课程设计报告-循环码计数器及苯-甲苯连续筛板式精馏塔的设计

燕山大学课程设计说明书题目：循环码计数器燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：电子实验中心学号学生姓名专业（班级）级检测技术与仪器设计题目循环码计数器设计技术参数●设计一个4位循环码计数器●带进位，且进位用指示灯表示●转换状态：0000-0001-0011-0010-0110-0111-0101-0100-1100-1101-1111-1110-1010-1011-1001-1000-0000，状态是1000时，有进位设计要求●用彩灯L9、L10、L11、L18表示各位输出●用数码管显示相应16种状态码●当有进位时，蜂鸣器蜂鸣5秒提示工作量●学会使用Max+PlusII软件和实验箱；●独立完成电路设计，编程下载、连接电路和调试；●参加答辩并书写任务书。工作计划了解EDA的基本知识，学习使用软件Max+PlusII，下发任务书，开始电路设计；学习使用实验箱，继续电路设计；完成电路设计；编程下载、连接电路、调试和验收；答辩并书写任务书。参考资料《数字电子技术基础》.主编电子工业出版社《EDA课程设计B指导书》指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。目录第1章设计说明………1.1设计思路………1.2模块介绍………1.3真值表…………第2章原理图……………第3章波形仿真图……………………第4章管脚锁定及硬件连线……………总结…………………参考文献第一章设计说明1.1设计思路以格雷码循环的四位循环码计数器，首先就考虑到应该用触发器来使其实现，最终选定JK触发器。通过卡诺图计算出循环码计数器的状态方程，并得出相应驱动方程，及进位输出方程。进位时用进位指示灯表示需要用进位输出去控制指示灯，同时蜂鸣器蜂鸣5秒，这5秒钟是计数器的一个时钟周期。也就是频率为0.2Hz，频率组中没有此频率的时钟信号，故选用2Hz的时钟信号，用74160芯片进行分频。彩灯表示输出，直接将各触发器的输出信号接各彩灯即可。用两位数码管显示16种状态的十进制表示，需要提前对触发器的输出信号进行处理。，需要一个比较器及一个加法器，十六进制转化为ＢＣＤ码显示：大于等于10的数得加6进1，其他数就不改变。比较器选用74HC85，加法器选用74LS283。加以一定的逻辑代数运算即可。格雷码：００００→０００１→００１１→００１０→０１１０→０１１１→０１０１→０１００→１１００→１１０１→１１１１→１１１０→１０１０→１０１１→１００１→１０００1.2模块介绍该设计模块：分频器、循环码计数模块、十六进制转化ＢＣＤ码模块彩灯输出模块、进位输出及蜂鸣模块、数码管显示模块。前三模块为主要模块、分频器74160（十分频）：0到9计数，9之后进位，再回到0，如此依次循环，进位输出将时钟频率进行十分频。循环码计数器模块：两个74112芯片用来实现格雷码计数，各片芯片中含有两个JK触发器，分频器的进位输出为触发器提供时钟信号。十六进制转换ＢＣＤ码模块123符号如下图所示。上面电路图中四个输入信号分别是四个触发器的输出信号。通过比较器、加法器及相关运算器使四位的十六进制转换为八位的ＢＣＤ输出。123符号彩灯输出模块进位输出及蜂鸣模块数码管显示模块：1.3真值表ＣＬＫＱ３Ｑ２Ｑ１Ｑ０ＣＤ７Ｄ６Ｄ５Ｄ４Ｄ３Ｄ２Ｄ１Ｄ０００００００００００００００１０↓０００１００００００００１２０↓００１１０００００００１１３０↓００１００００００００１０４０↓０１１０００００００１１０５０↓０１１１００００００１１１６０↓０１０１００００００１０１７０↓０１００００００００１００８０↓１１００００００１００１０９０↓１１０１００００１００１１１００↓１１１１００００１０１０１１１０↓１１１０００００１０１００１２０↓１０１０００００１００００１３０↓１０１１００００１０００１１４０↓１００１０００００１００１１５０↓１０００１００００１０００１６０↓０００００００００００００第二章原理图111111模块的内部详图就是模块介绍中计数器模块图。123部分模块介绍中123部分。