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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 学生姓名 指导老师 学 院 专业班级 完成时间年产5万吨乙醇精憾塔的设计张三千李卫宏化学化工学院化工1班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 含所冇规定的内容5设计方案方案是否合理及符 介选定题h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图纸质暈设计图纸的整体质 量的全而评价

2、20平时成绩10%上课出勤上课出勤考核5制图岀勤制图出勤考核5答辩成绩10%内容表述答辩表述是否淸楚5冋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 月曰年 月口年 月曰说明：评定成绩分为优秀(90-100),良好(8()89),中等(7079),及格(6069)和不及格(v60)。批注u1i：黑体二号。段前段厉各 空1行，行间距固定值22磅。第一节概述51精懈操作对塔设备的耍求51.2板式塔类型51.2.1筛板塔51.2.2浮阀塔61.3 w塔的设计步骤6第二节设计方案的确定72操作条件的确定72.1.1操作压力72.1.2进料状

3、态72.3加热方式72.1.4冷却剂与出口温度72丄5热能的利用82.2确定设计方案的原则82.2.1满足工艺和操作的要求82.2.2满足经济上的要求82.2.3保证安全生产8第三节板式精憎塔的工艺计算93物料衡算与操作线方程93常规塔93.1.2直接蒸汽加热9第四节 板式塔主要尺寸的设计计算114塔的有效高度和板间距的初选114.1塔的有效高度114.1.2板间距的初选114.2塔径114.2.1初步计算塔径11第五节板式塔的结构135塔的总体结构135.2塔体总高度13第六节精f留装置的附属设备146回流冷凝器146.2管壳式换热器的设计与选型146.3再沸器14精憎塔设计结果一览表15参

4、考文献17后记及其他18附件1：酒swiw工艺流程图19批注u2：目录自动生成,字体宋 体小四，行距固定值22磅。附件2：主体设备条件图20第一节概述批注u3:黑体小二，段前段厉各 空1行；行距：固定值22磅。批注u4：二级标题,宋体小三, 段前段后各空0.5行；行距：固定 值22磅。批注u5:正文字体：宋体小四;行间距：固定值22磅。批注u6:三级标题，字体：宋体 四号：段前段后各空0.5行，行距: 固定值22磅。1.1精他操作对塔设备的要羽粘傑所进行的是气（汽）、液两和z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）、液两和得到充分的接触，以达到较高的传质 效率

5、。但是，为了满足丁业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基木要求：（1）气（汽）、液处理量人，即牛产能力大时，仍不致发牛人量的雾沫夹带、 拦液或液泛等破坏操作的现象。1.2板式塔类型气一液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精缰操作既可采用板式 塔，也可采用填料塔。板式塔为逐级接触型气一液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气一液接触 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。121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

6、的泡罩塔可増加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佼高，否则气液接触不匀。（2）操作弹性较小（约23）。（3）小孔筛板容易堵雅。122浮阀塔浮阀塔是在泡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， 使气缝速度稳圧在某一数值。浮阀塔z所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：l3精锚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，对精镭装置的流程、操作条件、 主耍设备型式及其材质

7、的选取等进行论述。（2）蒸懈塔的工艺计算，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）绘制精馆装置工艺流程图和粘锦塔的设备图。第二节设计方案的确定2操作条件的确泄确定设计方案是指确定整个粘镭装置的流程、各种设备的结构型式和某些操 作指标。例如纽分的分离顺序、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。批注u71： ：级标题，字体：宋体

8、 四号;段前段后各空0.5行,行距: 固定值22磅。2.1.1操作压力蒸镉操作通常可在常压、加压和减压下进行。确圧操作压力时，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、冋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-般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这 主要是曲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，精镭段与提係段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。2.1.3加热方式蒸饰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

9、水，血冃在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较人（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。如杲塔顶蒸汽温度低，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热能的利用梢饴过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和介理地 利用精懈过程本身的热能是十分重要的。2.2确定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，尽暈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來的流程和设备，首先必

10、须保证产品达到任务规定的耍求，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 需要采取和应的措施。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。如前所述在蒸懈过程中如 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，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发牛火花的 设备。乂如，塔是指圧在常压下操作的，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。第三节板式精f留塔的工艺计算精憾塔的工艺设计计算，包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔 板的布

