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1、,,單擊此處編輯母版標題樣式,,,,*,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,化工原理課程設計,,浮閥式精餾塔的設計,1,1,、課程設計的目的,,樹立和培養(yǎng)工程意識；,,技術(shù)的先進性與可行性,,經(jīng)濟的合理性,,操作的安全性,,查閱資料，搜集、處理數(shù)據(jù)和選用公式的能力；,,工程計算能力（包括使用計算工具的能力）,,用規(guī)范的工程語言（文字、圖、表格）表達設計意圖的能力；,,實事求是、科學、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L,。,,概 述,,2,2,、本次課程設計的基本內(nèi)容,
2、設計任務書,成果要求,,理論塔板,1,張,,負荷性能圖 坐標紙,25*35 1,張,,設備條件圖（示意）坐標紙,25*35 1,張,,工藝流程圖 三號圖紙,1,張,,設計說明書 論文或,A4,紙,1,份,3,第一章 設計方案的確定和說明,一、設計方案及設計參數(shù),,,,1,、設計方案,,,工藝流程的確定（泵或高位槽、預熱器、精餾塔、再沸器、冷凝器、冷卻器等）,,操作壓力（寫明原因）,,進料狀態(tài)（寫明原因）,,塔底加熱方式及加熱介質(zhì)（寫明原因）,,塔頂蒸汽及塔底釜液熱量的再利用,4,2,、設計參數(shù),,,進料量、進料組成、產(chǎn)品組成、殘液組成、,,冷卻劑溫度（進口,15,℃,，,出口,
3、40,℃,）、,加熱熱源,二、確定工藝流程的原則及說明,,,1,、,滿足工藝和操作的要求,,,2,、設備與操作費用盡量低,,,3,、確保生產(chǎn)安全,,,設計要有獨到之處,5,第二章 工藝計算,,一、回流比的選擇,,,1,、組成的換算：,（寫出計算過程）,,所給組成均是質(zhì)量分率，需換算成摩爾分率,,,2,、最小回流比,R,min,,,,理想物系： 找到,q,線與平衡線的交點坐標（,x,e,, y,e,,）,,,,,,,非理想物系：可在,x-y,平衡,,曲線上通過作切線的方法解決,6,3,、操作時的適宜回流比,R,,R=,（,1.2,~2.0)R,min,,,可根據(jù)吉利蘭圖求理論板數(shù),N,，作,
4、R-N,曲線,,二、理論板數(shù),N,T,的確定,,作圖法：,,,,,,,N,T,=,階梯數(shù),-1,直接蒸汽加熱,間接蒸汽加熱,7,三、實際板數(shù),Np,的計算,,1,、全塔效率,E,Ｔ,,奧康內(nèi)爾關(guān)聯(lián)圖或關(guān)聯(lián)式：,,,,,,,E,T,=50,~55%,,2,、實際塔板數(shù),N,P,：,,,,,,要分別算出精餾段、提餾段的實際板數(shù)，以及加料實際位置,,,,,,,,,8,,,四、物料衡算,,以摩爾為單位,總物料衡算：,D+W=F,易揮發(fā)組分物料衡算：,Dx,D,+Wx,W,=Fx,F,聯(lián)立可解得,D,、,W,以上公式中氣液相流量的單位均是摩爾,(mol/s),，要換算成質(zhì)量流量（,kg/s,）和體積流量
5、（,m,3,/s,）,,,以便使用,.,對于泡點進料：,(,一）間接蒸汽加熱,：,9,分子量：,,精餾段氣、液均按塔頂混合物分子量計：,M=M,A,x,D,+M,B,(1-x,D,),,提餾段氣、液均按塔底混合物分子量計。,,,M=M,A,x,W,+M,B,(1-x,W,),,密度：,,,進料：,ρ,F,=790kg/m,3,,精餾段,:,,,塔頂：,ρ,D,=813kg/m,3,,提餾段,:,,,塔釜：,ρ,W,=780kg/m,3,,,精餾段上升氣體：,ρ,V,=2.7kg/m,3,,,提餾段上升氣體：,ρ,V′,=3.4kg/m,3,,,,、,,,,,,10,直接蒸汽加熱,：,分子量：,