第三章波形仿真图CLK——输入时钟信号speaker——蜂鸣器Ｑ３，,Ｑ２，Ｑ１，Ｑ０——分别表示彩灯Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１８Ｄ７，Ｄ６，Ｄ５，Ｄ４，Ｄ３，Ｄ２，Ｄ１，Ｄ０——两个四位数码管第四章管脚锁定及硬件连线管脚锁定：输入时钟信号ＣＬＫ锁定６９号引脚（外接）Ｑ３、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ０分别锁定７４,７１,７０,６８号引脚（外接）指示灯Ｃ锁定１２号引脚（内锁）蜂鸣器speaker锁定38号引脚（内锁）位控位ss2锁定97号引脚（内锁）位控位ss1锁定96号引脚（内锁）Ｄ７、Ｄ６、Ｄ５、Ｄ４、Ｄ３、Ｄ２、Ｄ１、Ｄ０分别锁定１４８、１４７、１４４、１４３、１４２、１４１、１４０、１３９号引脚硬件连线：将６９号引脚与２Ｈｚｃｌｋ引脚２０号用导线连接将７４、７１、７０、６８号引脚分别与Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１８号引脚用导线连接总结在为期一个星期的ＥＤＡ课程设计中，我学到了很多东西。前只听说过ＥＤＡ技术到现在对该技术有一定了解与掌握，并且会运用。知道如何去设计循环码计数器，怎样将十六进制数转换ＢＣＤ码表示。在设计开始的时候，我都不清楚格雷码表示的计数器该如何表示，只在脑海中有一点点印象可以用触发器来制作；不明白十六进制ＢＣＤ码之间如何通过电器件去转换。设计的过程中并不是特别顺利，有一些磕磕碰碰，对软件的不熟悉，对一些器件功能的记忆有点模糊，只能慢慢的去学习，去翻阅书籍加深记忆开始使用ＥＤＡ软件时，常常一不小心就会加上额外节点，使不该连接的线路连接上，往往在调试时有错误报出却不明白为什么出错。还以为自己设计的原理图出现问题，就去更改自己的电路图，还出现一些无法更改的问题，提示所选芯片内部有问题。后来跟同学讨论才发现原来是点鼠标时不小心加上的额外节点。设计的过程中，仔细点是十分必要的，可以少浪费时间。在选择编程器器件及管脚锁定过程，不小心选错了芯片，有很多管脚号码没有，无法进行锁定，刚开始我以为软件出问题了，后来通过请教老师才可能是芯片选差了。验实验箱时老师提醒应该用两位数码管显示，之后又开始重新设计转换电路。这过程确实对我来说真的十分宝贵，感谢老师们的悉心指导及同学们的帮助，今后我会更加努力的。参考文献《数字电子技术基础》常丹华主编电子工业出版社《ＥＤＡ课程设计Ｂ指导书郑兆兆周连连张强燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：①该生学习态度（认真较认真不认真）②该生迟到、早退现象（有无）③该生依赖他人进行设计情况（有无）平时成绩：指导教师签字：图面及其它成绩：答辩小组评语：①设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。②设计合理，实现设计要求。③实现了大部分设计要求。④没有完成设计要求，或者只实现了一小部分的设计要求。答辩成绩：组长签字：20**年3月15日课程设计综合成绩：答辩小组成员签字：化工原理课程设计题目：苯--甲苯二元物系筛板式精馏塔的设计

化工原理课程设计任务书一设计题目：苯-甲苯连续筛板式精馏塔的设计二任务要求设计一连续筛板精馏塔以分离苯和甲苯，具体工艺参数如下：

原料加料量F＝100kmol/h

进料组成xF＝0.462

馏出液组成xD＝0.932釜液组成xw＝0.032

塔顶压力p＝100kpa单板压降≤0.7kPa2工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流。三主要设计内容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计（1）塔径及精或提馏段塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高4、辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、工艺流程图及精馏塔设备条件图目录摘要化工生产常需要进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，换热器和泵及各种接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。关键词：苯、甲苯、精馏段、提馏段、筛板塔。第一章绪论§1.1设计方案苯和甲苯的混合液是使用机泵经原料预热器加热后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，冷凝液部分利用重力泡点回流；部分连续采出经冷却器冷却后送至产品罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送入贮槽。