1、化工原理課程設計化工原理課程設計化工原理課程設計化工原理課程設計 2010.6一、課程設計注意事項1.紀律要求2.格式要求1. 紀律要求 獨立完成課程設計，不準抄襲，如有獨立完成課程設計，不準抄襲，如有發現，后果自負。（抄襲者和被抄襲的發現，后果自負。（抄襲者和被抄襲的一并作不及格處理）一并作不及格處理） 2. 格式要求1） 課程設計內容包括說明書和圖紙。課程設計內容包括說明書和圖紙。 2）設計說明書）設計說明書統一用統一用A4紙打印。紙打印。 說明書包括標題頁、設計任務書、目錄、說明書包括標題頁、設計任務書、目錄、設計方案簡介、工藝計算、主要工藝尺寸的設計方案簡介、工藝計算、主要工藝尺寸的計

2、算、輔助設備的選型和計算、設計結果一計算、輔助設備的選型和計算、設計結果一覽表、對本設計的評述、參考文獻。覽表、對本設計的評述、參考文獻。3）圖紙用）圖紙用A3紙紙打印。打印。 標題頁標題頁：到我這拷一份標準的標題頁，已經給大家設：到我這拷一份標準的標題頁，已經給大家設計好了（可以在這頁上進行個性設計，但我列出的計好了（可以在這頁上進行個性設計，但我列出的幾項必須有）。幾項必須有）。任務書任務書：將發下去的任務書到時大家再打印一份，也：將發下去的任務書到時大家再打印一份，也可以將我給的任務書先復印一份留到最后進行裝訂。可以將我給的任務書先復印一份留到最后進行裝訂。目錄目錄：列出三級標題。：列出

3、三級標題。 一級標題：一級標題：1、2 二級標題：二級標題：1.1、 1.2、2.1、 2.2、 三級標題：三級標題：1.1.1. 1.1.2. 緒緒 論論 一、一、 課程設計的目的、要求與內容課程設計的目的、要求與內容1.課程設計的目的和要求課程設計的目的和要求2.課程設計的內容課程設計的內容3.工藝流程設計工藝流程設計4.主要設備工藝條件圖主要設備工藝條件圖一、課程設計的目的一、課程設計的目的目的：目的： 綜合能力訓練綜合能力訓練 工程調研，收集和查閱文獻資料、綜合應用所學知工程調研，收集和查閱文獻資料、綜合應用所學知識、理論計算、設備選型、工程圖繪制、編寫設計計識、理論計算、設備選型、工

4、程圖繪制、編寫設計計算說明書。算說明書。 工程觀念培養工程觀念培養 理論理論小試中間試驗小試中間試驗放大為實際工程生產應用。放大為實際工程生產應用。理論課理論課課課程程設設計計課課程程設設計計實驗課實驗課實驗課實驗課化工原理課程化工原理課程化工原理課程設計化工原理課程設計緒論緒論將將比作一個完整統一體的人比作一個完整統一體的人基本要求基本要求F 初定方案，繪制工藝流程圖；F 進行有關計算，得出設備主要尺寸主要尺寸和參數（塔高，塔直徑，塔板數等）；F 選擇附屬設備；F 編制設計計算說明書；F 根據計算結果繪制主體設備圖化工原理課程設計化工原理課程設計緒論緒論二、課程設計的內容二、課程設計的內容（

5、1 1）設計方案制定）設計方案制定（2 2）主要設備的工藝設計計算主要設備的工藝設計計算 包括各種設計參數的選擇、物料衡算、熱量包括各種設計參數的選擇、物料衡算、熱量衡算、理論塔板數計算、塔高、塔徑等等。衡算、理論塔板數計算、塔高、塔徑等等。（3 3）典型輔助設備的選型和計算）典型輔助設備的選型和計算（4 4）工藝流程圖）工藝流程圖（5 5）主體設備工藝條件圖）主體設備工藝條件圖化工原理課程設計化工原理課程設計緒論緒論設計說明書的內容和格式設計說明書的內容和格式 標題頁（封面）； 目錄； 設計任務書； 設計方案制定（簡介）； 工藝流程圖及說明； 工藝計算及主體設備設計； 輔助設備的計算及選型；

