化工原理課程設(shè)計(jì)

化工原理2021/6/271化工原理課程設(shè)計(jì)的作用1.化工原理的培養(yǎng)目標(biāo)之一；工程觀點(diǎn)/定量計(jì)算/實(shí)驗(yàn)技能/設(shè)計(jì)能力2.培養(yǎng)自學(xué)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力；3.通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算培養(yǎng)“四心”；

－－細(xì)心、耐心、信心、責(zé)任心4.通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，了解做事的“程序”。

－－“胸有成竹”2021/6/272掌握化工原理課程設(shè)計(jì)的方法英文中的“5WH”1.What+Why----知其然，知其所以然；

設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)原理2.Who+When+Where-----故事的三要素；3.How-----1)Howtodesign設(shè)計(jì)步驟2)Howtodealwithdesigndata設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理－－計(jì)算規(guī)則、圓整、校核等2021/6/273設(shè)計(jì)型計(jì)算的主要特征1.“從無(wú)到有”－－－為設(shè)計(jì)施工單位提供設(shè)備尺寸、接管方位、工藝條件參數(shù)等。2.“校核設(shè)備”－－－由于條件變化對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行校核計(jì)算，為實(shí)際生產(chǎn)節(jié)省資源。2021/6/274南

京

工

業(yè)

大

學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

專業(yè):化學(xué)工程與工藝班級(jí):化工0705～8/化強(qiáng)0701姓名：

.

設(shè)計(jì)日期：

2010年

06月

14日至

2010年

06月

25日設(shè)計(jì)題目：常壓二元篩板精餾塔的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)條件：2021/6/275設(shè)計(jì)題目：常壓二元篩板精餾塔的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)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)：q>1,冷液進(jìn)料(1.08)2021/6/276設(shè)計(jì)題目：常壓二元篩板精餾塔的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)條件：操作條件：塔頂壓強(qiáng)p頂=4kPa(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t＝12℃；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。2021/6/277設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容：一、流程的設(shè)計(jì)；二、物料衡算；三、1.理論板數(shù)NT；2.ET；3.N；四、工藝計(jì)算和物性1.Pm；2.tm；3.Mm；4.

m；5.

m；6.

Lm；五、負(fù)荷計(jì)算2021/6/278設(shè)計(jì)計(jì)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lw＝0.66D,hw；wd；Ad；h03、塔板布置4、n,

5、Z6、塔高2021/6/279設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容：七、流體力學(xué)驗(yàn)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(jì)算及校核

換熱器的計(jì)算及校核2021/6/2710氯仿－苯體系汽液平衡數(shù)據(jù)(101.325kPa)氯仿質(zhì)量分?jǐn)?shù)液相汽相t(℃)0.00.080.20.100.13679.90.200.272790.300.40678.10.400.5377.20.500.65760.600.7574.60.700.8372.80.800.9070.50.900.961671.01.0612021/6/2711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(℃)0.300.665780.400.72975.30.500.77973.10.600.82571.20.700.8769.30.800.91567.50.900.958660.950.979651.01.064.52021/6/2712丙酮－水體系汽液平衡數(shù)據(jù)(101.325kPa)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(℃)0.400.83960.40.500.84960.00.600.85959.70.700.87459.00.800.89858.20.900.93557.50.950.96357.01.01.056.132021/6/2713丙酮－水體系汽液平衡數(shù)據(jù)(101.325kPa)[5]，劉雪暖，湯景凝?！痘ぴ碚n程設(shè)計(jì)》。

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(℃)0.500.85159.80.600.86359.20.700.87558.80.800.89758.20.900.93557.40.950.96256.90.9750.97956.71.01.056.52021/6/2714丙酮－水體系汽液平衡數(shù)據(jù)(101.325kPa)

，時(shí)鈞，余國(guó)淙，汪家鼎。《化學(xué)工程手冊(cè)》。

丙酮mol分?jǐn)?shù)xyt(℃)0.050.638174.80.100.730168.530.150.771665.260.200.791663.590.300.812461.870.400.826960.750.500.838759.950.600.853259.120.700.871258.290.800.895057.490.900.933556.680.950.962756.32021/6/2715丙酮－水體系汽液平衡數(shù)據(jù)

