化工原理课程设计教学课件

1、化工原理课程设计课程设计的目的和要求目 的1. 提高查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从文献和从生产现场中搜集)的能力；2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；3. 迅速准确的进行工程计算的能力；4. 用简洁的文字、清晰的图表来表达自己设计思想的能力。所学流体力学、传热传质、精馏原理、塔设备、化工机械等知识的综合应用化工原理课程设计任务书 设计题目：丙酮-水连续精馏塔的设计任务要求(工艺参数)： 塔顶产品(丙酮)：2.8 t/hr, (质量分率)塔顶丙酮回收率： (质量分率

2、)原料中丙酮含量：质量分率 = (10+1.5学号)%原料处理量：根据1、2、3返算进料F、xF、W、 xW (摩尔)精馏方式：能源1班直接蒸汽加热、2班间接蒸汽加热 糖工程直接蒸汽加热、资源间接蒸汽加热操作条件 常压精馏 进料热状态 ，自选 回流比 自选；泡点回流 加热蒸汽间接加热蒸汽的绝对压强 3atm 直接加热蒸汽的绝对压强 1.5atm 冷却水进口温度25、出口温度45 热损失以5%计 单板压降 0.7kPa设备型式设备型式为筛板塔或浮阀塔丙酮空气混合气（acetone vapor laden air，VLA） 新型水吸收-精馏丙酮回收工艺流程高前进、廉磊工程硕士论文塔设计的主要内容确

3、定双组分系统精馏过程的流程、辅助设备、测量仪表等，画出流程图；工艺计算：热量和物料衡算，确定R、V、L、NT、NF、NP；塔结构计算：D、Z、HT、塔板类型和结构、塔辅件、塔的机械设计等；设备和装配图等。设计过程之重点生产能力：单位塔径上气、液的通过量要大分离效率：效率高、所需板数少、塔高低操作稳定性和操作弹性：压力降：尽可能小结构、制造和造价：结构简单、易造、性价比高，主要包括塔板的造型和结构设计等参考化工制图34天图解或计算机编程均可34天用统一的课程设计说明书格式编写2-3天课程设计的要求和步骤设计计算画装备图等编写说明书抽查答辩(抽查)1天 成绩按优秀、良好、中等、及格和不及格五级计分

4、，作为一门独立课程考核。 具体要求 所有工作必须独立完成! 时间：2015年7月6日-17日(第19-20周)7月6日8日 流程的确定及工艺设计计算7月911日 结构设计及附属设备选型计算7月1214日 画主体设备装配图7月1516日 编写设计说明书7月17日 抽查(答辩)、交设计报告。精馏塔的设计步骤(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。 操作压力 进料状态 加热方式 冷却剂与出口温度 热能的利用两组分连续精馏塔计算主要内容： 确定原料或产品的流量和组成 求算理论板数和板效率 计算冷凝器和再沸器的热负荷，并确定两者的类型和尺

5、寸。 确定塔高和塔径 作塔板结构尺寸计算及塔板流体力学验算；或确定填料类型及尺寸，并计算填料塔的流体阻力 (2) 蒸馏塔的工艺计算塔高、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。 物料衡算与操作线方程 Rmin、R的确定(采用图解法) 理论板数的确定 全塔效率的确定间接蒸汽加热物料平衡全塔精馏段提馏段提馏段操作线方程q线方程或进料方程精馏段操作线方程最小回流比适宜回流比R：R=(2.03.0)Rmin进料浓度低时，系数适当选大一些；进料浓度高时，系数适当选小一些。提馏段：对于塔内恒摩尔流动当则提馏段操作线与横轴的交点坐标为 g (xW , 0)

6、直接蒸汽加热 提馏段操作线方程直接水蒸气加热所需塔板数稍多些。 V0 xDabxWcxFefd12345直接蒸汽加热时理论板层数的图解法逐板计算流程图 采用不同的方法，求解MEHS方程组。在软件包中存储了常见物系的物性参数及气液平衡数据，对缺乏数据的物系，可通过软件包内的计算模块，求出相关的参数。给定相应的设计参数，通过模拟计算，即可获得所需的理论板层数；进料板位置；各层理论板气液相负荷、气液相密度与粘度；各层理论板的温度与压力等。 ASPEN软件廉磊，高前进，江燕斌*，丙酮-水精馏过程模拟和优化，化学工程，40(8), 1-4 (2012)(3) 塔结构设计确定塔径确定板间距及塔高选择塔板类

7、型并对板上各部分的结构尺寸进行计算确定板上气孔孔径及孔数的计算与排列塔上各连接管尺寸的确定以及塔的机械设计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 塔径 上式表明，当气体流量一定时，塔径D与空塔气速u的关系。D的计算结果应向最接近的较大的工程管径圆整!气速直接影响生产能力和设备投资费。 气速直接影响塔设备的操作与效率。 空塔气速的上限由严重雾沫夹带或液泛决定。 当上升气流的速度大于液滴沉降速度时，液滴被向上夹带。因此可参照液滴沉降原理导出最大允许气速umax (3-2) 负荷参数C的值与气、液流量、密度、液滴沉降空间高度以及液体表面张力有关。可用史密斯关联图来确定。 (3-2)