6、精餾段氣、液均按塔頂混合物分子量計：,M=M,A,x,D,+M,B,(1-x,D,),,提餾段氣、液均按塔底（近似為純水）分子量計。,11,密度,確定塔頂和塔底的溫度,,塔頂：,79℃,,塔底：,105~107℃,,汽相密度：可按理想氣體計算,液相密度：,,（,1,）純酒精：,,（,2,）混合液：,a-,質(zhì)量分數(shù)，按溫度查表計算,12,,,,（列出物料衡算結(jié)果匯總表）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由以上計算出的混合物分子量和密度，可將,F,、,D,、,W,、,V,、,L,、 、 分別化成,kg/s,和,m
7、,3,/s,的單位，為下一步計算塔徑、管徑作好準備。,13,第三章 塔和塔板的工藝計算,,（精餾段、提餾段分開計算）,,一、塔徑的計算,,1,、板間距,：,,,H,T,=300~450mm,,,按照規(guī)定選取整數(shù),,,300\350\450\500\600\800,,,板上清液層高度,：,,,h,L,可取,50~100mm,,,2,、塔徑,：,分別計算精餾段和提餾段的塔徑。,,方法如下：,,14,（,1,）塔徑,,,,,計算出的塔徑,D,需要圓整，參照資料,P,61,附錄八。同時需要重新核算空塔氣速，看其是否在允許范圍內(nèi)。,,,,（,2,）空塔氣速,,,u=,（,0.6~0.8,）,u,允許
8、,,,,,,15,（,3,）允許速度：,,,,,C—,氣體負荷參數(shù),,,,,,,—,操作溫度下的表面張力,,苯,—,甲苯 精餾段,σ,=,20.4,mN/m,,提餾段,σ,=,19.0,mN/m,,,乙醇,—,水,精餾段,σ,=,17.3,mN/m,,提餾段,σ,=,45.1,mN/m,,=,20,mN/m,,,C,20,可查史密斯關(guān)聯(lián)圖，資料上,P,20,（圖,5-1,）,,,,,,,,,,(3-4),16,,,,圖,5-1,史密斯關(guān)聯(lián)圖,L,S,—,液相體積流量,m,3,/s,,V,S,---,氣相體積流量,m,3,/s,,17,二、塔板布置,,,塔板有整塊式和分塊式兩種,,塔板面積分為四
9、個區(qū)域：,,（,1,）鼓泡區(qū),,（,2,）溢流區(qū),,（,3,）安定區(qū)：,W,s,=60~110mm,,（,4,）邊緣區(qū)：,W,c,=30~75mm,18,三 浮閥數(shù)目及排列,,1,、閥孔氣速,,,浮閥按（,JB118—68,）標準化選型,,選,F1,（,V—1,）型重閥，,Φ,39,,,閥孔氣速,,,,,,F,0,—,氣體動能參數(shù)，取,F,0,=9~12,合適,,,注：,ρ,V,為氣相的密度，不是,ρ·V,19,2,、閥孔數(shù),,（,V,：,m,3,/s,）,由,D,、,H,T,查資料,P,56,附錄四可知：,,,,A,T,、,A,D,、,L,、,H,、孔數(shù),N,0,、孔間距,t,、開孔
10、率,Φ,,,重新核對,F,0,是否在（,9~12,）之間，如果不符合，需要重新計算,。,,20,3,、浮閥排列,,,,,在塔板有效區(qū)域內(nèi)，排列浮閥，以得到準確的閥孔數(shù)。,,,,,75,t,21,..,四、溢流裝置,,包括,溢流堰、降液管,和,受液盤,等部件。,,,D<2000,時，采用單溢流,,,D>2000,時，采用雙溢流,,,（,1,）堰形式,：,h,OW,>6mm,時，采用平直堰，否則采用齒形堰,,,h,OW,=2.84,×10,-3,×E×(L,h,/L,W,),2/3,,E—,液流收縮系數(shù)，一般取,E=1,,L,h,---,塔內(nèi)液體流量,m,3,/h,,L,w,---,堰長，,m,,
