化工課程方案模板

1、苯-甲苯V苯-氯苯）二元體系篩板精餾塔設(shè)計(jì)1前言 < 每人不能相同）1.1設(shè)計(jì)目的/意義1.2塔設(shè)備簡介2設(shè)計(jì)說明書2.1流程簡介n卻1E-ikJt£全a圖1-1精餾過程流程圖 2.2工藝參數(shù)選擇3工藝計(jì)算3.1物料衡算F=D+W FXf=DXd+WXw DX d/FX f= n 得：D= Kmol/hW= Kmol/hXw=3.2理論塔板數(shù)的計(jì)算查找各體系的汽液相平衡數(shù)據(jù) 苯甲苯氣液相平衡見化工原理P483附表202）苯-氯苯汽液相平衡數(shù)據(jù)見附錄平衡線方程：理想體系： 計(jì)算每一點(diǎn)的a取平均值平衡線方程：y= ox/1+（ a1x 非理想體系分段計(jì)算平均 a用作圖法3.2.3

2、q線方程 泡點(diǎn)進(jìn)料：q=1 16C進(jìn)料：查物性數(shù)據(jù)： 查物理化學(xué)手冊或化工原理附錄） 易揮發(fā)組分比熱C1= kJ/kgK 難揮發(fā)組分比熱C2=kJ/kgK易揮發(fā)組分汽化潛熱r1= kJ/kgK 難揮發(fā)組分汽化潛熱"進(jìn)料溫度t1 = C進(jìn)料組成對應(yīng)的泡點(diǎn)溫度t2=C 根據(jù)進(jìn)料組成查平衡數(shù)據(jù)）平均r =Zf r1*分子量M輕組分+（1- Zf2*分子量M重組分=kJ/mol平均Cp= zf C1*分子量M輕組分+（1- zf C2*分子量M重組分=kJ/KmolK q= 參考p310習(xí)題11）r2= kJ/kgK計(jì)算q線方程:回流比?。㏑min 最小回流比 回流比R=操作線方程精餾段操作

3、線方程為：提餾段操作線方程為：理論板數(shù)的計(jì)算精餾段理論板數(shù)=，第塊為進(jìn)料板 提餾段= 總理論板數(shù)Nt=3.3實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算全塔效率Et由O conne關(guān)聯(lián)圖查得全塔效率 Et，見化工原理P347,圖8-32平均粘度的計(jì)算：各組分在平均塔溫下的粘度線性加和得到逐板計(jì)算或作圖法）Mav= P1XF1+1 Xf1)3.3.2 實(shí)際板數(shù) NeNe=Nt/Et氣相流率kmol/h ）液相流率kmol/h ）精餾段提餾段表3-1塔內(nèi)氣液流率匯總3.4熱量衡算341預(yù)熱器的熱量衡算塔頂冷凝器熱量衡算塔底再沸器熱量衡算4塔的結(jié)構(gòu)計(jì)算板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括塔高、塔徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，板上液流形式的選擇、溢

4、流裝置的設(shè)計(jì)，塔板布置、氣體通道的設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。板式塔為逐級接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，沿塔方向，每層板的組成、溫度、壓力都不同 。設(shè)計(jì)時(shí)，分別計(jì)算精餾段、提餾段平均條件下的參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，以此確定塔的尺寸，然后再作適當(dāng)調(diào)整，但應(yīng)盡量保持塔徑相同，以便于加工制造4.1混合組分的平均物性參數(shù)的計(jì)算平均分子量的計(jì)算(1)塔頂?shù)钠骄肿恿?lt;X1為與y1二Xd平衡 的液相組成) M vdm = Xd 輕組分+<1 Xd )*M重組分M ldm = X1 M輕組分+<1 X1) HM重組分<2)進(jìn)料板的平均分子量進(jìn)料板對應(yīng)的組成Xn 和 yn (進(jìn)料板對應(yīng)的組成由逐板計(jì)算得到，Mv

