化工原理课程设计简易步骤(08石油3)

关于课程设计的几点说明1.《化工原理课程设计》是我们学完《化工原理》理论课后，综合应用本门课程和有关先修课程知识，完成以单元操作为主的一次设计实践，是体察工程实际问题复杂性的初次尝试，是综合性和实践性都较强的学习环节。

2.通过课程设计，希望大家：①初步掌握化工单元操作设计的基本方法和程序；②学会查阅文献资料、搜集有关数据、正确选用公式；③培养理论联系实际的正确设计思想，学会综合运用已学过的理论知识去分析和解决工程问题；④培养准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算的能力；⑤提高运用工程语言（简洁的文字、清晰的图表、正确的计算）表达设计思想和计算结果的能力。

考虑到设计时间比较短，我为大家准备了设计的步骤和计算方法，大家还应该查阅资料弄清楚计算的原理，当然，大家也可采用查到的其他方法完成本次设计。

3.请大家按学号在下表中找到自己的设计数据，填入设计任务书的空格内：最后，祝大家顺利完成本次设计！荆楚理工学院《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目录1.设计任务书……………………………………………（）2.设计方案的确定与工艺流程的说明…………………（）3.全塔物料衡算………………………………………（）4.塔板数的确定………………………………………（）5.精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算………（）6.精馏段的汽液负荷计算………………………………（）7.精馏段主要工艺结构尺寸的计算…………………（）8.精馏段塔板的流体力学验算…………………………（）9.精馏段塔板的汽液负荷性能图………………………（）10.精馏段计算结果汇总…………………………………（）11.设计评述………………………………………………（）12.参考文献………………………………………………（）13.附件……………………………………………………（）附件1：附图1精馏工艺流程图附件2：附图2弓形降液管参数图附件3：附图2塔板布置图设计任务书一、设计题目：混合液板式精馏塔设计二、原始数据及操作条件：年处理量：万吨料液初温：35℃料液浓度：（苯的质量分率）塔顶产品浓度：96%（苯的质量分率）塔底釜液含甲苯量不低于98%（以质量计）每年实际生产天数300天（每年有两个月检修）精馏塔塔顶压强：4kPa(表压)压力：常压，单板压降不大于0.7kPa假定总板效率为：0.6设备型式：（选择浮阀塔或筛板塔）三、设计内容1、塔的工艺设计1）选择工艺流程和工艺条件：加料状态、塔顶蒸汽冷凝方式、塔釜加热方式等2）精馏工艺计算：物料衡算确定各物料流量和组成。

确定适宜的回流比。

计算精馏塔实际塔板数2、精馏塔设备设计1）选择板型：筛板（浮阀）塔2）塔板结构设计和流体力学计算3）绘制塔板负荷性能图3、编写设计说明书要求：按设计程序列出计算公式、写出详细计算步骤、计算结果；列出计算结果明细表；附有工艺流程图，塔板结构简图；对所选用的物性数据和经验公式、图表注明来源；设计说明书要求字迹工整，装订成册上交。

板式塔设计简易步骤一、 设计方案的确定及工艺流程的说明对塔型板型、工艺流程、加料状态、塔顶蒸汽冷凝方式、塔釜加热方式等进行说明，并 绘制工艺流程图。

（图可附在后面） 二、 全塔物料衡算：见教材P 270计算出F 、D 、W ，单位：kmol/h 三、 塔板数的确定1. 汽液相平衡数据：查资料或计算确定相平衡数据，并绘制t-x-y 图。

2. 确定回流比：先求出最小回流比：P 291。

再确定适宜回流比：P 293。

3. 确定理论板数逐板法或梯级图解法（塔顶采用全凝器）计算理论板层数，并确定加料板位置：P 291。

逐板法需知相对挥发度： 4. 确定实际板数：估算塔板效率：P 310。

（①需知全塔平均温度，可由 t-x-y 图确定塔顶、塔底温度，或通过试差确定塔顶、塔底温度，再取算术平均值。

②需知相对挥发度，可由安托因方程求平均温度下的饱和蒸汽压，再按理想溶液计算，本设计中已规定总板效率，不需另行计算！）由塔板效率计算精馏段、提馏段的实际板层数：P 310式6-67。

四、 精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算1. 操作压力m p ：取2FD m p p p +=2. 精馏段平均温度m t可由泡点方程试差法确定塔顶、进料板温度或查t-x-y 图确定，再取平均值。

3. 平均摩尔质量M Vm 、M Lm由P 9式0-27分别计算塔顶、进料板处的摩尔质量，再分别取两处的算术平均值。

汽相的摩尔分率查t-x-y 图。

4. 平均密度Vm ρ、Lm ρVm ρ：用P 14式1-7分别计算塔顶、进料板处液相密度，再取算术平均值。

mVmm Vm T R M p ⋅⋅=ρ5. 液体表面张力m σ由B B A A m x x σσσ+=分别计算塔顶mD σ与进料板mF σ，再取平均值。

6. 液体粘度m μ 与表面张力的计算相同。

五、精馏段汽液负荷（Vs 、Ｌs ）计算V=（R+1）D L=RDVmVm s VM V ρ3600=Lm Lms LM L ρ3600=同时计算V h 、L h 。