11、,堰高,：,h,W,=h,L,- h,OW,（,3-6,）,22,（,2,）降液管：,,管內(nèi)停留時間：,,,,,（,3,）受液盤：,,采用凹形受液盤，盤深,50mm,，,,溢流下堰與塔盤平齊，盤上開淚孔，,,當,D>1400mm,時開兩個，否則開一,,個,。,,>,（,3~5,）秒,,23,第四章 流體力學驗算,（只驗算精餾段）,,,目的：,,驗算在上述各項工藝參數(shù)已確定的塔內(nèi)，要完成規(guī)定的氣、液負荷，塔能否正常工作。,,內(nèi)容：,,（,1,）各種參數(shù)的驗算：,,塔板壓強降、液泛、霧沫夾帶、泄漏和液面落差,,（,2,）繪制負荷性能圖,24,一、各種參數(shù)的驗算,,1,、壓降,,,單板,ΔP
12、,f,=,ΔP,C,+ΔP,l,+ ΔP,σ,（,ΔP,σ,可略）,,或,h,f,=h,c,+h,l,,（,1,）干板壓降：,,計算閥孔臨界氣速,u,0C,：,,1.825,,若,u,0,u,0C,，則用閥全開后公式計算壓降，即,,,,,（,2,）板上液層阻力：,,,h,l,=,（,0.4~0.5,）,h,L,,,,,(6-3),h,c,的單位為,m,,單板壓降：,h,f,=h,c,+h,l,,每塊板的壓降約在,30~60mm,水柱范圍內(nèi),26,2,、液泛驗算,,,降液管內(nèi)液層高度,H,d,應為：,,,H,d,=h,
13、f,+h,L,+h,d,,,流過降液管的阻力損失 液層厚度產(chǎn)生的壓降,,單板總壓降,,,,h,L,=50~100mm,之間，依已定的數(shù)據(jù)計算,,其中：,液流量,堰長,降液管底隙高度，取,50mm,(4-30),27,,若,H,d,<,Φ,（,H,T,+h,W,），則不會發(fā)生液泛，否則須修改原來計算或設定的數(shù)據(jù)。,,取,Φ=0.5,,,,3,、霧沫夾帶驗算,,霧沫夾帶量,e,V,<0.1kg,L,/kg,V,時才符合要求,,主要與空塔氣速和塔板間距有關(guān),,一般要求大塔泛點率,<80%,，,,小塔（直徑,<0.9m,）泛點率,<70%,,,泛點率,：操作時的空塔氣速與發(fā)生液泛時的空
14、塔氣速的比值,,泛點率可按下式計算：,28,K=1,······,無沫液體,,C,F,——,泛點負荷系數(shù),,（查資料圖,6-1,）,,A,T,——,塔截面積,,A,P,——,塔盤有效面積,,,A,P,=A,T,-2A,D,,Z——,液相流程長,,,Z=D-2H,,,,,,上面兩個計算式取其較大者，若能小于,70~80%,，則,e,V,可小于,0.1,泛點率：,p,16,(6-12),(6-11),29,二、負荷性能圖,,1,、汽相負荷下限線（漏液線）,,,當汽相動能參數(shù),F=5~6,時，易漏液,,,,,,2,、霧沫夾帶線（汽相上限線）,,,泛點率,F>80%,時，將出現(xiàn)霧沫夾帶，取上面計算的,
15、F,值較大的公式，將,F=80%,代入，可得到關(guān)于,V,s,—L,s,間的表達式，利用該式畫線。,,,此時孔速,30,3,、液相負荷下限線,,,板上液流高度低于此限時就不難保證液體體在板上分布均勻,,,h,OW,=2.84,×10,-3,×E×(L,h,/L,W,),2/3,=0.006m,,,將,L,h,換算成,L,s,表示，可畫出一條垂直線。,,4,、液相負荷上限線,,,液體在降液管時停留時間小于此限時氣相不能從液相中充分分離，降低塔效率。,,,,,計算出的液相量是常數(shù)，即是一條垂直線。,=5,秒,31,5,、液泛線,,,H,d,=,φ,(H,T,+h,w,)