5、fm= yn M輕組分+<1 yn) >M重組分Mlfm= Xn>M輕組分+<1 Xn) >M重組分<3)塔底的平均分子量<yw為與xw平衡的氣相組成)Mvwm = yw>M輕組分+<1 yw) XM重組分Mlwm= XwXM輕組分+<1 Xw) XM重組分<4)精餾段、提餾段的平均分子量精餾段平均分子量 M LM =( M LDM + M LFM >/2=M VM =( M VDM + M VFM >/2=提餾段平均分子量 M LM =( M LWM + M LFM >/2=M VM=( M VWM + M

6、VFM >/2=平均密度的計(jì)算<1)液相平均密度查物性數(shù)據(jù)：易揮發(fā)組分密度p = Kg/m3難揮發(fā)組分密度p = Kg/ m塔頂易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比進(jìn)料易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比塔底易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比n值各人不同>ai = a2 = a3=<將Xd換算成質(zhì)量分率)<將Xn換算成質(zhì)量分率)<將Xw換算成質(zhì)量分率)Kg/ m 3Kg/ m 3塔頂液相密度：pd = 1/a p+(1-a1> / p=進(jìn)料液相密度：pF = 1/a2/ p+(1-a2> / p=p3塔底液相密度：PLW = 1/a3/ p+(1-a3> / p= Kg/ m3 精餾段

7、的平均液相密度：，pM = (PLD+ pLF>/2= Kg/ m 3 提餾段的平均液相密度：plm = ( Pf+ pw>/2= Kg/ m 3<2)汽相平均密度根據(jù)塔頂組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算塔頂溫度Td=C根據(jù)進(jìn)料板組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算 進(jìn)料板溫度Tf=C 根據(jù)塔底組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算精餾段：Tm=<Tf+Td) /2=3pvm = PMv/RTm= Kg/ m提餾段：T m=<T f+T w ) /2=pvM = PM v/RT m=塔底溫度Tw3氣相流率<m /h)3液相流率<m /h)精餾段提餾段Kg/ m 3表4-1塔內(nèi)氣液流率匯總4.2塔高的計(jì)算

8、 板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計(jì)算:式中Z塔的有效高度，m；Et全塔總板效率；Nt 塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)；Ht塔板間距，m。Ht的初選選取時(shí)應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。 由表4-1列出的塔板間距的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選取。表4-2塔板間距與塔徑的關(guān)系塔徑/D, m0.3 0.50.5 0.80.8 1.61.6 2.42.4 4.0板間距/Ht, mm200300250350300450350600400 600化工生產(chǎn)中常用板間距為：200，250，300, 350, 400，450，500, 600, 700, 800mm。在決定板間距時(shí)還應(yīng)

9、考慮安裝、檢修的需要。例如在塔體人孔處，應(yīng)留有足夠的工作空 間，其值不應(yīng)小于600mm。以下均要分別計(jì)算精餾段、提餾段的結(jié)構(gòu)）4.3塔徑的計(jì)算計(jì)算塔徑的方法有兩類：一類是根據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔徑 。另一類計(jì)算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個(gè)孔閥孔或篩孔）允許通過的氣量，定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出塔的橫 截面積和塔徑。本次數(shù)據(jù)采用第一種方法。初步計(jì)算塔徑板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計(jì)算，即式中D塔徑m；Vs塔內(nèi)氣體流量m3/s;u空塔氣速m/s。計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是計(jì)算空塔氣速U。設(shè)計(jì)中，空塔氣速U的計(jì)算方法是，先求得最大空塔氣速Um

10、ax,然后根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，乘以一定的安全系數(shù)，即最大空塔氣速Umax可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為EKI式中Umax允許空塔氣速， m/S；3p, p分別為氣相和液相的密度，kg/m ；C 氣體負(fù)荷系數(shù)，m/s,對于浮閥塔和泡罩塔可用下圖確定;（尋）缶）圖4-1 史密斯關(guān)聯(lián)圖圖中Ht 塔板間距，m；hL 板上液層高度，m； V丄 分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量， m3/s； vp pl分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3上圖中的氣體負(fù)荷參數(shù) C20僅適用于液體的表面張力為 0.02N/m，若液體的表面張力為6N/m，則其氣體負(fù)荷系數(shù) C可用下式求得：所以，初步估算塔徑為：乂 其中，u適宜的空