冷凝器的热负荷：(本次设计不计算)六、 精馏段主要工艺结构尺寸的计算(一) 板间距H T 的初估。

板间距初估是为了估算塔径，在P 311表6-5中初选。

(二) 塔径的初估与圆整 P 312，1. 液泛速度：计算，并取适宜操作气速。

2. 塔径：计算，并圆整，再按P 311表6-5，检验塔径是否合适。

3. 实际操作气速。

(三) 塔板工艺尺寸的计算1. 溢流装置:说明采用何种形式的溢流堰、降液管、受液盘。

（以下为选择依据：）1）降液管：降液管有圆形与弓形两类。

通常，圆形降液管只用于小直径塔，而弓形降液管由部分塔壁和一块夹板围成，它能充分利用塔内空间，普遍用于直径较大、负荷较大的塔板。

2)溢流方式： 溢流方式与降液管的布置有关。

常用的降液管布置方式有U 型流、单溢流、双溢流及阶梯式双溢流等。

常选择的为单流型和双流型。

可依下表进行选择。

3）溢流堰的形式：有平直形和齿形两种。

一般选择平型。

4）受液盘: 受液盘有平受液盘和凹形受液盘两种形式，如下图所示。

(a) 平受液盘 (b)凹受液盘平受液盘一般需在塔板上设置进口堰，以保证降液管的液封，并使液体在板上分布均匀。

但设置进口堰既占用板面，又易使沉淀物淤积此处造成阻塞，因此可不设进口堰。

采用凹形受液盘不需设置进口堰。

凹形受液盘既可在低液量时能形成良好的液封，又有改变液体流向的缓冲作用，并便于液体从侧线的抽出。

对于φ600mm 以上的塔，多采用凹形受液盘。

凹形受液盘的深度一般在50 mm 以上，有侧线采出时宜取深些。

凹形受液盘不适于易聚合及有悬浮固体的情况，因易造成死角而堵塞。

溢流装置的设计计算1）堰长l w ：参见P 306 “一、塔板结构 (二)溢流堰”堰长l W 应由液体负荷及溢流型式而定。

对于常用的弓形降液管： 单溢流取l W = （0.6～0.8）D 其中D 为塔径，m 。

双流型塔板，两侧堰长取为塔径的0.5~0.7倍。

并保证堰上溢流强度()h m /m 130~100/3⋅<w h l L ，满足筛板塔的堰上溢流强度要求。

2）堰上液层高度h ow : 太小，堰上的液体均布差，太大则塔板压强增大，物沫夹带增加。

对于平直堰，堰上液层高度h ow 可用弗朗西斯（Francis ）经验公式求算：式中：Ls ——塔内液体流量，m 3/h ； lw ——堰长，m ； E ——液流收缩系数。

液流收缩系数E ，可由液流收缩系数计算图查取。

一般情况下可取E=1，所引起的误差对计算结果影响不大。

平直堰，一般h ow >0.006m ，若低于此值，改用齿形堰。

H ow 也不宜超过0.06~0.07m ，否则改用双溢流型塔板。

3）出口堰高h w ：堰高h w 需根据工艺条件与操作要求确定。

设计时，一般应保持塔板上清液层高度在50～100mm 。

计算公式： ow L W h h h -=式中：h L ——板上液层高度，在50～100mm 内取值，m ；h ow ——堰上液层高度，m 。

堰高一般在0.03～0.05m 范围内，对于减压塔的h w 值应较低，以降低塔板的压降。

堰高还要考虑降液管底端的液封，一般应使堰高在降液管底端0.006m 以上，大塔径相应增大此值。

若堰高不能满足液封要求时，可设进口堰。

在求出h ow 后，检验堰高是否在下式范围：4）弓形降液管宽度W d 与截面积A f : 可根据Dl W查由下图查得。

( 图中A T 为塔横截面积。

) 按P 306 式6-65验算停留时间。

即若不能满足上式要求，应调整降液管尺寸或板间距，直至满足要求为止。

5）降液管底隙高度h 0 :降液管底隙高度h 0应低于出口堰高度h w ，才能保证降液管底端有良好的液封，一般取为：)012.0~006.0(-=W O h h ，m降液管底隙高度一般也不宜小于20～25mm ，否则易于堵塞，或因安装偏差而使液流不畅，造成液泛。

在设计中，塔径较小时可取h 0为25～30mm ，塔径较大时可取h 0为40mm 左右，最大可达150mm 。

降液管底隙高度h 0也可用下式计算：式中：L S ——塔内液体流量，m 3/s ；u 0′——液体通过降液管底隙的流速，m/s ；一般可取u 0′=0.07～0.25m/s 。

2. 塔板布置1）边缘区宽度c W 与安定区宽度s W塔板通常分为四个区：即边缘区、安定区、溢流区、开孔区。

确定边缘区宽度c W ：在靠近塔壁的一圈边缘区域供支持塔板的边梁之用，称为无效区，也称边缘区。

其宽度W c 视塔板的支承需要而定，小塔一般为30~76 mm ，大塔一般为50~75 mm 。

为防止液体经无效区流过而产生短路现象，可在塔板上沿塔壁设置挡板。

确定安定区宽度s W ：开孔区与溢流区之间的不开孔区域称为安定区，也称为破沫区。

溢流堰前的安定区宽度为W s ，其作用是在液体进入降液管之前有一段不鼓泡的安定地带，以免液体大量夹带气泡进入降液管；安定区的宽度可按下述范围选取，即：溢流堰前的安定区宽度 W s =70~100 mm 。

对小直径的塔(D ＜l m)，因塔板面积小，安定区要相应减小。

溢流区为降液管及受液盘所占的区域，其中降液管所占面积以A f 表示，受液盘所占面积以A ′f 表示。

2）计算开孔区面积：对单溢流型塔板，开孔区面积可用下式计算，即式中 ,m ；,m ； 为以角度表示的反正弦函数。

对双流型塔板，请查资料。

以下按浮阀塔板计算： 3. 开孔数及筛孔排列 1）浮阀塔①阀孔直径： 阀孔直径由所选浮阀的型号决定，如常用的F1型浮阀的阀孔直径为39mm 。

②阀孔数：阀孔数n 取决于操作时的阀孔气速u 0，而u 0由阀孔动能因数F 0决定。