化工原理课程设计范本.doc

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 完毕时间 2023年7月6日 化工原理课程设计成绩评估表评估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规定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规定10工艺计算过 程工艺计算过程是否对的、完整和规范20设计图纸40%图纸规范图纸是否符合规范5标注清楚标注是否清楚明了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对的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: 评估成绩分为优秀(90-100)，良好(80-89)，中档(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规定11.2 板式塔类型11.2.1 筛板塔11.2.2 浮阀塔21.3 精馏塔的设计环节2第二章 设计方案的拟定32.1 操作条件的拟定32.1.1 操作压力32.1.2 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 热能的运用42.2 拟定设计方案的原则42.2.1 满足工艺和操作的规定42.2.2 满足经济上的规定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 板式塔重要尺寸的设计计算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 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规定 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，一方面必须要能使气（汽）、液两相得到充足的接触，以达成较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具有下列各种基本规定： （1）气（汽）、液解决量大，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重要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，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，它的重要优点有：（1）结构比浮阀塔更简朴，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。（2）解决能力大，比同塔径的泡罩塔可增长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。筛板塔的缺陷是：（1）塔板安装的水平度规定较高，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罩塔的基础上发展起来的，它重要的改善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，是由于它具有下列特点：1.3 精馏塔的设计环节 本设计按以下几个阶段进行：（1）设计方案拟定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、重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，拟定塔高和塔径。（3）塔板设计：计算塔板各重要工艺尺寸，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）誊录说明书。（6）绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。第二章 设计方案的拟定2.1 操作条件的拟定拟定设计方案是指拟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、余热运用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设立等。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。拟定操作压力时，必须根据所解决物料的性质，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入塔中，这重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，设立再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，并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。假如塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。假如能用常温水作冷却剂，是最经济的。2.1.5 热能的运用精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地运用精馏过程自身的热能是十分重要的。2.2 拟定设计方案的原则拟定设计方案总的原则是在也许的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达成技术上最先进、经济上最合理的规定，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 满足工艺和操作的规定所设计出来的流程和设备，一方面必须保证产品达成任务规定的规定，并且质量要稳定，这就规定各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采用相应的措施。2.2.2 满足经济上的规定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本地运用塔顶、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，涉及塔高、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。物料衡算重要解决以下问题：（1）根据设计任务所给定的解决原料量、原料浓度及分离规定（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重要产品，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 板式塔重要尺寸的设计计算板式塔重要尺寸的设计计算，涉及塔高、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，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重要附属设备涉及蒸气冷凝器、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，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边沿区宽度，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/s10.8925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，20235 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。2023，22(8)：876-8806 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J2023，6：13-167 Kurtz. Electrolytic production of alkali metal hydroxideP专利类参考文献示例。. United States Patent, 4057474, 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，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，2023，5，B6712 谢希德发明学习的思绪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。,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顺序列表于文后；参考文献的序号左顶格，并用数字加方括号表达，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