2021/6/2716板式塔一、板式塔結(jié)構(gòu)及性能（1）板式塔結(jié)構(gòu)

進(jìn)料回流液塔頂氣相塔底液相2021/6/2717塔板結(jié)構(gòu)①氣體通道形式很多，如篩板、浮閥、泡罩等，對(duì)塔板性能影響很大。②降液管（液體通道）液體流通通道，多為弓形。③受液盤(pán)塔板上接受液體的部分。④溢流堰使塔板上維持一定高度的液層，保證兩相充分接觸。2021/6/2718浮閥塔板結(jié)構(gòu)2021/6/2719（2）塔板上的氣—液兩相流動(dòng)2021/6/2720汽、液兩相接觸方式

兩相流動(dòng)的推動(dòng)力

全塔：逆流接觸塔板上：錯(cuò)流接觸液體：重力氣體：壓力差2021/6/2721

塔板上理想流動(dòng)情況：液體橫向均勻流過(guò)塔板，氣體從氣體通道上升，均勻穿過(guò)液層。氣液兩相接觸傳質(zhì)，達(dá)相平衡，分離后，繼續(xù)流動(dòng)。

塔板上的非理想流動(dòng)情況：

①氣相或液相返混液沫夾帶、氣泡夾帶，即：返混現(xiàn)象

后果：板效率降低。②不均勻流動(dòng)

液面落差（水力坡度）：引起塔板上氣體分布不均勻；塔壁作用（阻力）：引起塔板上液體分布不均勻。后果：使塔板上氣液接觸不充分，板效率降低。2021/6/2722液泛現(xiàn)象二、

塔內(nèi)氣、液兩相異常流動(dòng)

（1）液泛

如果由于某種原因，使得氣、液兩相流動(dòng)不暢，使板上液層迅速積累，以致充滿整個(gè)空間，破壞塔的正常操作，稱此現(xiàn)象為液泛。2021/6/27231)過(guò)量霧沫夾帶液泛原因：①氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板；②氣相運(yùn)動(dòng)是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動(dòng)。

液泛氣速：

開(kāi)始發(fā)生液泛時(shí)的氣速。2021/6/27242）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(shí)，均會(huì)引起降液管液層升高，以致達(dá)到上一層塔板，破壞降液管的正常流動(dòng)，直至液相逐漸充滿塔板空間，發(fā)生液泛。說(shuō)明：兩種液泛互相影響和關(guān)聯(lián)，其最終現(xiàn)象相同。2021/6/2725（2）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(wú)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(diǎn)氣速。2021/6/2726三、常用塔板的類型（1）泡罩塔板優(yōu)點(diǎn)：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，塔板阻力大。組成：升氣管和泡罩2021/6/2727圓形泡罩條形泡罩泡罩塔2021/6/2728（2）篩板塔板優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板阻力小。目前，廣泛應(yīng)用的一種塔型。塔板上開(kāi)圓孔，孔徑：3-8mm，大孔徑篩板：12-25mm。2021/6/2729（3）浮閥塔板圓形浮閥條形浮閥浮閥塔盤(pán)方形浮閥2021/6/2730優(yōu)點(diǎn)：浮閥根據(jù)氣體流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)度，提高了塔板的操作彈性、降低塔板的壓降，同時(shí)具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：浮閥易脫落或損壞。方形浮閥F1型浮閥2021/6/2731（4）多降液管（MD）塔板

優(yōu)點(diǎn)：提高允許液體流量2021/6/2732五.篩板塔化工設(shè)計(jì)計(jì)算（1）塔的有效高度Z

已知：實(shí)際塔板數(shù)NP

；塔板間距HT；

選取塔板間距

HT

：理論塔板數(shù)計(jì)算軟件塔板間距和塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系塔體高度：有效高+頂部+底部+