16、(a),,H,d,=h,f,+h,L,+h,d,(b),,(a),、,(b),兩式聯(lián)立并整理可得：,,其中：,N,0,：孔數(shù),φ,：,取,0.5,ε,0,：,取,0.5,h,0,=0.05m,32,,以上計算的各值代回總式中，可得,V,s,=,?,(L,s,),間的關(guān)系式，在圖上可做出一條曲線，即為液泛線。,,,6,、操作線,,,依塔物料衡算，計算出的,V,s,、,L,s,得一操作點,P,，聯(lián)結(jié)原點、操作點的直線即為操作線。操作線與五種線的兩個交點,V,max,和,V,min,，得操作彈性,K,,33,,將以上五種線作圖,,1,、汽相下限線,,2,、汽相上限線,,3,、液相下限線,,4,、液相
17、上限線,,5,、液泛線,,,用剖面線表現(xiàn)可正常工作區(qū)域,,,畫出操作點，操作線，計算操作彈性,,,3~5,為宜,塔板負荷性能圖：,V,max,V,min,V,L,m,3,/s,m,3,/s,?,P,34,第五章 塔的附屬設備設計,,一、塔頂冷凝器的選型,,1,、冷凝器放置方式,：,立式或臥式,,指明原因、所用冷凝器的個數(shù),,2,、冷凝器的選型,,,水平放置時，取,K=700W/m,2,·,℃,,,垂直放置時，取,K=600W/m,2,·,℃,,,計算傳熱量,Q,、傳熱溫差,Δt,m,、計算傳熱面積,A,、實際傳熱面積（應大于計算面積的,1.2,倍）、選型（附錄五）,(,公稱直徑,/,管
18、程數(shù),/,管子數(shù),/,換熱面積,/,管長,/,公稱壓力,),,選型要在工藝流程圖中表現(xiàn)出來,(,立臥管程數(shù),),35,二、塔釜的設計,,,,,h,1,h,2,W,*,,1,、釜中液面距最底層塔板距離,h,1,：,,為了避免帶液過多，釜中液面至最底層塔板距離至少在,0.5,~0.7m,以上,2,、釜內(nèi)液層高度,h,2,,,釜內(nèi)裝填系數(shù)一般在,0.6~0.7,之間，如取,0.65,，,塔釜高度,H,B,=h,1,+h,2,（一般,1.5,~2m,）,,36,3,、塔底最后一塊板的受液盤，稱液封受液盤,，,其深度及面積都應大一些，以保證液封，要指明所取的數(shù)據(jù)。,,,,三、再沸器的選型（附錄七）,,,
19、選型要在工藝流程圖中表現(xiàn)出來,37,加熱蒸汽管的計算（直接蒸汽加熱）,直管開孔通入蒸汽,,1,、加熱蒸汽用量：近似取提餾段上升蒸汽量,,2,、計算加熱管直徑及孔數(shù),,蒸汽氣速：,u=20~40m/s,,加熱管直徑（計算后要圓整并校核管中氣速）：,38,3,、蒸汽管上的孔數(shù),,孔徑取,d0=10mm,，孔距,t=2d0=20mm,，小孔總面積一般是加熱管橫截面積的,1.2~1.5,倍，孔數(shù)：,管在塔內(nèi)有效長度：,D-(0.15~0.3m),孔列數(shù)：,,,,孔行數(shù)：,39,管實際能排的行數(shù),,,,,,（,1,）比較實際行數(shù)與計算所需行數(shù)，看是否夠用,,（,2,）蒸汽加熱管只在下半圓上開孔，以減少液
20、滴飛濺到上一塔板，降低分離效率。,40,四、接管尺寸,,1,、進料管：,液速取,u,f,=,（,0.6~1.5,）,m/s,,2,、回流管：,液速取,u=0.4m/s,左右,,3,、塔頂蒸汽管：,氣,速取,u=,（,15~25,）,m/s,,4,、塔頂出料管：,液速取：,u= 0.4m/s,左右,,5,、釜液排出管：,液速取,u=,（,0.6~0.7,）,m/s,,,6,、塔釜出料管：,液速?。?u=,（,0.6~0.7,）,m/s,,,7,、再沸器進口管：,液,速??；,u=,（,0.6~0.7,）,m/s,,,8,、再沸器出口管：,氣,速??；,u=,（,15~25,）,m/s,,,各種液、汽