具体连续精馏流程参见下图（图1-2-1）： 全凝器回流出料乙胺二乙胺溶液 塔釜全塔物料衡算§1.2设计全塔物料衡算板数的确定板数的确定筛板塔的设计筛板塔的设计画筛板负荷性能图画筛板负荷性能图热量衡算热量衡算附属设备及主要附件的设计附属设备及主要附件的设计§1.3选塔依据筛板塔是现今应用最广泛的一种塔型，设计比较成熟，具体优点如下：结构简单、金属耗量少、造价低廉.气体压降小、板上液面落差也较小.塔板效率较高.改进的大孔筛板能提高气速和生产能力，且不易堵塞塞孔.第二章精馏塔的工艺设计2.1精馏塔的物料衡算2.1.1原料液及塔顶塔底产品的摩尔分率：进料组成：=0.45+0.001×(20-8)=0.462溜出液组成：=0.92+0.001×(20-8)=0.932釜液组成：=0.02+0.001×(20-8)=0.032进料量F=100kmol/h总物料衡算：即：易挥发组分物料衡算：即：联立解得：D=47.78kmol/h，W=52.22kmol/h2.1.2原料液及塔顶塔底产品的平均摩尔质量：苯的摩尔质量：kg/mol甲苯的摩尔质量：kg/mol=O.462×78.11+(1-0.462)×92.14=85.66kg/mol=0.932×78.11+(1-0.932)×92.14=79.06kg/mol=0.032×78.11+(1-0.032)×92.14=91.69kg/mol2.2物性参数的计算2.2.1操作温度的计算由苯---甲苯的气液平衡关系表2-1知：（101.3kPa)表2-1温度t/℃苯的摩尔分数温度t/℃苯的摩尔分数液相x/％气相y/％液相x/％气相y/％110.40.00.090.058.477.8106.010.823.286.073.887.6102.021.039.984.082.492.198.032.254.382.091.596.494.044.666.881.096.398.592.051.272.580.2100.0100.0下面用内插法分别求塔顶，进料，塔釜的温度，分别用，，表示：对于塔顶：=0.93，由气液平衡关系表用内插法求，即：塔顶温度：=解得：=81.65℃进料温度：=解得：=93.52℃塔底温度：=解得：=109.10℃精馏段平均温度：t===87.585℃提溜段平均温度：t===101.31℃2.2.2相对挥发度α的计算苯—甲苯的饱和蒸汽压可用安托因方程求解，即：Lg=A-式中：t：物系温度，单位：℃.：饱和蒸汽压，A,B,C,—Antoine常数，见如下表2-2表2-2组分ABC苯(A)6.0231206.35220.24甲苯(B)6.0781342.94219.58即：苯-甲苯的安托因方程分别为：对于塔顶：=81.65℃，则=6.023-=106.42Kpa=6.078-=41.35Kpaα===2.574同理，塔底：=109.10℃则=6.023-=229.12Kpa=6.078-=97.52Kpa解得：p=229.308kPa,p=97.230kPaα===2.349相对挥发度为：===2.459从而得到相平衡方程:y==泡点进料：q=1，X=X=0.462，代入相平衡方程，得y==0.68最小回流比为：R===1.16R=（1.1~2.0）R，取R=1.8R=1.81.16=2.092.3精馏塔汽液相负荷精馏段：L=RD=2.0947.78=99.86kmol/hV=(R+1)D=(2.09+1)47.78=147.64kmol/h提馏段：=L+qF=99.86+1100=199.86kmol/hkmol/h2.4操作线方程的确定精馏段操作线方程的确定：=提馏段操作线方程的确定联立以上两式得：，2.5精馏塔理论塔板数的计算对于苯-甲苯物系，我采用了相平衡方程与操作线方程式逐板计算法求理论板数：精馏段操作线方程：（1）提溜段操作线方程：（2）平衡线方程：（3）由于是全凝器：从第一块塔板下降的液体组成由式（3）求得：第二块板上升的气相组成用式（1）求得：第二块板下降的液相组成由（3）式求得：用此法依次计算得:，，，<因为,所以第6块板上升的气相组成由提馏段操作线方程(2)求得:以此计算得：，，，，，根据以上求解结果可得：总理论板数为，第6块板为进料板，精馏段理论板数为5块，提馏段理论板数为6块。2.6板效率的计算对于进料：=93.52℃得：又精馏段平均相对挥发度：提馏段平均相对挥发度：由液体平均粘度公式：可求得不同温度下苯和甲苯的粘度对于苯(A)，其中，即：当℃时，当℃时，对于甲苯(B)，其中，即：当℃时，当℃时又精馏段的液相组成：提馏段的液相组成：精馏段平均液相粘度：提馏段的平均液相粘度:精馏段的板效率：提馏段的板效率：2.7实际板数的计算及全塔效率的计算其中第11块为加料版。