化工原理課程設(shè)計

1、1.1 前言課程設(shè)計是本課程教學(xué)中綜合性和初中性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是學(xué)習(xí)化工設(shè)計基本知識的初次嘗試。也是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個教學(xué)計劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力的重要作用。蒸餾是利用液體混合物中個組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達(dá)到輕重組分分離的方法。蒸餾操作在石油化工中占有重要的地位，一般占基建投資費用的50%到90%。為此，掌握氣液平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性對選擇，設(shè)計和分析分離過程中的各種參數(shù)是很重要的。蒸餾過程操作方式可分為間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。間歇蒸餾是一種不穩(wěn)定的操作過程，主要

2、應(yīng)用于批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場合；連續(xù)蒸餾為穩(wěn)態(tài)的連續(xù)過程，是化工生產(chǎn)常用的方法。蒸餾過程按蒸餾方式可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾和特殊精餾。簡單蒸餾是一種單級蒸餾操作，常以間歇方式進(jìn)行。平衡蒸餾又稱閃蒸，也是一種單級蒸餾操作，常以連續(xù)方式進(jìn)行。簡單蒸餾和平衡蒸餾一般用于較易分離的體系或分離要求不高的體系。對于較難分離的體系可采用精餾，用普通清餾不能分離體系則可采用特殊精餾。特殊精餾是在物系中加第三組分，改變分離組分的活度系數(shù)，增大組分間的相對揮發(fā)度，達(dá)到有效分離的目的。特殊精餾有萃取精餾、恒沸蒸餾和鹽溶精餾等。精餾過程按操作壓強可分為常壓精餾、加壓精餾和減壓精餾。一般說來，當(dāng)總壓強增大時

3、，平衡時氣相濃度與液相濃度接近，對分離不利，但對在常壓下為氣態(tài)的混合物可采用加壓精餾；沸點高又是熱敏性的混合液，可采用減壓精餾。目 錄第一章 概述 11.1 課程設(shè)計安排表 11.2 設(shè)計方案簡介 31.3 工藝流程圖及其說明 3第二章 工藝設(shè)算及其主體設(shè)備的設(shè)計 42.1 設(shè)計方案的確定 42.2 物料衡算 42.2.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 42.2.2 物料衡算 42.3 塔板數(shù)的確定 42.3.1 理論板層數(shù)NT的求取 42.3.2 實際板層數(shù)的求取 62.4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性的數(shù)據(jù) 62.4.1 操作壓強 62.4.2 操作溫度 62.4.3 平均摩爾質(zhì)量

4、72.4.4 苯-甲苯混合物的密度 72.4.5 苯-甲苯混合物的表面張力 82.4.5 苯-甲苯混合物的表面張力 82.4.6 苯-甲苯混合物的平均粘度 82.5 塔體工藝尺寸的設(shè)計計算 82.5.1 塔徑 92.5.2 塔高 102.6 塔板工藝尺寸的設(shè)計計算 102.7.1 溢流裝置 102.7.2 塔板布置 112.7 塔板流動力學(xué)驗算 112.8.1 塔板壓降 112.8.2 液面落差 122.8.3 漏液 122.8.4 液泛夾帶 122.8.5 液泛 132.9 負(fù)荷性能圖 132.9.1 漏液線 132.9.2 液沫夾帶線 132.9.3 液泛線 142.9.4 液相負(fù)荷下限線

5、 152.9.5 液相負(fù)荷上限線 15第三章 精餾塔接管尺寸計算 163.1 進(jìn)料管道 163.2 塔頂回流液管道 163.3 塔底料液排出管道 163.4 塔頂蒸氣體積流量 163.5 塔底蒸氣進(jìn)口管道 16第四章 輔助設(shè)備的計算與選型 174.1 換熱器 174.1.1 換熱器的選型 174.1.2 流體流動空間及流速 174.1.3 物性數(shù)據(jù)的確定 174.1.4 傳熱面積 174.2 冷凝器 184.2.1 換熱器的選型 184.2.2 流體流動空間及流速 184.2.3 物性數(shù)據(jù)的確定 184.2.4 傳熱面積 184.3 再沸器 194.3.1 物性數(shù)據(jù) 194.3.2 傳熱面積和

6、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 19篩板塔連續(xù)精餾組分分離苯-甲苯工藝設(shè)計結(jié)果匯總表 20設(shè)計總結(jié)報告 21參考文獻(xiàn) 22符號說明 23參考文獻(xiàn)：1 許文林，主編. 化工單元操作及設(shè)備課程設(shè)計. 北京：科學(xué)出版社，2013 2 賈紹義. 柴成敬 主編. 化工傳質(zhì)與分離過程. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20043 賈紹義. 柴誠敬主編. 化工原理課程設(shè)計. 天津：天津大學(xué)出版社，20024 匡國柱. 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20065 譚天恩. 化工原理上，下冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社2014符號說明Ap塔板鼓泡區(qū)面積，m2；Af降液管截面積，m2；A0 篩孔面積，m2；AT塔截面積，m2

