyt()0.050.638174.80.100.730168.530.150.771665.260.200.791663.590.300.812461.870.400.826960.750.500.838759.950.600.853259.120.700.871258.290.800.895057.490.900.9335

9、56.680.950.962756.3丙酮水體系汽液平衡數(shù)據(jù)丙酮水體系汽液平衡數(shù)據(jù) 0.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0 yx 劉雪暖 化學(xué) 工 程手冊 教材板板 式式 塔塔一、板式塔結(jié)構(gòu)及性能一、板式塔結(jié)構(gòu)及性能（1） 板式塔結(jié)構(gòu)板式塔結(jié)構(gòu) 進(jìn)料回流液塔頂氣相塔底液相塔板結(jié)構(gòu)塔板結(jié)構(gòu) 氣體通道氣體通道 形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對塔板性能影響很大。 降液管（液體通道）降液管（液體通道） 液體流通通道，多為弓形。 受液盤受液盤 塔板上接受液體的部分。 溢流堰溢流堰 使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充分接觸。浮閥塔板結(jié)構(gòu)（2） 塔板上的氣塔板上的氣液

10、兩相流動液兩相流動汽、液兩相接觸方式汽、液兩相接觸方式 兩相流動的推動力兩相流動的推動力 全塔：逆流接觸塔板上：錯流接觸液體：重力氣體：壓力差 塔板上塔板上理想流動理想流動情況情況： 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(dá)相平衡相平衡，分離后，繼續(xù)流動。 塔板上的塔板上的非理想非理想流動情況流動情況： 氣相或液相返混氣相或液相返混 液沫夾帶、氣泡夾帶 ，即：返混現(xiàn)象返混現(xiàn)象 后果后果：板效率降低板效率降低。 不均勻流動不均勻流動 液面落差液面落差（水力坡度）：引起塔板上氣體分布?xì)怏w分布不均勻； 塔壁作用塔壁作用（阻力）：引起塔板上液體分布液體分布不均勻。

11、后果：后果：使塔板上氣液接觸不充分，板效率降低。板效率降低。液泛現(xiàn)象液泛現(xiàn)象二、二、 塔內(nèi)氣、液兩相異常流動塔內(nèi)氣、液兩相異常流動 （1）液泛）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。液泛。1) 過量霧沫夾帶液泛過量霧沫夾帶液泛原因：原因： 氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板； 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：液泛氣速： 開始發(fā)生液泛時的氣速。2）降液管液泛）降液管液泛 當(dāng)塔內(nèi)氣、液兩相流量較大，導(dǎo)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(dá)到上一層

12、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：說明：兩種液泛互相影響和關(guān)聯(lián)，其最終現(xiàn)象相同。（2） 嚴(yán)重漏液嚴(yán)重漏液 漏液量增大，導(dǎo)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(yán)重漏液，稱相應(yīng)的孔流氣速為漏液點氣速漏液點氣速 。三、常用塔板的類型三、常用塔板的類型（1）泡罩塔板）泡罩塔板優(yōu)點優(yōu)點：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。缺點：缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，塔板阻力大。 組成：組成：升氣管和泡罩圓形泡罩條形泡罩泡罩塔（2）篩板塔板）篩板塔板優(yōu)點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低、塔板阻力小。 目前，廣泛應(yīng)用的一種塔型。塔板上開圓孔，孔徑：3 - 8 mm，大孔

13、徑篩板：12 - 25 mm。（3）浮閥塔板）浮閥塔板圓形浮閥條形浮閥浮閥塔盤方形浮閥優(yōu)點：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(yīng)用。缺點：缺點：浮閥易脫落或損壞。方形浮閥F1型浮閥（4）多降液管（）多降液管（MD）塔板）塔板 優(yōu)點：優(yōu)點：提高允許液體流量 五五. 篩板塔化工設(shè)計計算篩板塔化工設(shè)計計算（1）塔的有效高度）塔的有效高度 Z 已知：已知：實際塔板數(shù) NP ； 塔板間距 HT； pTNHZ 選取塔板間距選取塔板間距 HT ：理論塔板數(shù)計算軟件塔徑塔徑D，m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-

14、2.02.0-2.42.4塔板間距塔板間距HT，m0.2-0.30.3-0.35 0.35-0.45 0.45-0.6 0.5-0.80.6塔板間距和塔徑的經(jīng)驗關(guān)系塔板間距和塔徑的經(jīng)驗關(guān)系塔體高度：有效高塔體高度：有效高+頂部頂部+底部底部+ 其它其它 有效塔高：有效塔高：VVLfCuLVmVmLvlVVVLLVqqqqFss C：氣體負(fù)荷因子，與 HT、 液體表面張力和兩相接觸狀況有關(guān)。有關(guān)。 液泛氣速液泛氣速兩相流動參數(shù)兩相流動參數(shù) FLV：（2）塔徑）塔徑 確定原則：確定原則： 防止過量液沫夾帶液泛 步驟：步驟： 先確定液泛氣速 uf (m/s)； 然后選設(shè)計氣速 u； 最后計算塔徑 D

15、。2 . 02020CC對于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖 ，C20=(HT 、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05vlVVVLLVssqqFVLVf20 uC篩板塔泛點關(guān)聯(lián)圖 選取設(shè)計氣速選取設(shè)計氣速 u 選取泛點率：泛點率： u / uf 一般液體， 0.6 0.8 易起泡液體，0.5 0.6uVAs所需氣體流通截面積所需氣體流通截面積設(shè)計氣速設(shè)計氣速 u = 泛點率泛點率 ufADAd 計算塔徑計算塔徑 DTdTAAAA1塔截面積：