21、流量均需用體積數(shù)據(jù)（,m,3,/s,）代入計算管徑。,,,d,需按無縫鋼管圓整為標準值，再校正流速,u,,,,接管在塔外部長度可依是否有保溫層及方便作業(yè)為準則，一般可取,200mm,41,42,第六章 塔的結(jié)構(gòu)設計,,,一、塔盤的結(jié)構(gòu)設計,,1,、塔板：,,,D>800mm,時采用單溢流、分塊式塔板，自身梁式結(jié)構(gòu)。,,（弓形板,2,塊、通道板,1,塊、矩形板,1~2,塊）,,43,,（,1,）通道板,L=D-2H-56,400,o o o o,,o o o o o,o o o o,,o o o o o,4
22、20,43,,,分塊塔板的寬度定為,400mm,和,420mm,的原因，是能使其通過,Ф450,或,Ф,500,的人孔,（,2,）矩形板,,44,（,3,）弓形板：,帶自身梁,,,D<2000,時，,m*=20mm,,D>2000,時，,m*=30mm,,m*——,塔板與壁面間距,,弓形板的弧邊直徑,D,g,= D -2m*,,,弓高,e=0.5[D-377(n-3)-18(n-1)-400-2m*],,n—,分塊數(shù)；,,,18—,塔板各分塊間的間隙，,mm,e,D,45,2,、塔板厚度,,板厚：,D=800~1400mm,，,δ=4mm,,D=1600~2000mm,，,δ=6mm,,,3,
23、、,淚孔,,D<1400,時，開一個淚孔,Ф10,,D>1400,時，開兩個淚孔,Ф10,，,這時支撐板在中央，兩孔間距,600mm,，距離堰邊,50mm,。,,46,二、塔體設計,,,塔頂空間高度：,H,D,=1.2~1.5m,,人孔處板間距：,H,T,′,=600~700mm,,,一般每,8,~,10,塊板開一個人孔,,,釜高：,H,B,=h,1,+h,2,,（,H,B,=1.5~2.0m,）,,塔總高：,,包括裙座及封頭,47,第七章 設計結(jié)果總匯及設計評述,,,一、設計結(jié)果匯總表,,1,、工藝計算參數(shù),,2,、塔、塔板結(jié)構(gòu)參數(shù),,3,、流體力學參數(shù),,,,,,,,,,,,,,,,4
24、8,二、設計評述,3.,設計體會、意見或建議,1.,設計的創(chuàng)新與特色,2.,問題的探討,,,節(jié)能措施與效果,,設備結(jié)構(gòu)的改進,,精餾操作自動控制的改進,,全塔壓降的影響,,設計存在的問題（例近似計算的誤差等）,,如何調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)或工藝參數(shù)使得操作點更合理,49,文后參考文獻表編排格式,1.,參照標準：,2.,編排格式：,,專著、論文集、學位論文、報告,,,[,序號,],主要責任者,.,文獻題名,.,出版地：出版者，出版年,.,起止頁碼,.,,[1],賈紹義,,,柴誠敬,.,化工原理課程設計,.,天津：天津大學出版社,, 2002,,,期刊文章,,,[,序號,],主要責任者,.,文獻題名,.,刊
25、名,,,年,,,卷（期）：起止頁碼,.,,[2],方志杰,.,異蔗糖和烯丙醇的酸催化反應,.,精細化工,, 2002 , 16(1) , 49-50.,中國學術(shù)期刊技術(shù)規(guī)范：,CAJ-CD B/T1-2005,50,工程圖的繪制,一 設備條件圖（簡圖）,,基本要求：,圖幅,：坐標紙,25*35,；,圖框,：留裝訂邊；,,標題欄,：校內(nèi)使用,比例,：縮??；,,字體與圖線：繪圖字體；,,內(nèi)容：,,－設備主要結(jié)構(gòu)及尺寸,,－所有接管規(guī)格、定（方）位尺寸,,－接管表（連接形式及標準）,,－,技術(shù)特性表,（工作介質(zhì)，溫度，壓力，有效容積）,,－技術(shù)要求（附錄十一）：制造、保溫、試漏、試壓等,,
