化工原理课程设计ppt.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,化工原理,课程设计,化工原理课程设计的作用,1.,化工原理的培养目标之一；,工程观点,/,定量计算,/,实验技能,/,设计能力,2.,培养自学和综合运用所学知识的能力,；,3.,通过设计计算培养“四心”；,细心、耐心、信心、责任心,4.,通过设计计算，了解做事的“程序”。,“胸有成竹”,掌握化工原理课程设计的方法,英文中的“,5WH,”,1.What+Why-,知其然，知其所以然；,设计目的、设计原理,2.Who+When+Where-,故事的三要素；,3.How-1)How to design,设计步骤,2)How to deal with design data,设计数据处理计算规则、圆整、校核等,设计型计算的主要特征,1.,“从无到有”为设计施工单位提供设备尺寸、接管方位、工艺条件参数等。,2.,“校核设备”由于条件变化对现有设备进行校核计算，为实际生产节省资源。,南,京,工,业,大,学,化 工 原 理 课 程 设 计 任 务 书,专业,:,化学工程与工艺,班级,:,化工,0705,8/,化强,0701,姓名：,.,设计日期：,2010,年,06,月,14,日至,2010,年,06,月,25,日,设计题目：,常 压 二 元 筛 板 精 馏 塔 的 设 计,设计条件：,设计题目：,常 压 二 元 筛 板 精 馏 塔 的 设 计,设计条件：,体系,：丙酮水,已知：,进料量,F,：,240kmol/h,进料浓度,Z,F,：,0.15,进料状态：,q1,冷液进料,(1.08),设计题目：,常 压 二 元 筛 板 精 馏 塔 的 设 计,设计条件：,操作条件：塔顶压强,p,顶,=4 kPa(,表压,),，,单板压降不大于,07kPa,。,塔顶冷凝水一般采用深井水，温度,t,12,；,塔釜加热方式：,1,）直接蒸汽加热；,2),间接蒸汽加热，一般采用,3kgf/cm,2,水蒸汽。,全塔效率：,E,T,=52%,分离要求：,1)x,D,=99.5,(,乙醇水体系,x,D,=88,),；,2)x,W,=0.2,（乙醇水体系,x,W,=1,）；,3),回流比,R/R,min,=1.6,。,设计计算的内容：,一、流程的设计；,二、物料衡算；,三、,1.,理论板数,N,T,；,2.E,T,；,3.N,；,四、工艺计算和物性,1.P,m,；,2.t,m,；,3.M,m,；,4.,m,；,5.,m,；,6.,Lm,；,五、负荷计算,设计计算的内容：,六、,1,、塔径,D,2,、溢流装置,单溢流,弓形降液管；平形降液管,平形溢流堰,lw,0.66D,hw,；,wd,；,Ad,；,h0,3,、塔板布置,4,、,n,5,、,Z,6,、塔高,设计计算的内容：,七、流体力学验证,1.Hp,；,2.e,v,；,3.,漏液；,4.,液泛,八、塔板负荷图,九、总图,十、附属设备及接管尺寸,核心：,精馏段、提馏段计算及校核,换热器的计算及校核,氯仿苯体系,汽液平衡数据,(101.325kPa),氯仿质量,分数,液相,汽相,t(,),0.0,0.0,80.2,0.10,0.136,79.9,0.20,0.272,79,0.30,0.406,78.1,0.40,0.53,77.2,0.50,0.65,76,0.60,0.75,74.6,0.70,0.83,72.8,0.80,0.90,70.5,0.90,0.961,67,1.0,1.0,61,甲醇水体系汽液平衡数据,(101.325kPa),甲醇,mol,分数,x,y,t(,),0.0,0.0,100,0.02,0.134,96.4,0.04,0.23,93.5,0.06,0.304,91.2,0.08,0.365,89.3,0.10,0.418,87.7,0.15,0.517,84.4,0.20,0.579,81.7,甲醇,mol,分数,x,y,t(,),0.30,0.665,78,0.40,0.729,75.3,0.50,0.779,73.1,0.60,0.825,71.2,0.70,0.87,69.3,0.80,0.915,67.5,0.90,0.958,66