6、 設計結果概要或設計一覽表； 對本設計的評述； （10）工藝流程圖、主體設備工藝條件圖；（11）參考文獻化工原理課程設計化工原理課程設計緒論緒論三、化工生產工藝流程設計三、化工生產工藝流程設計生產流程設計一般分為三個階段生產流程設計一般分為三個階段：1、可行性研究可行性研究(feasibility studies)階段階段 框圖工藝流程草圖框圖工藝流程草圖2、初步設計階段（初設）、初步設計階段（初設） 工藝物料流程圖或帶控制點的工工藝物料流程圖或帶控制點的工藝流程簡圖，列入初步設計階段的設計文件。藝流程簡圖，列入初步設計階段的設計文件。3、施工圖設計階段、施工圖設計階段 帶控制點的工藝流程圖輔

7、助管道及蒸帶控制點的工藝流程圖輔助管道及蒸汽伴管系統圖，列入施工圖設計階段的設計文件。汽伴管系統圖，列入施工圖設計階段的設計文件。化工原理課程設計化工原理課程設計緒論緒論 下面就帶控制點的工藝流程圖的內容及其繪制加以介紹下面就帶控制點的工藝流程圖的內容及其繪制加以介紹,詳情詳情請參閱教材及其他參考文獻。請參閱教材及其他參考文獻。F 帶控制點的工藝流程圖的內容 按工藝順序排列的設備示意圖； 設備流程號（位號）； 物料及動力； 管線上的主要閥門連接設備的管道及其管道附件； 必要的計量、控制儀表； 簡要的文字注釋化工原理課程設計化工原理課程設計緒論緒論篩板式精餾塔設計方法篩板式精餾塔設計方法 一工藝

8、計算一工藝計算 2022-5-12022-5-12022-5-1（3）加料板位置的確定求出精餾段操作線和提餾段操作線的交點xyqq、，并以xq為分界線， 當 交替 使 用操 作 線方 程 和 相平 衡 關系逐 板往下 計算 到xxxxnqnq且1時，就以第n n塊板為進料板。（4）實際板數的確定 板效率：利用奧康奈爾的經驗公式 ETL0 490 245. 其中： 塔頂與塔底的平均溫度下的相對揮發度 L塔頂與塔底的平均溫度下的液相粘度, mpa s 對于多組分的液相粘度：LiLix Li液態組分i i的粘度, mpa s xi 液相中組分i i的摩爾分率 實際理論板數 NNET實理2022-5-

9、14 4、塔塔的的氣氣液液負負荷荷計計算算 (1)、精餾段氣液負荷計算VRD1 LRD VVMSVmVm3600 LLMSLmLm3600 V塔內氣體摩爾流量 kmol/h Vs塔內氣體體積流量 m s3 MVm、MLm分別為精餾段氣相平均分子量、液相平均分子量 VmLm、分別為精餾段氣相平均密度、液相平均密度 kg m3 (2)、提餾段氣液負荷計算(同上)二設備計算二設備計算2022-5-1二二塔塔和和塔塔板板主主要要工工藝藝尺尺寸寸的的設設計計 它包括板間距的初估，塔徑的計算，塔板液流型式的確定，板上清液高度、堰長、堰高的初估與計算，降液管的選型及系列參數的計算，塔板布置和篩板的篩孔和開孔

10、率，最后是水力校核和負荷性能圖。1 1、板板間間距距HT的的初初估估 板間距的大小與液泛和霧沫夾帶有密切的關系。板距取大些，塔可允許氣流以較高的速度通過，對完成一定生產任務，塔徑可較小；反之，所需塔徑就要增大些。板間距取得大，還對塔板效率、操作彈性及安裝檢修有利。但板間距增大以后，會增加塔身總高度，增加金屬耗量，增加塔基、支座等的負荷，從而又會增加全塔的造價。初選板間距時可參考下表所列的推薦值。 表表1 板板間間距距與與塔塔徑徑關關系系塔徑 D, m0 0. .3 30 0. .5 50 0. .5 50 0. .8 80 0. .8 81 1. .6 61 1. .6 62 2. .0 0塔

11、板間距 HT mm2 20 00 03 30 00 02 25 50 03 35 50 03 35 50 04 45 50 04 45 50 06 60 00 02022-5-12 2、塔徑、塔徑 D D 的初估與圓整的初估與圓整 根據流量公式計算塔徑，即 DVuS4 式中Vs塔內的氣相流量，ms3 u 空塔氣速，m/s uu 0 60 8.max uCLVVmax umax 最大空塔氣速，m/s LV、 分別為液相與氣相密度，kgm3負荷系數 2.02020CC ( (C20值可由值可由 SmithSmith 關聯圖求取關聯圖求取) ) 由上式算出的塔徑按部頒發塔盤標準圓整，圓整后的塔徑除了

