化工原理课程设计(周)

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❖料衡算数据、回流比、物性参数
❖等。
❖1、相平衡关系:
❖坐标纸作出 t-x(y)②和x-y③图
❖方法:可到图书馆查平衡数据

(t-PA°、PB°-x、y)
❖也可利用Antoine方程计算:

log P°=A – B/ (t+c)
❖注意:此方程有多种形式
❖如:ln、log、t、p的单位, ❖ °C、K、KPa、mmHg ❖ 但计算结果一样,不同的方 ❖ 程不同的常数。 ❖ 列出数据表:①

一般用弓形
❖ 弓形降液管的关键尺寸为:
❖ 堰长:LW=(0.6-0.8)D
Af
Af’
❖ 降液管宽:Wd ❖ 降液管面积:Af 可根据LW和D定出 ❖ 参看教材:化原课设P150-151 ❖ 由lw/D查课设P108图3-10,得到Af /AT
及Wd /D的值 ❖ (其中AT为塔截面,即塔板面积)

,uo’=0.07~0.25 m/s
❖(uo’液体通过降液管底隙时的流速)
❖堰上液层高度:
❖(课设P106式3-7,E可取1, how>6mm )
❖ 板上液层高度hL=hw+how
❖ (hL一般取0.05~0.08m)
算出 hw=hL-how
通过 hw –ho>0.006m验证降液管底 隙高度是否合理
❖c)破沫区:WS ,化原课设P109 ❖(两条线之间,又称安定区)
Af
Af’
❖ D<1.5m,WS取60~75mm ❖d)边缘区:WC ❖(靠塔壁的两条,又称无效区)
❖ 小塔取30~50,大塔取50~75mm ❖e)阀孔数:n ,
❖ (涉及塔板类型)

本设计:n
1.155 t2
Aa
(筛板塔)
换热器计算(塔顶冷凝器)及校核 ❖配管、泵、再沸器选型
❖ 基础数据: ❖ 1、Antoine常数: 苯
氯苯

A 6.031 6.103

B 1211.03 1431.05

C 220.79 217.55
❖ 安托因方程 logp0 A B
tC
❖ 方程中:t――wk.baidu.comC P°――kPa
❖ 2、常压沸点°C: 80.1 131.8
❖t
PA° PB° xA yA α
❖. . . . . .
❖. . . . . .
❖. . . . . .
❖ 注:(1) 温度取值范围在轻、重组分 沸点之间(80.11~131.8℃,每隔2℃ 取一个点),泡点方程算xA,露点方 程算yA
❖ (2) 查手册时同时查出必要的
❖ 基础数据。如两组分的沸点 ❖ 粘度、密度、表面张力等。 ❖ (2) 算出 ❖ 可用算术平均
根据P108 式3-13验证降液管设计是否 合理 3600Af HT 3 5s
Lh
③ 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。
0
❖ 溢流堰高度hW : ❖ (一般选平直堰,hOW≥6mm) ❖ 包括:出口堰和入口堰
(入口堰不设,采用凹形受液盘)
❖ 80°C
7353
9116
❖ 100°C
7077
8872
❖ 110°C
6930
8743
❖ 120°C
6776
8609
❖ 130°C
6614
8469
❖ 140°C
8324
❖设计说明书的写法:
❖首先:附上设计任务书

基础数据(自查或给)
❖目录:为使人一目了然,了解整

个设计内容。
❖前言:(相当于可行性报告)
❖ 可价绍本次设计的基本内容
❖设计的构思过程(二元双相混合
❖物用什么方法分,该体系能不能 ❖分开;用什么设备,什么压力 ❖等);精馏的基本特点;本设计 ❖的特点,如产品从塔顶还是从塔 ❖底出,以什么部位的物性参数为 ❖依据设计等)。这部分看个人水 ❖平。参考课设P98
一、流程及说明: ❖给一个简单的流程图① 参考课程
❖ 已求出,
由t-x(y)
❖图可查tD、tW(因为xD= y1,tD查
❖露点线,tW查泡点线)