其它

有效塔高：2021/6/2733

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)。①液泛氣速兩相流動(dòng)參數(shù)FLV：（2）塔徑

確定原則：防止過(guò)量液沫夾帶液泛

步驟：先確定液泛氣速u(mài)f(m/s)；然后選設(shè)計(jì)氣速

u；最后計(jì)算塔徑D。2021/6/2734對(duì)于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖，C20=(HT

、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05篩板塔泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖2021/6/2735②選取設(shè)計(jì)氣速

u

選取泛點(diǎn)率：u/

uf

一般液體，0.6~0.8

易起泡液體，0.5~0.6所需氣體流通截面積設(shè)計(jì)氣速

u=泛點(diǎn)率×ufADAd③計(jì)算塔徑

D塔截面積：A=AT-Ad塔徑說(shuō)明：計(jì)算塔徑需圓整，且重新計(jì)算實(shí)際氣速及泛點(diǎn)率。2021/6/2736（3）溢流裝置設(shè)計(jì)①溢流型式的選擇依據(jù)：塔徑、流量；

型式：?jiǎn)瘟餍?、U形流型、雙流型、階梯流型等。②降液管形式和底隙

降液管：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30~40mm。③

溢流堰（出口堰）

作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過(guò)。

型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。2021/6/27372021/6/2738堰長(zhǎng)

lW

：影響液層高度。堰高h(yuǎn)W：直接影響塔板上液層厚度過(guò)小，相際傳質(zhì)面積過(guò)?。?/p>

過(guò)大，塔板阻力大，效率低。常、加壓塔：40~80mm；減壓塔：25mm左右。說(shuō)明：通常應(yīng)使溢流強(qiáng)度qVLh/lW

不大于100~130m3/（m

h）。

或：

雙流型:單流型：2021/6/2739(4)塔板及其布置

①受液區(qū)和降液區(qū)一般兩區(qū)面積相等。

②入口安定區(qū)和出口安定區(qū)其中，E：液流收縮系數(shù)，一般可近似取E=1。堰上方液頭高度hOW

：要求：③邊緣區(qū)：bcbdbslWrx2021/6/2740（5）篩孔的尺寸和排列

篩孔：有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，常按正三角形排列。篩板開(kāi)孔率：

單流型弓形降液管塔板：④有效傳質(zhì)區(qū)：

雙流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t2021/6/2741篩孔直徑d0:3~8mm(一般)。

12~25mm(大篩孔)

孔中心距t:(2.5~5)d0

取整。開(kāi)孔率φ:

通常為0.08~0.12。板厚：碳鋼（3~4mm）、不銹鋼。

篩孔氣速：篩孔數(shù)：d0t2021/6/2742(6)塔板的校核

對(duì)初步設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和修正。①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/kmol氣體單位時(shí)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ψ：夾帶的液體流量占橫過(guò)塔板液體流量的分?jǐn)?shù)。故有：

所以2021/6/2743說(shuō)明：超過(guò)允許值，可調(diào)整塔板間距或塔徑。

ev的計(jì)算方法：方法1：利用Fair關(guān)聯(lián)圖求Ψ，進(jìn)而求出ev。方法2：用Hunt經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算ev。式中Hf

為板上泡沫層高度：要求：ev≤

0.1

kg

液體/kg氣體。2021/6/2744②塔板阻力的計(jì)算和校核

塔板阻力：

塔板阻力hf包括

以下幾部分:

（a）干板阻力h0—?dú)怏w通過(guò)板上孔的阻力（設(shè)無(wú)液體時(shí)）；

（b）液層阻力hl—?dú)怏w通過(guò)液層阻力；（c）克服液體表面張力阻力hσ—孔口處表面張力。清液柱高度表示：（a）干板阻力h02021/6/2745d0/δC0塔板孔流系數(shù)C0—孔流系數(shù)2021/6/2746（b）液層阻力hl查圖求充氣系數(shù)β2021/6/2747說(shuō)明：若