12、必須滿足板間距與塔徑的關系外，還須進行空塔氣速校核。2022-5-15 . 0232323220)()(ln)43196. 049123. 0088307. 007291. 0(ln)3212. 139. 1079. 0474675. 0(4695. 65496. 56562. 1531. 4expVLvLTvvVLLhHZLZZZLZZZZZZC3 液流型式的選擇液流型式的選擇 2022-5-12022-5-14 4、溢流堰、溢流堰（出口堰）的設計（出口堰）的設計(1).堰長Wl: 依據溢流型式及液體負荷決定堰長,單溢流型塔板堰長lW一般取為(0.60.8)D；雙溢流型塔板，兩側堰長取為(0

13、.50.7)D，其中 D 為塔徑(2).堰上液層高度hOW： 堰上液層高度應適宜，太小則堰上的液體均布差，太大則塔板壓強增大，物沫夾帶增加。對平直堰，設計時hOW一般應大于 0.0060.006m，若低于此值應改用齒形堰。hOW也不宜超過 0.060.060.070.07m，否則可改用雙溢流型塔板。 平直堰的hOW按下式計算 hELlOWhW2 84100023. 式中 Wl堰長, m; Lh塔內液體流量，mh3 E液流收縮系數，查圖求取。一般可取為 1，誤差不大2022-5-1 齒形堰 hOW不超過齒頂時 2517. 1WnSOWlhLh hOW超過齒頂時2525735. 0nOWOWnWS

14、hhhhlL SL塔內液體流量,Sm3 nh齒深, m;可取為 0.0150.015m(3).堰高Wh 堰高與板上液層高度及堰上液層高度的關系： OWLWhhh2022-5-15 5、降液管的設計、降液管的設計（1） 、降液管的寬度dW與截面積fA 可根據堰長與塔徑比值DlW，查圖求取。 降液管的截面積應保證溢流液中夾帶的氣泡得以分離，液體在降液管中的停留時間一般等于或大于 3 35 5 秒，對低發泡系統可取低值，對高發泡系統及高壓操作的塔，停留時間應加長些。 故在求得降液管的截面積之后，應按下式驗算液體在降液管內的停留時間，即 A HLfTS液體在降液管中的停留時間，s Af降液管截面積，m

15、3（2）.降液管底隙高度hO 為保證良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般取為 hhOW 00060012. ., m hO也不易小于 0.020.020.025m0.025m，以免引起堵塞，產生液泛。2022-5-16 6、塔板設計、塔板設計 (1).塔板布置 i. i.開孔區面積開孔區面積Aa對于單流型塔板對于單流型塔板 )(sin21222rxrxrxAa 式中 xDWWdS2() ,m rDWC2 ,m sin1xr以弧度表示的反三角函數對于雙流型塔板Ax rxrxrxrxrxra222221121221sinsin式中 xWWdS12(Wd為雙溢流中間降液管的寬度) )其它符號與單流

16、型塔板公式同2022-5-1 ii 溢溢流流區區 溢溢流流區區面面積積Af及及Af分分別別為為降降液液管管和和受受液液盤盤所所占占面面積積. . iii 安安定定區區 開開孔孔區區與與溢溢流流區區之之間間的的不不開開孔孔區區域域為為安安定定區區，其其作作用用為為使使自自降降液液管管流流出出液液體體在在塔塔板板上上均均布布并并防防止止液液體體夾夾帶帶大大量量泡泡沫沫進進入入降降液液管管。其其寬寬度度WS( (WS) )指指堰堰與與它它最最近近一一排排孔孔中中心心之之間間的的距距離離，可可參參考考下下列列經經驗驗值值選選定定：2022-5-1 溢流堰前的安定區 WS=7 70 01 10 00 0

17、mm 進口堰后的安定區 WS=5 50 01 10 00 0mm 直徑小于1 1m 的塔可適當減小。 iv 無無效效區區 在靠近塔壁的塔板部分需留出一圈邊緣區域供支撐塔板的 邊緣之用， 稱無效區。 其寬度視需要選定,小塔為3 30 07 75 5mm， 大塔可達5 50 07 75 5mm。為防止液體經邊緣區流過而產生短路現象，可在塔板上沿塔壁設置旁流擋板。2022-5-1（2） 、篩板的篩孔和開孔率 i 篩孔孔徑篩孔孔徑 d d0 0孔徑 d0的選取與塔的操作性能要求、物系性質、塔板厚度、材質及加工費等有關。工業上常用 d0=38mm，推薦 46mm。 ii 篩孔厚度篩孔厚度一般碳鋼=34m