全塔效率：第三章板式塔主要工艺尺寸的设计计算3.1塔的工艺条件及物性的数据计算3.1.1操作压力的计算塔顶操作压力假设每层塔板压降进料板压力精馏段平均压力塔釜压力进料板压力提馏段平均压力3.1.2操作温度计算=81.65t=93.52t=109.10精馏段平均温度℃提馏段平均温度℃3.1.3平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量的计算由,。可知：进料板平均摩尔质量计算由，塔釜平均摩尔质量的计算·由，精馏段平均摩尔质量的计算提馏段平均摩尔质量的计算3.1.4平均密度气相平均密度计算由理想气体状态方程计算,即精馏段提馏段液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即塔顶液相平均密度的计算℃，得： 质量分率为则进料板液相平均密度的计算℃，得： 质量分率为则塔底液相平均密度的计算，得： 质量分率为则精馏段平均液相密度：提馏段平均液相密度：3.1.5液体平均表面张力液相平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力的计算：℃得进料板液相平均表面张力的计算：℃得塔釜液相平均表面张力的计算：℃得则:精馏段液相表面张力：提馏段液相表面张力：3.1.5液体粘度计算塔顶液相平均粘度计算由℃得进料板液相平均粘度计算由℃得塔釜液相平均粘度计算由℃得则：3.2精馏塔的主要工艺尺寸计算3.2.1塔径D的计算(1)精馏段精馏段的气液相体积流率：式中C由：求得由史密斯关联图得，图的横坐标参数为：取板间距，板上液层高度，则：可得到：校正表面张力为：液泛速度：取安全系数为0.70则空塔速度为：塔径：按标准塔径圆整后为：塔截面积为：精馏实际空塔气速为：(2)提馏段提馏段的气液相体积流率：式中C由：求得由史密斯关联图查得，图的横坐标参数为：取板间距，板上液层高度，则：校正表面张力为：液泛速度：取安全系数为0.70则空塔速度为：塔径：按标准塔径圆整后为：塔截面积为：提馏实际空塔气速为:3.2.2精馏塔有效高度的计算精馏段的有效高度为：提馏段的有效高度为：在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m，故精馏塔的有效高度为：3.3塔板主要工艺尺寸的计算3.3.1溢流装置因塔径，可选用单溢流，弓型降液管，凹行受液盘，不设进口堰。溢流堰长堰流堰高度选用平直堰，堰上液高度由计算近似取，则：精馏段：取板上清液层高度故：提馏段：取板上清液层高度故：弓形降液管的宽度与降液管的面积由查图5-7得，故：液体在降液管中停留时间：精馏段，提馏段，故降液管设计合理。3.3.2降液管底隙高度(1)精馏段取液体通过降液管底隙的流速，依下式计算降液管底隙高度（2）提馏段取液体通过降液管底隙的流速，则：故降液管底隙高度设计合理。选选凹形受液盘，深度3.4塔板布置3.4.1塔板的分块因D=1400mm>800mm,故塔板采用分块式：表2-1塔径mm800塔板分块数3456因此,塔板分为4块.边缘区宽度确定:精馏段:取提馏段:取开孔区面积计算开孔区面积精馏段:提馏段:筛孔计算及其排列因为所处理的物系无腐蚀性,可选用碳钢板,取筛孔直径,筛孔按正三角排列,取孔中心距：精馏段:筛孔数目为提馏段:筛孔数目为开孔率为精馏段气体通过阀孔的气速为提馏段气体通过阀孔的气速为3.5筛板的流体力学验算3.5.1塔板压降干板阻力计算由,精馏段:提馏段:气体通过液层的阻力计算气体通过液层的阻力精馏段:提馏段:液体表面张力的阻力计算精馏段:气体通过每层塔板的液柱高度按下式计算气体通过每层塔板的压降为：(设计允许值)提馏段:气体通过每层塔板的液柱高度按下式计算气体通过每层塔板的压降为：<0.7Kpa(设计允许值)3.5.2液面落差对于筛板塔,液面落差很小且本例的塔径和液流量均不大,故可忽略液面落差的影响.3.5.3液沫夹带液面夹带量:其中:精馏段:提馏段:故在本设计中液沫夹带量在允许范围内.3.5.4漏液对筛板塔,漏液点气速精馏段:实际孔速稳定系数提馏段:实际孔速稳定系数故在本设计中无明显漏液3.6液泛为防止塔内发生液泛,降液管内液层高度应服从甲苯-对二甲苯属一般物系,取,则精馏段:板上不设进口堰，提馏段:板上不设进口堰，故在本设计中不会发生液泛现象3.6.1漏液线由,得精馏段:=在操作线范围内,任取几个值,依上式计算出表2-20.00060.00150.00300.00450.5640.5790.5980.613提