化工原理课程设计模板(新).doc

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1、大庆师范学院化工原理课程设计说明书设计题目 年产5万吨乙醇精馏塔的设计 学生姓名 张三千 指导老师 李卫宏 学 院 化学化工学院 专业班级 化工1班 完成时间 2010年7月6日 化工原理课程设计成绩评定表评定基元评审要素评审内涵满 分指导教师实评分评阅教师实评分设计说明书40%格式规范设计说明书是否符合规定的格式要求5内容完整设计说明书是否包含所有规定的内容5设计方案方案是否合理及符合选定题目的要求10工艺计算过 程工艺计算过程是否正确、完整和规范20设计图纸40%图纸规范图纸是否符合规范5标注清晰标注是否清晰明了5与设计吻合图纸是否与设计计算的结果完全一致10图纸质量设计图纸的整体质量的全

2、面评价20平时成绩10%上课出勤上课出勤考核5制图出勤制图出勤考核5答辩成绩10%内容表述答辩表述是否清楚5回答问题回答问题是否正确5合计100综合成绩 成绩等级 指导教师 评阅教师 答辩小组负责人(签 名) (签 名) (签 名)年 月 日 年 月 日 年 月 日说明: 评定成绩分为优秀(90-100)，良好(80-89)，中等(70-79)，及格（60-69）和不及格(60)。目 录第一章 概 述11.1 精馏操作对塔设备的要求11.2 板式塔类型11.2.1 筛板塔11.2.2 浮阀塔21.3 精馏塔的设计步骤2第二章 设计方案的确定32.1 操作条件的确定32.1.1 操作压力32.1

3、.2 进料状态32.1.3 加热方式32.1.4 冷却剂与出口温度32.1.5 热能的利用42.2 确定设计方案的原则42.2.1 满足工艺和操作的要求42.2.2 满足经济上的要求42.2.3 保证安全生产4第三章 板式精馏塔的工艺计算53.1 物料衡算与操作线方程53.1.1 常规塔53.1.2 直接蒸汽加热5第四章 板式塔主要尺寸的设计计算74.1 塔的有效高度和板间距的初选74.1.1 塔的有效高度74.1.2 板间距的初选74.2 塔径74.2.1 初步计算塔径7第五章 板式塔的结构95.1 塔的总体结构95.2 塔体总高度9第六章 精馏装置的附属设备106.1 回流冷凝器106.2

4、 管壳式换热器的设计与选型106.3 再沸器10精馏塔设计结果一览表11参考文献13后记及其他14附件1：酒精精馏工艺流程图15附件2：主体设备条件图16第一章 概 述1.1 精馏操作对塔设备的要求 精馏所进行的是气（汽）、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气（汽）、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求： （1）气（汽）、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象1。 1.2 板式塔类型气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，

5、也可采用填料塔。板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。1.2.1 筛板塔筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：（1）结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。（2）处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。（3）塔板效率高，比泡罩塔高15左右。（4）压降较低，每板压力比泡罩塔约低30左右。筛板塔的缺点是：（1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。（2）操作弹性较小(约23)。（3）小孔筛板容易堵塞。1.2.2 浮阀塔浮阀塔是在泡

6、罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：1.3 精馏塔的设计步骤 本设计按以下几个阶段进行：（1）设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。（2）蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。（3）塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图。（4）管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。（5）抄写说明书。（6）绘制精馏装置工艺流程图和

7、精馏塔的设备图。第二章 设计方案的确定2.1 操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。2.1.1 操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。2.1.2 进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送

8、入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。2.1.3 加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大（如酒精与水的混合液）。2.1.4 冷却剂与出口温度冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂，是最经济的。2.1.5 热能的利用精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。2.2 确定

9、设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：2.2.1 满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。2.2.2 满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。2.2.3 保证安全生产例如酒精属易燃物料，不能让其

10、蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。第三章 板式精馏塔的工艺计算精馏塔的工艺设计计算，包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。3.1 物料衡算与操作线方程通过全塔物料衡算，可以求出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系。物料衡算主要解决以下问题：（1）根据设计任务所给定的处理原料量、原料浓度及分离要求（塔顶、塔底产品的浓度）计算出每小时塔顶、塔底的产量；3.1.1 常规塔常规塔指仅有一处进料和塔顶、塔底各有一个产品，塔釜间

11、接蒸汽加热的精馏塔。（1）全塔总物料衡算总物料F = D + W （3-1）易挥发组分 F= D + W （3-2）若以塔顶易挥发组分为主要产品，则回收率为 （3-3）式中 F、D、W分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h；、分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分率。3.1.2 直接蒸汽加热（1）全塔总物料衡算总物料 （3-4）易挥发组分 （3-5）式中 V0 直接加热蒸汽的流量，kmol/h；0 加热蒸汽中易挥发组分的摩尔分率，一般0=0；W* 直接蒸汽加热时釜液流量，kmol/h；*W直接蒸汽加热时釜液中易挥发组分的摩尔分率。第四章 板式塔主要尺寸的设计计算板式塔主要尺寸