(查教材上册P277)
❖(公式中的Xi为加料组成XF)
❖求出 ,NP可算,以上结果
❖列表 ④
回流比
表4 塔板计算结果
理论板数
板效率
实际板数
理论加料位置
实际加料位置
❖6、塔内温度、压力及物性参数的确定 ❖ 为简化计算,将塔内各点的
❖ 孔径d0取5mm(3-8mm均可),
孔间距t=(2.5~5)d0 可取t=3d0
Aa的计算见课设P109式3-16
❖f)阀孔排列:
❖ 本设计采用正三角形排列,
❖具体排法见课程设计P110
❖g)开孔率:Ф=A0/Aa
=0.907(d0/t)2
则A0=Ф×Aa
(Ao为阀孔总面积,Aa为开孔区 面积,见课程设计P110 ) 计算筛孔气速u0=Vs/A0
❖三、流体力学验算:P111或152(课设) ❖1、气体通过塔板的压降:Pa
❖以上计算结果列表⑥,画出塔板 布置图⑥。
图6 塔板布置图
d0
t
筛孔正三角排列
表6 塔板结构计算结果汇总
项目
数值或说明
备注
塔径/mm 塔板数/块 板间距/mm 塔板类型 溢流堰类型 堰长/mm 堰高/mm 降液管底隙高度/mm 筛孔个数/个 孔速/m/s 开孔率/% 板压降/mmH2O 降液管内液体停留时间/s 降液管内液体清液层高度/mm
❖ 塔顶产品浓度:98% (苯质量分率)
❖ 塔底釜液浓度:2%(苯质量分率)
课程设计任务书
❖每年实际生产天数:330天(有一个月检修) ❖精馏塔塔顶压强:4 kpa(表压) ❖冷却水温度:30℃ ❖饱和水蒸汽压力:2.5kgf/cm2(表压) ❖设备型式:筛板塔 ❖厂址:江苏地区
进料组成
年处理量/ (质量%) 吨
❖2、物料衡算:
❖ 根据任务书的要求和精馏一章
❖ 的知识计算 F、D、W、XF、XD、
XW、
❖参考课程设计P146 ❖ 结果列表②
❖ 3、 回流比的确定:
❖ (1)Rmin:作图或用公式
Rmin
xD ye
ye xe
❖ (2) R:利用芬斯克方程和吉

利兰图算出 Nmin、N
❖ 作图 N~R 、找出适宜的
10.7
1.292
9.9
1.444
9.3
1.520
9.0
图4
绘制NT ~ R关系图,找出最佳回流比。
说明:R取(1.0、1.2、1.4、1.6、 1.8、2.0)Rmin 6 个点
❖然后根据设备费,操作费之和最
❖低综合考虑,确定R值(一般R 取1.2~2Rmin,曲线不太陡的位置)
❖N
费用
操作费

---液泛气速
❖ 查化工原理课程设计P104图3-2得C20, HT的取值范围在P103取400mm、450mm 或500mm,hL一般取0.05~0.08m
❖ (或华理P129下册图10-42 ,
❖用
数据查,HT值在P129 )
❖C20:物系表面张力为20mN/m的负 ❖ 荷系数。
❖σ:操作物系的液体表面张力 ❖算出的D要圆整(参考课设P117表3-
❖压力均视为常压,则t-x(y)图
❖对全塔都好用。由于该塔目的产 ❖品在塔顶出,所以取精馏段平均 ❖温度下的数据做设计依据。算出 ❖精馏段平均温度下的:
Mv、M L、V、 L、、 L、Vs、Ls
(参见《化工原理课程设计》P147-149)
以上结果列表 ⑤
❖7、计算塔径:D