16、塔截面積：A = AT - AdTAD4塔徑塔徑說明：計算塔徑需圓整，且重新計算實際氣速及泛點率。說明：計算塔徑需圓整，且重新計算實際氣速及泛點率。（3）溢流裝置設(shè)計）溢流裝置設(shè)計 溢流型式的選擇溢流型式的選擇 依據(jù)：依據(jù)：塔徑 、流量； 型式型式：單流型、U 形流型、雙流型、階梯流型等。 降液管形式和底隙降液管形式和底隙 降液管：弓形弓形、圓形。 降液管截面積：由Ad/AT = 0.06 0.12 確定； 底隙 hb ：通常在 30 40 mm。 溢流堰（出口堰）溢流堰（出口堰） 作用作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。 型式型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。堰長堰長 l

17、W ：影響液層高度。堰高堰高 hW：直接影響塔板上液層厚度 過小，過小，相際傳質(zhì)面積過小； 過大過大，塔板阻力大，效率低。 常、加壓塔：40 80 mm ； 減壓塔：25 mm 左右。 TdWAAfDlDbfDldW75. 06 . 0 DlW7 . 05 . 0 DlW說明：通常應(yīng)使溢流強(qiáng)度說明：通常應(yīng)使溢流強(qiáng)度qVLh/lW 不大于不大于100130 m3/（m h）。）。 或： 雙流型:單流型：3/231084.2WVLowlqEhh(4) 塔板及其布置塔板及其布置 受液區(qū)和降液區(qū)受液區(qū)和降液區(qū) 一般兩區(qū)面積相等。 入口安定區(qū)和出口安定區(qū)入口安定區(qū)和出口安定區(qū) 其中， E：液流收縮系數(shù)，

18、：液流收縮系數(shù)，一般可近似取 E =1。mmhOW6mmbbss10050mmbc50堰上方液頭高度堰上方液頭高度 hOW ：要求：要求： 邊緣區(qū)：邊緣區(qū)：bcbdbslWrx)sin(21222rxrxrxAa)sin( 2)sin( 211221211222rxrxrxrxrxrxAa（5）篩孔的尺寸和排列）篩孔的尺寸和排列 篩孔篩孔： 有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，常按正三角形排列。 篩板開孔率篩板開孔率 ： 單流型弓形降液管塔板單流型弓形降液管塔板： 有效傳質(zhì)區(qū)：有效傳質(zhì)區(qū)： 雙流型弓形降液管塔板雙流型弓形降液管塔板：20220907. 060sin21421tdtdAAoaobcbdbslWrxd0

19、t00AquSVV20200785. 04dAdAna篩孔直徑篩孔直徑 d0 : 3 8 mm (一般)。 12 25 mm (大篩孔) 孔中心距孔中心距 t : (2.55) d0 取整。 開孔率開孔率: : 通常為 0.08 0.12。 板厚：板厚：碳鋼（3 4mm）、不銹鋼。 篩孔氣速：篩孔氣速：篩孔數(shù)：篩孔數(shù)：d0t(6) 塔板的校核塔板的校核 對初步設(shè)計的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和修正。VmVmLVLmeqqeeqevVVLVLVmLmvssqqqqe11 液沫夾帶量校核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 / km

20、ol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：夾帶的液體流量占橫過塔板液體流量的分?jǐn)?shù)。 故有： 所以2 . 33107 . 5fTvHHue說明：說明：超過允許值，可調(diào)整塔板間距塔板間距或塔徑塔徑。 ev的計算方法的計算方法：方法1：利用Fair關(guān)聯(lián)圖求，進(jìn)而求出ev。方法2：用Hunt經(jīng)驗公式計算ev。)(5 . 2OWWfhhH式中Hf 為板上泡沫層高度：要求要求： ev 0.1 kg 液體 / kg氣體。 塔板阻力的計算和校核塔板阻力的計算和校核 塔板阻力：塔板阻力：液柱mgphLff 塔板阻力 hf包括 以下幾部分

21、: （a）干板阻力 h0氣體通過板上孔的阻力（設(shè)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 h孔口處表面張力。清液柱高度表示：（a）干板阻力）干板阻力h0200,021CuggphLVLofd0/C0塔板孔流系數(shù)C0 孔流系數(shù)孔流系數(shù)OWWlhhh（b）液層阻力）液層阻力 hl查圖求充氣系數(shù)查圖求充氣系數(shù)2/1V32/1aamkgsmuF說明：說明：若塔板阻力過大，可增加開孔率增加開孔率或 降低堰高。降低堰高。03104dghL（c）克服液體表面張力阻力克服液體表面張力阻力（一般可不計） 降液管液泛校核降液管液泛校核dLOWWdhgpphhH12dfOW

22、Whhhh故塔板阻力：hhhhLf0降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度 (m)()()4(0476.032vLfsLfbHLZHb（a） 液面落差液面落差一般較小，可不計。當(dāng)一般較小，可不計。當(dāng)不可忽略時不可忽略時，一般要求：一般要求： 0.5h0282211018. 1153. 02bWsbWsddhlLhlLguh（b b） 液體通過降液管阻力液體通過降液管阻力 hd21dddhhh包括底隙阻力 hd1和進(jìn)口堰阻力hd2。無進(jìn)口堰時：無進(jìn)口堰時：02dhdlLddHHHWTdhHH泡沫層高度泡沫層高度要求：要求：說明：說明：若泡沫高度過大，可減小塔板阻力減小塔板阻力或 增大塔板間距。增大塔板間距。泡沫層相對密度：對不易起泡物系，6 . 05 . 04 . 03 . 0易