7、；C 負(fù)荷系數(shù)，無因次；C2020dyn/cm時的負(fù)荷系數(shù)，無因次Cf泛點負(fù)荷系數(shù)，無因次；Cp 比熱，kJ/kg&S226;K；d0篩孔直徑，m；D塔徑，m；D塔頂產(chǎn)品流量，kmol/h或kg/h；eV霧沫夾帶量，kg(液)/kg(氣) ；E液流收縮系數(shù)，無因次；ET總板效率或全塔效率，無因次；F原料流量，kmol/h或kg/h；g重力加速度，m/s2；hd干板壓降，m；hd液體通過降液管的壓降，m；ht氣相通過塔板的壓降，m；hf板上鼓泡層高度，m；hl板上液層的有效阻力，m；hL板上液層高度，m；h0降液管底隙高度，m；h0w堰上液層高度，m；hp與單板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；hW溢流堰

8、高度，m；h 與克服表面張力的壓強降相當(dāng)?shù)闹叨?，m；Hd降液管內(nèi)清液層高度，m；HT塔板間距，m；I物質(zhì)的焓，kJ/kg；K穩(wěn)定系數(shù)，無因次；lW堰長，m；LS塔內(nèi)液體流量，m3/s；M分子量；n篩孔總數(shù)；NT理論板數(shù)；N 實際板數(shù)；P操作壓強，Pa；P單板壓強，Pa；Pp通過一層塔板的壓強降Pa/層；q進(jìn)料熱狀況參數(shù)，無因次；Q熱負(fù)荷，kJ/h；QB再沸器熱負(fù)荷，kJ/h；QC全凝器熱負(fù)荷，kJ/h；QL熱負(fù)荷損失，kJ/h；r汽化潛熱，kJ/kg；R氣體常數(shù)，8314J/kmol&S226;K；R回流比，無因次；t溫度，或K；t孔心距，m；T溫度，或K；TS塔頂溫度，或K；TS回流液溫度

9、，或K；u空塔氣速，m/s；Ua 按板上層液上方有效流通面積計的氣速，m/s；Umax極限空塔氣速，m/s；u0篩孔氣速，m/s；u0M漏液點氣速，m/s；uo降液管底隙處液體流速，m/s；V精餾段上升蒸氣量，kmol/h；Vh塔內(nèi)氣相流量，m3/h；Vs塔內(nèi)氣相流量，m3/s；V提餾段上升蒸氣量，kmol/h；W釜殘液流量，kmol/h或kg/h；Wh加熱蒸氣量，kg/h；Wc邊緣區(qū)寬度，m；Wd弓形降液管的寬度，m；WS破沫區(qū)寬度，m；x液相組成，摩爾分率；y氣相組成，摩爾分率；Z塔的有效高度，m。希臘字母 相對揮發(fā)度，無因次；o板上液層充氣系數(shù)，無因次；液體在降液管內(nèi)停留時間，無因次；密

10、度，kg/m3；粘度，mPa&S226;s；校正系數(shù)，無因次。 第一章 概述1.2 前言課程設(shè)計是本課程教學(xué)中綜合性和初中性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是學(xué)習(xí)化工設(shè)計基本知識的初次嘗試。也是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個教學(xué)計劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力的重要作用。蒸餾是利用液體混合物中個組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達(dá)到輕重組分分離的方法。蒸餾操作在石油化工中占有重要的地位，一般占基建投資費用的50%到90%。為此，掌握氣液平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性對選擇，設(shè)計和分析分離過程中的各種參數(shù)是很重要的。蒸餾過程操作方式可分為間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。間歇蒸餾是一種不穩(wěn)定的操作過程，主要應(yīng)用于批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場合；連續(xù)蒸餾為穩(wěn)態(tài)的連續(xù)過程，是化工生產(chǎn)常用的方法。蒸餾過程按蒸餾方式可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾和特殊精餾。簡單蒸餾是一種單級蒸餾操作，常以間歇方式進(jìn)行。平衡蒸餾又稱閃蒸，也是一種單級蒸餾操作，常以連續(xù)方式進(jìn)行。簡單蒸餾和平衡蒸餾一般用于較易分離的體系或分離要求不高的體系。對于較難分離的體系可采用精餾，用普通清餾不能分離體系則可采用特殊精餾。特殊精餾是在物系中