8、(3-4)史密斯关联图 对直径较小及减压操作的塔以及严重起泡的物系，则应取较低的安全系数。 对初算出的塔径需按照塔的直径系列标准予以圆整。 下限由漏液决定。根据经验，适宜的空塔气速u为： 塔板间距HT 塔板间距HT的大小直接影响到最大允许空塔气速和塔高，板间距取大，可以提高最大允许空塔气速，生产能力提高，但塔高随之增加，投资费用增大。 板间距的选择首先要考虑分离效率和操作弹性 。 板式塔有效高度是指安装塔板部分的高度，其计算方法是，先通过板效率将理论板层数换算为实际板层数，再选择合适的板间距计算板式塔的有效高度。 实际塔板层数塔板间距 全塔效率ET的确定影响塔板效率的主要因素物系性质：、D、塔

9、板结构：塔径、板间距、堰高及开孔率等操作条件：温度、压力、u、L/V等O connell经验公式：其中：为塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度；L为塔顶与塔底平均温度下的液相粘度。 塔的总高度由有效传质高度、底部和顶部空间高度及裙座构成，这里的塔高指有效传质高度。 塔板工艺结构尺寸的设计 降液管的形式 溢流装置的设计计算 塔板的结构参数塔板结构参数示意图 适宜操作区 操作点 操作线 操作控制 操作弹性 操作线的调节板式塔的操作分析 (4)流体力学验算(5) 热量衡算及换热器设计和造型上式表明: 全凝器需要移去的热量（热负荷）QC，就是离开塔顶的蒸气V冷凝至液体所放出的热量。 冷凝器的热量衡算 加热

10、介质消耗量注意：IB1、IB2分别为加热介质进、出再沸器的焓，kJkg-1。r为加热蒸气的气化潜热，kJkg-1 若用饱和蒸气加热，且在饱和冷凝液下排出，则(6) 管路及附属设备的计算与选型如进料管、出料管、再沸器、冷凝器。(7) 撰写说明书(8) 绘制主体设备装配图 图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。必须在教务处下载课程设计书模板，统一用A4纸打印，配上统一的封面装订成册；说明书的文字叙述要简练、明确；各种计算方法应举例说明，公式的符号（单位）应标注清楚，必要时应附上示意图和计算数据表格；所引用的数据、公式等应标注引用参考文献；选用的重要参数和计算的重要结果用表格的形式汇总

11、列出。编写设计说明书（1）设计题目和设计任务书 包括课程设计任务书（2）说明书目录 标题及页次（3）设计说明 说明论证，并附带控制点装置工艺流程图（4）工艺设计 物料衡算、回流比、理论板数、进料位置等，计算机计算应有相应框图和源程序（5）板式塔的结构设计 塔高、塔径，板间距、塔板布置设计说明书的主要内容(提纲)（6）流体力学验算（7）附属设备的选型设计 包括预热器、冷凝器、冷却器和再沸器、进料泵、回流泵、接管等的选型（8）设计结果汇总 包括主要工艺尺寸、各种物料的量和状态及设计时规定的操作条件等（9）结语 包括对设计的自我评述以及有关问题的分析讨论等（10）设计参考资料目录 资料的编写：书名、

12、作者、出版单位和出版年月说明书的主要内容带控制点的工艺流程图的绘制以形象的图形、符号、代号表示出化工设备、管路、附件和仪表自控等，借以表达出一个生产中物料及能量的变化始末。精馏塔带控制点工艺流程图必须反映出全部工艺物料和产品所经过的设备：1. 应包括全部主要物料管路，并表达出进出装置界区的流向；2. 冷却水、冷冻盐水、工艺用的压缩空气、蒸汽(不包括副产品蒸汽)及蒸汽冷凝液系统等的整套设备和管线不在图内表示，仅示意工艺设备使用点的进出位置；3. 标出有助于用户确认及上级或有关领导审批用的一些工艺数据(例如:温度、压力、物流的质量流量或体积流量、密度、换热量等)；4. 包括绘制图例、必要的说明和标

13、注，并按图签规定签署；5. 必须标注工艺设备，工艺物流线上的主要控制点符及调节阀等。控制点符包括被测变量的仪表功能(如调节、纪录、指示、积算、连锁、报警、分析、检测及集中,就地仪表等)。化工课程设计制图部分(参考化工制图等)视图配置 设备图一般都采用两个基本视图来表达设备的主体结构。对于立式设备（精馏塔）： 通常采用主、俯两个基本视图；对于卧式设备： 通常采用主、左两个基本视图来表达。主视图俯视图及管口方位图断开和局部放大：省略部分的结构，应是与图面重复的结构，以不致影响设备结构的表达和读图。对于设备上的某些局部结构，和各接管、零部件、焊缝结构由于基本视图往往采用缩小的比例，在图上不易表达清楚，给画图和读图带来困难。所以，在设备图样上除基本视图外，一般再以必要的局部放大图来补充表达这些局部结构的详细情况。化工设备的尺寸分析与标注 外形尺寸 特性尺寸 装配尺寸 安装尺寸 其它尺寸设备装配图上的尺寸基准设备筒体和封头的轴线，图中a所示。设备的筒体和封头间的环向焊缝线，如b所示。接管的轴线和接管与壳体表面的交点，如c所示；要求提供如下设备和装配图设备总图(A2)裙座装配图(A3)手绘塔板结构