18、m 不銹鋼=22.5mmiii 孔心距孔心距 t t篩孔在篩板上一般按正三角形排列，常用孔心距 t= (2.55)d0,推薦(34)d0。t/ d0過小易形成氣流相互擾動，過大則鼓泡不均勻，影響塔板傳質效率。2022-5-1 開孔率開孔率 開孔率是指篩孔總面積 Ao m2與開孔面積 Aa m2之比，即 200)/(907. 0dtAAa一般,開孔率大,塔板壓降低,霧沫夾帶量少,但操作彈性小,漏夜量大,板效率低。通常開孔率為 5%15%。 篩孔數篩孔數 n n mmttAna,:11580002孔心距孔數確定后，在塔板開孔區內布篩孔，若布孔數較多可在適當位置堵孔。若塔內上下段負荷變化較大時，應根

19、據流體力學驗算情況，分段改變篩孔數以提高全塔的操作穩定性。2022-5-17 7、塔板的流體力學驗算、塔板的流體力學驗算塔板流體力學驗算目的是為了檢驗以上初算塔徑及各項工藝尺寸的計算是否合理，塔板能否正常操作。(1) 氣體通過塔板的壓強降氣體通過塔板的壓強降:ph,m 液柱液柱 hhhhlCp ph氣體通過每層塔板壓降相當的液柱高度，m 液柱 hC氣體通過篩板的干板壓降，m 液柱 lh氣體通過板上液層的阻力，m 液柱 h克服液體表面張力的阻力，m 液柱2022-5-1i.干板壓降干板壓降 hC LVCCuh200)(051. 0 式中 u0篩孔氣速，m/s LV、分別為液、氣密度，kg m3C

20、 C0 0孔流系數，孔徑與塔板厚度之比).()(000338. 0)(00732. 0)(0677. 08806. 00302000ddddC 2022-5-1 ii ii.板上液層阻力lh 板上充氣液層阻力受堰高、氣速及溢流長度等因素的影響，一般用下面的經驗公式計算：)(00OWWLlhhhh 式中： hL板上清液層高度，m 0反映板上液層充氣程度的因數，可稱為充氣因數，無因次,一般 0=0.50.50.60.6。 0與氣相動能因子aF有關，185964.000652029.0F )(單流型塔板fTsaVaaAAVuuF iii.液體表面張力的阻力 MNgdhL/:40表面張力氣體通過塔板的

21、壓降（Pp=hpgL）應低于設計允許值。2022-5-1(2) .(2) .降液管內液體高度降液管內液體高度( (液泛液泛 or or 淹塔淹塔) ) 降液管內液體高度Hd代表液體通過一層塔板時所需液位高度，可用下式表示: dpLdhhhH 式中 進出口堰之間的液面梯度，m 液柱(一般很小，可以忽略) ph氣體通過一塊塔板的壓降，m 液柱 hd液體流出降液管的壓降，m 液柱hd可按下列經驗公式計算： 無入口堰: hLL hdSW015302. 有入口堰： hLl hdSW0 202.2022-5-1 如果液體和氣體流動所遇阻力增加，降液管中液面上升，當超過上一層塔板的堰頂后，產生液體倒流，即發

22、生了液泛，因此，需要足夠的降液管高度，或控制適當阻力以防液泛的發生。實際降液管中液體和泡沫的總高度大于用上式計算的值。為了防止液泛，應保證降液管中泡沫液體總高度不超過上層塔板的出口堰。因此 HhHTWd 式中 HT板間距，m 系數。為考慮降液管內液體充氣及操作安全兩種因素的校正系數。對于容易起泡的物系，取 0 0. .3 30 0. .4 4；對不易起泡的物系，取0 0. .6 60 0. .7 7；對于一般物系，取0 0. .5 5。2022-5-1（3 3）霧霧沫沫夾夾帶帶 霧沫夾帶是指板上液體被上升氣體帶入上一層塔板的現象。過多的霧沫夾帶將導致塔板效率嚴重下降。為了保證板式塔能維持正常的