11、塔速度， m/s。因?yàn)榫s段、提餾段的汽液流量不同，故兩段中的氣體速度和塔徑也可能不同。在 初算塔徑中，精餾段的塔徑可分別按精餾段、提餾段的平均物理參數(shù)計(jì)算。塔徑的圓整目前，塔的直徑已標(biāo)準(zhǔn)化。所求得的塔徑必須圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。塔徑在1M以下者，標(biāo)準(zhǔn)化先按100mm增值變化；塔徑在 1M以上者，按200mm增值變化，即1000mm、1200mm、14 00mm、1600mm4.4塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定溢流裝置的設(shè)計(jì)溢流裝置包括降液管、溢流堰、授液盤等幾個(gè)部分，是液體的通道，其結(jié)構(gòu)和尺寸對塔的 性能有著重要影響。A降液管截面積AdB溢流堰包括堰高 hw 堰長lw及howC受液盤和底隙ho核算：ub=Ls/

12、（Lw.h 0><0.30.5 m/s圖4-2溢流裝置圖4-3塔盤布置442塔盤布置 如圖4-3)A受液區(qū)或降液區(qū)均為Af的計(jì)算式計(jì)算B入口安定區(qū)和出口安定區(qū)Ws = 50100 mmC 邊緣區(qū) Wc 2550 mmAaD有效傳質(zhì)區(qū)：塔板上布置有篩孔的區(qū)域，稱有效傳質(zhì)區(qū)，面積為= 2 xvr - j +2 sin I2 注r)篩孔數(shù)及排列并計(jì)算開孔率5精餾塔的流體力學(xué)性能驗(yàn)算 5.1分別核算精餾段、提留段是否能通過流體力學(xué)驗(yàn)算1. 氣體通過篩板的壓強(qiáng)降hp允許壓降2. 液沫夾帶校核般規(guī)定，液沫夾帶量ev 0.1kg液/kg干氣屬過量液沫夾帶，為不正常操作狀況3溢流液泛條件的校核x|

13、對于一般物系，©0.4。值可取0.5,對于不易起泡物系，值約為0.60.7,對于易起泡物系，/可取值0.34液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核 最大液流量)式中Ls液相體積流量，m3/s。値應(yīng)根據(jù)不同液體的性質(zhì)在 3至5秒內(nèi)定值。5 漏液限 最小氣量)uO設(shè)計(jì)孔速uow 漏液點(diǎn)孔速5.2分別作精餾段、提留段負(fù)荷性能圖<1）負(fù)荷性能圖的其它幾條曲線的依據(jù)分別是： 霧沫夾帶線 以eV<O.1kg液/kg氣時(shí)，相應(yīng)塔徑D對應(yīng)的泛點(diǎn)率計(jì)算（泛點(diǎn)率值大者>。 液泛線以HD=© （HT+Hw>為限。 液相負(fù)荷上限線 全塔LS,max在降液管中停留時(shí)間=3 5s時(shí)求出。

14、 漏液線見上面5. 液相負(fù)荷下限線以堰上液層高度how=0.006m計(jì)。注意：畫出負(fù)荷性能圖的五條線后，還應(yīng)標(biāo)出操作點(diǎn)、畫出操作線、計(jì)算操作彈性以及注明控制氣相的上限量的是哪一條線表4-3塔結(jié)構(gòu)參數(shù)匯總精餾段提留段塔徑降液管面積。6塔的總體結(jié)構(gòu)6.1塔體總高度板式塔的塔體總高度 <不包括裙座）由下式?jīng)Q定:(5-1> 式中 Hd塔頂空間，m;Hb塔底空間，m；Ht塔板間距，m；Ht 開有人孔的塔板間距，m；Hf進(jìn)料段高度，m；Np實(shí)際塔板數(shù)；S人孔數(shù)目 <不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。6.2塔板結(jié)構(gòu)塔板類型按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從300900m m時(shí)