,0.95,0.979,65,1.0,1.0,64.5,丙酮水体系汽液平衡数据,(101.325kPa),参考教材,P306,丙酮,mol,分数,x,y,t(,),0.0,0.0,100,0.01,0.253,92.7,0.02,0.425,86.5,0.05,0.624,75.8,0.10,0.755,66.5,0.15,0.798,63.4,0.20,0.815,62.1,0.30,0.830,61.0,丙酮,mol,分数,x,y,t(,),0.40,0.839,60.4,0.50,0.849,60.0,0.60,0.859,59.7,0.70,0.874,59.0,0.80,0.898,58.2,0.90,0.935,57.5,0.95,0.963,57.0,1.0,1.0,56.13,丙酮水体系汽液平衡数据,(101.325kPa),5,，,刘雪暖，汤景凝。,化工原理课程设计,。,丙酮,mol,分数,x,y,t(,),0.0,0.0,100,0.01,0.279,92.0,0.025,0.47,84.2,0.05,0.63,75.6,0.10,0.754,66.9,0.20,0.813,62.4,0.30,0.832,61.1,0.40,0.842,60.3,丙酮,mol,分数,x,y,t(,),0.50,0.851,59.8,0.60,0.863,59.2,0.70,0.875,58.8,0.80,0.897,58.2,0.90,0.935,57.4,0.95,0.962,56.9,0.975,0.979,56.7,1.0,1.0,56.5,丙酮水体系汽液平衡数据,(101.325kPa),，,时钧，余国淙，汪家鼎。,化学工程手册,。,丙酮,mol,分数,x,y,t(,),0.05,0.6381,74.8,0.10,0.7301,68.53,0.15,0.7716,65.26,0.20,0.7916,63.59,0.30,0.8124,61.87,0.40,0.8269,60.75,0.50,0.8387,59.95,0.60,0.8532,59.12,0.70,0.8712,58.29,0.80,0.8950,57.49,0.90,0.9335,56.68,0.95,0.9627,56.3,丙酮水体系汽液平衡数据,板 式 塔,一、板式塔结构及性能,（,1,）板式塔结构,进料,回流液,塔顶气相,塔底液相,塔板结构,气体通道,形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。,降液管（液体通道）,液体流通通道，多为弓形。,受液盘,塔板上接受液体的部分。,溢流堰,使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。,浮阀塔板结构,（,2,）塔板上的气,液两相流动,汽、液两相接触方式,两相流动的推动力,全塔：逆流接触,塔板上：错流接触,液体：重力,气体：压力差,塔板上,理想流动,情况,：,液体横向均匀流过塔板，气体从气体通道上升，均匀穿过液层。,气液两相接触传质，达,相平衡,，分离后，继续流动。,塔,板上的,非理想,流动情况,：,气相或液相返混,液沫夹带、气泡夹带，即：,返混现象,后果,：,板效率降低,。,不均匀流动,液面落差,（水力坡度）：引起塔板上,气体分布,不均匀；,塔壁作用,（阻力）：引起塔板上,液体分布,不均匀。,后果：,使塔板上气液接触不充分板效率降低。,液泛现象,二、,塔内气、液两相异常流动,（,1,）液泛,如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现象为,液泛。,1),过量雾沫夹带液泛,原因：,气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；,气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。,液泛气速：,开始发生液泛时的气速,。,2,）降液管液泛,当塔内气、液两相流量较大，导致塔板阻力及降液管内阻力增大时，均会引起降液管液层升高，以致达到上一层塔板，破坏降液管的正常流动，直至液相逐渐充满塔板空间，发生液泛。