23、操作效果，應使每千克氣體夾帶到上一層塔板的液體量不超過 0 0. .1 1kg，即控制霧沫夾帶量eV 0 0. .1 1kg(液)/kg(氣)。 2 . 36)5 . 2(107 . 5LTaVhHue2022-5-1（4）漏液點氣速）漏液點氣速 uOW當氣速逐漸減小至某值時，塔板將發生明顯的漏夜現象，該氣速稱為漏液點氣速 uOW，若氣速繼續降低，更嚴重的漏夜將使篩板不能積液而破壞正常操作，故漏液點氣速為篩板的下限氣速。為使篩板具有足夠的操作彈性，應保持穩定性系數 K:若穩定性系數偏低，可適當減小開孔率或降低堰高，前者影響較大。VLLOWhhCu/)13. 00056. 0(4 . 40/.,

24、.0 . 25 . 1smuuuuKOWoOWO漏液點氣速篩孔氣速2022-5-18. 塔板的負荷性能圖塔板的負荷性能圖 在確定了塔板的工藝尺寸，又按前述各款進在確定了塔板的工藝尺寸，又按前述各款進行了流體力學驗算之后，便可確認所設計的塔行了流體力學驗算之后，便可確認所設計的塔板能在任務規定的氣液負荷下正常操作。此時，板能在任務規定的氣液負荷下正常操作。此時，有必要進一步揭示該塔板的操作性能，即求出有必要進一步揭示該塔板的操作性能，即求出維持該塔板正常操作所允許的氣、液負荷波動維持該塔板正常操作所允許的氣、液負荷波動范圍。這個范圍通常以塔板負荷性能圖的形式范圍。這個范圍通常以塔板負荷性能圖的形

25、式表示。表示。2022-5-1塔板負荷性能圖塔板負荷性能圖Vs ,m3/sLs ,m3/s(1)(1)霧沫夾帶線霧沫夾帶線(2)(2)液泛線液泛線(3)(3)液相上限線液相上限線(4)(4)漏夜線漏夜線(5)(5)液相負液相負荷下限線荷下限線A Vs,minP操作點B Vs,maxO2022-5-1(1) .霧沫夾帶線(1) 霧沫夾帶線表示霧沫夾帶量eV=0.1=0.1kg(液)/kg(氣)時的VLSS關系，塔板的適宜操作區應在此線之下，否則將因過多的霧沫夾帶而使板效率嚴重下降。此線可根據上述流體力學驗算中霧沫夾帶泛點率公式作出。 (2).液泛線(2) 液泛線表示降液管內泡沫層高度達到最大允許

26、值時的關系，塔板的適宜操作區也應在此線之下，否則將可能發生液泛現象，破壞塔的正常操作。(3).液相負荷上限線(3) 此線反映對于液體在降液管內停留時間的起碼要求。對于尺寸已經確定的降液管，若液體流量超過某一限度，使液體在降液管中的停留時間過短，則其中氣泡來不及放出就進入下層塔板，造成氣相返混，降底塔板效率。2022-5-1 液 體 在 降 液 管 內 的 停 留 時 間 為 ： A HLfTS不 應 小 于 3 3 5 5s， 按= 5 5s計 算 ， 則 ：5max,TfSHAL 依 此 式 可 求 得 液 相 負 荷 上 限 ， 據 此 作 出 液 相 負 荷 上 限 線 (3)。塔 板

27、的 適 宜 操 作 區 應 在 豎 直 線 (3)的 左 方 。(4).泄 漏 線(4) 由 漏 液 點 氣 速 uOW標 繪 對 應 的 Vs Ls。(5).液 相 負 荷 下 限 線 （ 5） 對 于 平 直 堰 ， 一 般 取 堰 上 液 層 高 度hOW= 0 0. .0 00 06 6m m 作 為 液 相 負 荷下 限 條 件 ， 低 于 此 限 便 不 能 保 證 板 上 液 流 均 勻 分 布 ， 降 低 氣 液 接 觸效 果 。 平 直 堰hOW按 下 式 計 算 32min,3600100084.2WsOWlLEh 將 已 知 的lW及hOW的 下 限 值 (0 0. .0 00 06 6m m)代 入 上 表 ， 并 取E=1 1， 便 可取 得LS的 下 限 值 ， 據 此 作 出 液 相 負 荷 下 限 線。塔 板 的 適 宜 操 作 區 應在 豎 直 線 （ 5） 右 側。2022-5-1在負荷性能圖上，由上述線所包圍的陰影區域，應是所設計的塔板用于處理指定物系時的適宜操作區。在此區域內，塔板上的流體力學狀況是正