12、的设计计算，包括塔高、塔径的设计计算，板上液流形式的选择、溢流装置的设计，塔板布置、气体通道的设计等工艺计算。4.1 塔的有效高度和板间距的初选4.1.1 塔的有效高度板式塔的有效高度是指安装塔板部分的高度，可按下式计算： （4-1）式中 Z塔的有效高度，m；ET全塔总板效率；NT 塔内所需的理论板层数；HT塔板间距，m。4.1.2 板间距的初选表4-1 塔板间距与塔径的关系塔 径/D，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板间距/HT，mm2003002503503004503506004006004.2 塔径4.2.1 初步计算塔径图4-1 史密斯关联图HT塔板间距

13、，m； hL板上液层高度，m； V ,L分别为塔内气、液两相体积流量，m3/s； V，L 分别为塔内气、液相的密度，kg/m3 。第五章 板式塔的结构5.1 塔的总体结构塔的外壳多用钢板焊接，如外壳采用铸铁铸造，则往往以每层塔板为一节，然后用法兰连接。 5.2 塔体总高度 第六章 精馏装置的附属设备精馏装置的主要附属设备包括蒸气冷凝器、产品冷凝器、塔底再沸器、原料预热器、直接蒸汽鼓管、物料输送管及泵等。前四种设备本质上属换热器，并多采用列管式换热器，管线和泵属输送装置。下面简要介绍。6.1 回流冷凝器6.2 管壳式换热器的设计与选型6.3 再沸器精馏塔设计结果一览表序号项目数值1平均温度tm，

14、1152平均压力pm，kPa114.453气相流量Vs，（m3/s）0.3524液相流量Ls，（m3/s）0.00075实际塔板数186有效段高度Z，m6.27塔径，m0.88板间距，m0.359溢流形式单溢流10降液管形式弓形11堰长，m0.52812堰高，m0.046913板上液层高度，m0.05514堰上液层高度，m0.007815降液管底隙高度，m0.016616安定区宽度，m0.06517边缘区宽度，m0.03518开孔区面积，0.31819筛板直径，m0.00320筛孔数目453521孔中心距，m0.00922开孔率，%10.123空塔气速，m/s0.69724筛孔气速，m/s10

15、.8925稳定系数1.8026每层塔板压降，Pa649.127负荷上限液泛控制28负荷下限漏液控制29液沫夹带eV，（液/气）0.01430气相负荷上限，0.7231气相负荷下限，0.1332操作弹性4.77续表333435参考文献1 姚玉英化工原理（下）M专著类参考文献示例。天津：天津科技出版社，19992 谭天恩化工原理（下）M北京：化学工业出版社，19943 陈敏恒化工原理（下）M北京：化学工业出版社，19894 贾绍义，柴诚敬化工原理课程设计M天津：天津大学出版社，20025 吴楼涛，李永刚离子膜法氢碱技术的发展及建议化工进展J期刊类文章的参考文献示例。2003，22(8)：876-8

16、806 梁莹，高桂华辽河集团公司氯碱厂扩产改造项目工艺设计氯碱工业J2000，6：13-167 Kurtz. Electrolytic production of alkali metal hydroxideP专利类参考文献示例。. United States Patent, , 1977-11-88 国家医药管理局上海医药设计院著化工工艺设计手册M北京：化学工业出版社，19969 华南理工大学化工原理教研室著化工过程及设备设计M广州：华南理工大学出版社，198610 朴洪忠新型季膦盐杀菌剂的合成及应用D学位论文类参考文献示例。南京：南京化工大学，1999，23-3411 胡源，宋磊，陈耀祖，

17、等全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集C论文集、报告类参考文献示例。，中国材料研究学会，杭州，2001，5，B6712 谢希德创造学习的思路N报纸文章类参考文献示例。人民日报，1998-12-25(10)13 王明亮关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展EB/OL电子文献类参考文献示例。 10-2.html,1998-08-16/1998-10-0414 钟文发非线性规划在可燃毒物配置中的应用A论文集中的析出文献类参考文献示例。赵玮运筹学的理论与应用中国运筹学会第五届大会论文集C西安：西安电子科技大学出版社，1996468-47115 GB/T 16159-1996，汉语拼音正词法基本规则S标准类参考文献示例。参考文献文字采用小四号宋体，数字及英文均采用小四号“Times New Roman”字型，参考文献的行间距均为22磅。参考文献按在正文中出现的先后次序列表于文后；参考文献的序号左顶格，并用数字加方括号表示，如1，2，以与正文中的指示序号格式一致，每一参考文献条目的最后均以“”结束。前一参考文献结束回车即可得到下一参考文献序号！后记及其他通过化工原理课程设计，我深刻地体会到书到用时方知少附件1：酒精精馏工艺流程图附图1 酒精精馏工艺流程图附件2：主体设备条件图附图2 主体设备条件图