11、置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。批注u8j:二级标题，宋体小三, 段前段后各空0.5行：行距：固定 值22磅。3.1物料衡算与操作线方程通过全塔物料衡算，可以求出和懈产甜的流暈、组成和进料流量、组成z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丄1常规塔批注u9: ：级标题，字体：宋体 四号;段前段后各空0.5行,行距: 固定值22磅。(1)全塔总物料衡算总物料f = d + w(3-1)易挥发组分fxe=dxd + w xw(3-2)若以塔顶易挥发组分为主耍产品，则回

12、收率“为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 馆塔。批注u10:毎个公式要按先后顺 序进行统-编号且右对齐，例如： (3-1)即为第三节的第一个公式。 (3-2)即为第三节的第二个公式。r)x77 = xloo% %,f、d、w-分别为原料液式中、憎出液和釜残液流量，kmol/h,(3-3)批注u11:公式-律用公式编辑器进行编辑,行距为1.5倍行距。批注u12:字体倾斜x”、心、张分别为原料液、镉出液和釜残液屮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(3-4)(3-5)总物料f +人= d +易挥发纽分fxf + 7()y() = dx

13、d + wxw式中v()直接加热熬汽的流量，kmol/h,vo加热蒸汽中易挥发组分的摩尔分率，一般m尸0；直接蒸汽加热时釜液流屋，kmol/h门一直接蒸汽加热时釜液中易挥发组分的摩尔分率。第四节板式塔主要尺寸的设计计算板式塔主要尺寸的设计计算，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冇效高度是指安装塔板部分的岛度，可按下式计算:z = &-)ht et式中z塔的有效高度，川:el金塔总板效率；nt塔内所需的理论板层数；hl塔板间甌皿(4-1)4.1.2板间距的初选表

14、4-1塔板间距与塔径的关系/ 批注【53：表头字体：黑体五号,塔径/d加0.3 0.50.5 0.80.8 1.61.6 2.42.4 4.0行距：固定值22磅。板间距/如mm200300250350300450350600400600” -批注u14:表格内字体：宋体times new roman 5 弓4.2塔径4.2.1初步计算塔径0.020<04 oao6 0.10.20.40.61.0批注u15:黑体5号，行距：固定 值22磅(4)(牛)图4-1史密斯关联图图中丹塔板间距，m； hl板上液层高度，加；v 分別为塔内气、液两相体积流量，加; q” pl分别为塔内气、液相的密度，k

15、如。第五节板式塔的结构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塔体总高度第六节 精f留装置的附属设备精绸装置的主耍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f留塔设计结果一览表序号项目数值1平均温度匚，°c1152平均压力p,”，kpa114.453气相流量匕,（加'/$）0.3524液相流量厶,（八/s）0.000

16、75实际塔板数186有效段高度乙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堰上液层咼度,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，ml0.31819筛板直径，m0.00320筛孔数冃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每层塔板乐降，pa649.127负荷上限液泛控制28负荷下限漏液控制29液沫夹带即，

17、（kg液/kg气）0.01430气相负荷上限,mus0.7231气相负荷下限，曲s0332操作弹性4.77参考文献1j姚玉英化工原理（下）m.天津:天津科技出版社,1999.谭天恩.化工原理（下）m.北京:化学工业出版社,1994. 陈敏恒.化工原理（下）mj.北京:化学工业出版社,1989.4 贾绍义，柴诚敬.化工原理课稈设计m.天津:天津大学出版社,2002.5 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, 2003, 22（8）: 876-880.6 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j, 2000, 6:13-16.7 kurtz. electr

18、olytic production of alkali metal hydroxidep. united states patent, 4057474, 1977-11-8.8 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,1996.9 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,1986.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:酒精精馆工艺流程图piuschimj!f -tdlwit!flyrn工««d'vi 1»«til1wimic4mwihi 11 -和itinhi1ejoi4 ill1401>m»i|卜101mjtiot|tt11 moiv im1vk8pir<1v intinn1yf -v-|«llm1- f(1 111 11卜11 1f 1h 1 £2! 1> i 1 '""t""丄 :罪-l；甘.xxhu21附图1酒精精镭工艺流程