26、－零（部）件表（代號，名稱，規(guī)格，數(shù)量，推薦材料）,51,二、 帶控制點工藝流程圖,,基本要求：圖幅：,A3,； 圖框：留裝訂邊；,,標題欄：校內(nèi)使用 比例：,不限,；,,字體與圖線：繪圖字體；,,內(nèi)容：,－,設備外形：細實線,；無比例,－物料流程線：,主要物料粗實線，輔料細實線,－,閥門,、管件、,儀表控制符號,：細實線,－,設備標注,；,管路標注,；,－圖例：閥門、管件、介質(zhì)、控制點等符號的意義,52,設計說明書編寫及裝訂次序,,標題頁,,2.,設計任務書,,3.,進度表,,4.,目錄,,5.,第一章,設計方案的確定和說明,,6.,第二章,工藝計算,,7.,第三章,塔和塔板的
27、工藝設計,,第四章,流體力學驗算,,第五章,塔的輔助設備設計,,第六章,塔的結(jié)構(gòu)設計,,第七章 設計結(jié)果總匯及設計評述,,參考文獻,,13.,相平衡圖,,14.,負荷性能圖,,15.,流程示意圖,,16.,設備條件圖,53,化工基礎數(shù)據(jù)表的內(nèi)插法,已知壓強,p,(,p,2,<,p,<,p,3,),，用內(nèi)插法查對應的沸點,t,,,,,,,,,,,p,t,3,p,2,p,3,t,2,t,54,,國家標準有關(guān)工程制圖的基本規(guī)定,圖幅與規(guī)格（,GB/T 14689-1993,）,１．圖幅,,,,,,,,,,,,,A1,A2,,A3,,A4,A0,BACK,,55,圖幅與規(guī)格（,GB/T 14689
28、-1993,）,2,．圖框（留裝訂邊）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a,c,c,c,標題欄,,,a,c,標題欄,c,c,圖紙邊界線,圖框線,BACK,,56,圖幅與規(guī)格（,GB/T 14689-1993,）,３．標題欄（,GB/T 10609.1-1989,）,（學號）,（學院、專業(yè)）,(,日期,),,指導,（比例）,(,日期,),,設計,（圖號）,（圖紙名稱）,大連工業(yè)大學,10,10,10,60,12,30,25,160,HG041-,學號,-01,BACK,,(,簽名,),(,簽名,),57,比例（,GB/T 14690-1993,）,,,,,,,,,,,,,BACK,,58
29、,字體（,GB/T 14691 - 1993,）,,字體高度尺寸系列：,,漢字高度：不小于,3.5mm,，,1.8,，,2.5,，,3.5,，,5,，,7,，,10,，,14,，,20 mm,圖線（,GB/T 4457.4 - 2002,）,,,,,,,,,,,,,,,,,BACK,,59,技術(shù)特性表：,,,,,,,,,,,,,,,,10mm,,40mm 50mm,,5mm,BACK,,60,常見閥門圖例,截止閥,閘 閥,止回閥,疏水器,三通閥,,角 閥,,,球 閥,,安全閥,,,氣動閥,,,Ｓ,電磁閥,,Ｍ,電機操作,汽缸操作,,,Back,,61,常用儀表
30、控制符號,,,,,,,,,,,就地安裝,,集中安裝,,儀表位號,控制參數(shù),,(,前一位,),,X,XX,XX,功能參數(shù),常用控制參數(shù),常用功能參數(shù),,,,,,,,,,,,,溫度顯示：,TI,； 壓力顯示、報警：,PIA,BACK,,62,設備標注,,設備分類號參照標準：,HG/T2051.35-1992,,,,加熱器,E0103A,相同設備序號,設備序號,車間（工段）號,設備分類號,,,,,,,,,,,,,,,,,BACK,,63,管路標注,AM-0103-57×3.5,壁厚,管段序號,車間（工段）號,,物料代號,,→,管徑,50-AM-0103,→,,,,,,,,,,,,,,,物料代號以大寫英文詞頭表示,介質(zhì)流向,,/,公稱直徑,BACK,,64,
精餾塔課程設計(BAIDU)