馏段:=4.870操作线范围内,任取几个值,依上式计算出表2-30.00060.00150.00300.00450.4580.4720.4890.503由上表数据可作出漏液线13.6.2液沫夹带线以为限,求出关系如下:由精馏段:,整理得:在操作范围内,任取几个值,依上式计算出值表2-40.00060.00150.00300.00452.4572.3622.242.138提馏段:,,整理得:在操作范围内,任取几个值,依上式计算出值表2-50.00060.00150.00300.00452.632.532.422.32由上表数据可作出液沫夹带线2.3.6.3液相负荷下限线对于平直堰,取堰上液层高度作为最小液体负荷标准取E=1,则据此可作为与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3.3.6.4液相负荷上限线以作为液体在降液管中停留时间的下限据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4.3.6.5液泛线令,由,,,联立得:忽略,将与,与,的关系代入上式,并整理得:式中:将相关数据代入上式,得:精馏段:故继续整理得:在操作范围内.任取几个值,依上式计算出值表2-60.00060.00150.00300.00452.232.0551.981.90提馏段:故继续整理得在操作范围内.任取几个值,依上式计算出值表2-70.00060.00150.00300.00452.041.9961.9331.875由上表数据即可作出液泛线5第四章热量衡算4.1热量衡算示意图4.2加热介质和冷凝剂的选择4.2.1加热介质的选择选择饱和水蒸气，温度133.3，工程大气压为300KPa原因：水蒸气清洁易得，不易结垢，不腐蚀管道，饱和水蒸气冷凝放热值大，而水蒸气压力越高，冷凝温差越大，管程数相应越小，但水蒸气不宜太高。4.2.2冷却剂的选择常用的冷却剂是水和空气。故选用25的冷却水，温升10，即冷却水的出口温度为35。4.3热量衡算4.3.1比热容及汽化潜热的计算塔顶温度下的比热容=81.69℃下，苯和甲苯的比热容分别为（2）进料板温度=93.55℃时，塔釜温度=109.18℃（4）汽化潜热(1)=81.69℃下,4.3.2热量衡算：（1）0℃时塔顶上升的热量,塔顶以0℃为基准。（2）回流液的热量与塔顶组成相同。(3)塔顶流出液的热量：（4）进料的热量：（5）塔底残夜的热量：（6）冷凝器消耗的热量：项目进料塔顶溜出液塔底残液平均比热容169.88153.22185.36热量第五章附属设备及主要附件的设计5.1塔附件的设计5.1.1接管管径的设计塔顶蒸汽出料管操作压力为常压，蒸汽速度可取，本设计取16m/s.整圆后：表4-1塔顶蒸汽管参数表热轧无缝钢管外径内径壁厚重量标准号325mm309mm8mm62.54kg/mYB231-70塔釜出料管取整圆后：表4-2塔釜出料管参数表热轧无缝钢管外径内径壁厚重量标准号108mm100mm4mm10.26kg/mYB231-70回流管取整圆后：

表4-3回流管参数表热轧无缝钢管外径内径壁厚重量标准号133mm125mm4mm12.72kg/mYB231-70进料管整圆后：表4-4进料管参数表热轧无缝钢管外径内径壁厚重量标准号45mm40mm2.5mm3.58kg/mYB231-705.1.2法兰的选择由于常压操作，所有法兰均采用标准管法兰，平焊法兰，根据不同的公称直径选用相应的法兰，据材料与零部件可得:表4-5法兰型号进料管Pg10Dg40Hg5010-58回流管Pg10Dg125Hg5010-59塔底出料管Pg10Dg100Hg5010-60塔顶进气管Pg10Dg300Hg5010-61塔釜进气管Pg10Dg300Hg5010-625.1.3除沫器气速:除沫器直径:5.1.4塔底设计料液在釜内停留15min，装料系统取0.5.塔底高h：塔径d=2:1塔底料液量:塔底体积:5.1.5筒体操作压力P=1atm,公称直径dg=1600mm查得筒体壁厚为5mm，所用材质为.5.1.6封头封头分为椭圆形封头，蝶形封头几种，本设计采用椭圆形封头，由公称直径Dg=1600mm查得:5.2冷凝器的设计取冷凝器传热系数假如该地区平均水温25℃，升温15℃.对于逆流:℃冷凝器冷凝面积:5.3塔顶封头本设计采用椭圆形封头，公称直径：内表面积，容积则封头高度：5.3.1塔顶空间取塔顶间距考虑到需装除沫器，选他顶空间5.3.2塔底空间取釜液停留时间为5mim,取塔底液面至最下一层塔板之剑距离为1.5m，则5.3.3裙座塔底常用裙