,说明：,两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。2,）严重漏液,漏液量增大，导致塔板上难以维持正常操作所需的液面，无法操作。此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为,漏液点气速,。,三、常用塔板的类型,（,1,）泡罩塔板,优点,：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。,缺点：,结构复杂，制造成本高，塔板阻力大。,组成：,升气管和泡罩,圆形泡罩,条形泡罩,泡罩塔,（,2,）筛板塔板,优点,：结构简单、造价低、塔板阻力小。,目前，广泛应用的一种塔型。,塔板上开圆孔，孔径：,3-8 mm,，大孔径筛板：,12-25,mm,。,（,3,）浮阀塔板,圆形浮阀,条形浮阀,浮阀塔盘,方形浮阀,优点：,浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广泛的应用。,缺点：,浮阀易脱落或损坏。,方形浮阀,F1,型浮阀,（,4,）多降液管（,MD,）塔板,优点：,提高允许液体流量,五,.,筛板塔化工设计计算,（,1,）塔的有效高度,Z,已知：,实际塔板数,N,P,；,塔板间距,H,T,；,选取塔板间距,H,T,：,理论塔板数计算软件,塔板间距和塔径的经验关系,塔体高度：有效高,+,顶部,+,底部,+,其它,有效塔高：,C,：气体负荷因子,，,与,H,T,、液体表面张力和两相接触状况,有关。,液泛气速,两相流动参数,F,LV,：,（,2,）塔径,确定原则：,防止过量液沫夹带液泛,步骤：,先确定液泛气速,u,f,(m/s),；,然后选设计气速,u,；,最后计算塔径,D,。,对于筛板塔,(,浮阀、泡罩塔,),，可查图，,C,20,=,(,H,T,、,F,LV,),0.2,H,T,=0.6,0.45,0.3,0.15,0.4,0.3,0.2,1.0,0.7,0.1,0.04,0.03,0.02,0.07,0.01,0.04,0.03,0.02,0.07,0.01,0.1,0.09,0.06,0.05,筛板塔泛点关联图,选取设计气速,u,选取,泛点率：,u,/,u,f,一般液体，,0.6 0.8,易起泡液体，,0.5 0.6,所需气体流通截面积,设计气速,u,=,泛点率,u,f,A,D,Ad,计算塔径,D,塔截面积：,A,=,A,T,-,A,d,塔径,说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。,（,3,）溢流装置设计,溢流型式的选择,依据：,塔径、流量；,型式,：单流型、,U,形流型、双流型、阶梯流型等。,降液管形式和底隙,降液管：,弓形,、圆形。,降液管截面积：由,A,d,/,A,T,=0.06 0.12,确定；,底隙,h,b,：通常在,30 40 mm,。,溢流堰（出口堰）,作用,：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。,型式,：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。,堰长,l,W,：,影响液层高度。,堰高,h,W,：,直接影响塔板上液层厚度,过小，,相际传质面积过小；,过大,，塔板阻力大，效率低。,常、加压塔：,40 80 mm,；,减压塔：,25 mm,左右。,说明：通常应使溢流强度,q,VLh,/,l,W,不大于,100130 m,3,/,（,m,h,）。,或：,双流型,:,单流型：,(4),塔板及其布置,受液区和降液区,一般两区面积相等。,入口安定区和出口安定区,其中，,E,：液流收缩系数，,一般可近似取,E,=1,。,堰上方液头高度,h,OW,：,要求：,边缘区：,b,c,b,d,b,s,l,W,r,x,（,5,）筛孔的尺寸和排列,筛孔,：,有效传质区内，常按正三角形排列。,筛板开孔率,：,单流型弓形降液管塔板,：,有效传质区：,双流型弓形降液管塔板,：,b,c,b,d,b,s,l,W,r,x,d,0,t,筛孔直径,d,0,:,3 8 mm(,一般,),。