15、采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑在 800m m以上時(shí)，人已能在塔內(nèi)進(jìn)行拆 裝操作，無須將塔板整塊裝入。并且，整塊式塔板在大塔中剛性也不好， 結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜，故采用分塊式塔板；塔徑在800900mm之間，設(shè)計(jì)時(shí)可按便于制造、安裝的具體情況選定。7輔助設(shè)備的選擇換熱器名稱介質(zhì)溫度，C進(jìn)出塔頂冷凝器殼程管程循環(huán)冷凝水2040塔底再沸器管程泡點(diǎn)泡點(diǎn)+4 C殼程蒸汽168C168 C表7-1換熱器結(jié)果列表7.1塔頂冷凝器的選擇查第四章傳熱表4-8<K值得大致范圍）：取總傳熱系數(shù)K=W/m 2 Cd=1 xy1+2 01-y 1>Q=（R+1>Dr d換熱器面積A= m2選型：將計(jì)算出的換熱器面積

16、作為公稱面積，在附錄中選擇換熱器型號，并列出所選擇的 換熱器的參數(shù)。7.2塔底再沸器的選擇查第四章傳熱表4-8<K值得大致范圍）：取總傳熱系數(shù)K=W/m2Crw=ri*X w+2*（1-X w>易揮發(fā)組分比熱ci = kJ/kgK 難揮發(fā)組分比熱C2= kJ/kgK平均Xi : mol分率Q=V 'rw+ V t =KJ/h換熱器面積A =m2選型：將計(jì)算出的換熱器面積作為公稱面積，在附錄中選擇換熱器型號，并給出所 選擇的換熱器的參數(shù)。7.3管道設(shè)計(jì)與選擇 <要求圓整成標(biāo)準(zhǔn)管徑）精Jt*_1* H?。阂后w流速 uL =13 m/s 氣體流速Ug =10-30m/s 蒸

17、汽：u=30-50m/s公式：u=V/（ n4df1、塔頂回流管2、塔頂蒸汽出口管3、塔頂產(chǎn)品出口管4、進(jìn)料管5、塔釜出料管6、塔釜回流管7、塔釜產(chǎn)品出口管蒸氣出口管中的允許氣速Uv應(yīng)不產(chǎn)生過大的壓降，其值可參照表7-2表7-2蒸氣出口管中允許氣速參照表操作壓力 絕壓）常壓14006000Pa> 6000 Pa蒸汽速度/m/s12 2030 5050 707.4泵的選型1、進(jìn)料泵給出：流量F= m /hr 揚(yáng)程H = 50m選擇型號的泵2、回流泵給出：流量F=m3/hr揚(yáng)程H = 30 m從附錄選擇型號的泵表7-3輔助設(shè)備匯總輔助設(shè)備型號塔頂冷凝器塔底再沸器塔頂回流管塔頂蒸汽出口管塔頂產(chǎn)品出口管進(jìn)料管塔釜出料管塔釜回流管塔釜產(chǎn)品出口管進(jìn)料泵回流泵8畫塔的裝備圖1號圖紙）9編寫設(shè)計(jì)說明書（裝訂課程設(shè)計(jì)說明書和計(jì)算書內(nèi)容及順序 封面任務(wù)書目錄第一章前言（或序言 （本章和以下各章可以自行分段、分節(jié)第二章設(shè)計(jì)說明書 內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)單元操作方案簡介、設(shè)計(jì)單元過程和設(shè)備的評述等）第三章 工藝計(jì)算包括：物料衡算、理論塔板數(shù)的計(jì)算、實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算、熱量衡算及設(shè)計(jì)結(jié)果匯總）第四章 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 塔徑、塔盤結(jié)構(gòu)即計(jì)算