,12 25 mm(,大筛孔,),孔中心距,t,:,(2.55),d,0,取整。,开孔率,:,通常为,0.08 0.12,。,板厚：,碳钢,（,3 4mm,）,、不锈钢。,筛孔气速：,筛孔数：,d,0,t,(6),塔板的校核,对初步设计的结果进行调整和修正。,液沫夹带量校核,单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质量（或摩尔）,e,v,：,kg,液体,/kg,气体，或,kmol,液体,/kmol,气体,单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔）,e,：,kg,液体,/h,或,kmol,液体,/h,液沫夹带分率,：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。,故有：,所以,说明：,超过允许值，可调整,塔板间距,或,塔径,。,e,v,的计算方法,：,方法,1,：利用,Fair,关联图求,，进而求出,e,v,。,方法,2,：用,Hunt,经验公式计算,e,v,。,式中,H,f,为板上泡沫层高度：,要求,：,e,v,0.1,kg,液体,/,kg,气体。,塔板阻力的计算和校核,塔板阻力：,塔板阻力,h,f,包括,以下几部分,:,（,a,）干板阻力,h,0,气体通过板上孔的阻力（设无液体时）；,（,b,）液层阻力,h,l,气体通过液层阻力；,（,c,）克服液体表面张力阻力,h,孔口处表面张力。,清液柱高度表示：,（,a,）干板阻力,h,0,d,0,/,C,0,塔板孔流系数,C,0,孔流系数,（,b,）液层阻力,h,l,查图求充气系数,说明：,若塔板阻力过大，可,增加开孔率,或,降低堰高。,（,c,）,克服液体表面张力阻力,（一般可不计）,降液管液泛校核,故塔板阻力：,降液管中清液柱高度,(m),（,a,）液面落差,一般较小，可不计。当,不可忽略时,，,一般要求：,0.5h,0,（,b,）,液体通过降液管阻力,h,d,包括底隙阻力,h,d1,和进口堰阻力,h,d2,。,无进口堰时：,泡沫层高度,要求：,说明：,若泡沫高度过大，可,减小塔板阻力,或,增大塔板间距。,泡沫层相对密度：对不易起泡物系，,易起泡物系，,液体在降液管中停留时间校核,目的：,避免严重的气泡夹带。,停留时间：,要求：,说明：,停留时间过小，可,增加降液管面积,或,增大塔板间距。,（,a,）计算,严重漏液时干板阻力,h,0,（,b,）计算,漏液点气速,u,0,说明：,如果稳定系数,k,过小，可,减小开孔率,或,降低堰高。,严重漏液校核,漏液点气速,u,0,：,发生严重漏液时筛孔气速。,稳定系数：,要求：,过量液沫夹带线（气相负荷上限线）,规定：,e,v,=,0.1,（,kg,液体,/,kg,气体）为限制条件。,（,6,）塔板的负荷性能图,确定塔板的操作弹性,液相下限线,整理出：,规定：,严重漏液线气相下限线）,代入相关公式，如,h,OW,、,、,u,0,，整理出。,液相上限线,降液管液泛线,规定：,塔板的操作弹性：,或,1.,管国锋,.,赵汝溥,.,化工原理,(,第三版,),，北京,:,化学工业出版社，,2008.,2.,国家医药管理局上海医药设计院,.,化工工艺设计手册,（上、下），北京,:,化学工业出版社，,1996.,3.,贾绍义，柴诚敬。,化工原理课程设计,(,化工传递与单元操作课程设计,),，天津,:,天津大学出版社，,2002,，,4.,王国胜。,化工原理课程设计,，大连,:,大连理工大学出版社，,2006,5.,刘雪暖，汤景凝。,化工原理课程设计，,东营,:,石油大学出版社。天津,:,天津大学出版社，,2001,6.,姚玉英,陈常贵,柴诚敬,.,化工原理,（上、下册），天津,:,天津大学出版社，,2003,7.,谭天恩，窦梅，周明华 等编著,.,化工原理,(,第三版,),，北京,:,化学工业出版社，,2006.,8.,陈英南，刘玉兰,.,常用化工单元设备的设计,.,上海,:,华东理工大学出版社,2005,9.,柴诚敬，王军,.,张缨,.,化工原理课程设计，天津,:,天津科学技术出版社，,2006.,