❖ Vs: 精馏段气相体积流量m3/s ❖ 关键是u --空塔气速 ❖(参考化工原理课程设计P149-150) ❖ u=(0.6~0.8)umax
❖ HT’-----开人孔的板间距,
❖ 取≥600mm (参考化原课设
❖ P115)(人孔直径450~600mm)
❖ HF-----进料板间距,取HF>HT
❖ HB----塔底空间,可按储液量和塔径D

计,保证10~15min储液量

0.785D2 HB’=LS×10×60

HB=HB’+0.5m (发挥空间)

R~Rmin(倍数)
❖ 参看教材P74(华化)
❖算法:①算出Nmin(芬斯克方程)

②取一个Rmin的倍数,如

R=1.2Rmin,算出

③从吉利兰图查得:

求出N(包括塔釜)

④取多个R,求出相应的N

列出表③并作出N~R图④
表3如下:
R 0.863
NT 14.7
0.988
11.8
1.140
❖ S-----人孔数,一般6-8层塔板设一人
孔,第一块塔板上设一人孔
❖ NF----进料板数 3
参见课程设计 P116图3-18
❖9、塔板设计
❖ D、Z算好之后,只是有了外 壳,还要为气液接触安排一个舒 适的场所,即使二者密切接触, 进行传质,传热----塔板布置, 在塔板上液相走降液管往下,气 相走阀孔往上。
❖(2)塔板布置-----气体通道
❖ 对D>900mm的塔,可采用分块 式塔板,小塔径采用整块式塔盘。
化原课设P116
❖分块原则:(1)每块都可从人

孔送入塔内

(2)几块之和等于D
❖塔板面积可分为四个区:
❖a)鼓泡区:Aa,见化原课设P109 (虚线以内,又称有效区、开孔区)
❖b)溢流区: Af ,化原课设P109 ❖(降液管所占面积,液体通道)
化工原理课程设计
1、准备曲线板、坐标纸、3#图 纸2张、说明书纸一本加封皮, 档案袋。
2、两周内写好设计说明书并装订。 上午设计均在答疑教室进行8:30开始。
18周周三第二次课W1302,其他时间W1213 19周周一~周五W1618
❖3、图的要求: ❖(1)用三号图纸画工艺流程图、按
比例画塔的条件图(带管接口); ❖(2)其余工艺设计图用方格坐
30
35
40
45
50
55
学号
60000
1 20 11 15 25 31
55000
21 2 28 24 10 32
50000
16 30 3 9 14 33
45000
29 17 8 4 26 34
40000
19 7 22 27 5 35
35000
6 18 12 23 13 36
❖设计达到的目标:(设计说明书) ❖ 设计出一个能达到分离要求 ❖完成生产任务且有一定操作弹性 ❖的完整塔设备。 ❖包括:求出Np, D, Z,塔板布置,
标纸画。
课程设计任务书
❖ 设计题目: 苯-氯苯分离的连续筛板精馏塔设计 (打印任务书,与说明书装订)
课程设计任务书
❖ 原始数据
❖ 年处理量:35000 40000 45000 50000

55000 60000吨
❖ 料液初温:35℃
❖ 料液浓度: 30% 35% 40% 45%

50% 55% (苯质量分率)
8),再返算实际空塔气速。
u=Vs/AT=Vs/0.785D2
❖ 8、计算塔高Z ❖ Z=H+2封头高(0.3+0.04)m
❖ H=HD+(NP-1-NF-S)HT+NFHF+SHT’+HB ❖ HD-----塔顶空间,取1.0~1.5m ❖ HT-----板间距(参看教材P129, ❖ 不同塔径,取不同值)
设备费

R
R
❖ 优化设计问题,要知道一些必要参数
❖ 4、理论板数NT及加料位置确定 (用作图法,泡点进料q=1)图⑤
❖ 5、全塔实际板数
Np
NT 1 ET

精馏段板数
N精
NT精 ET
确定实际加料位置 第N精+1块板
❖ ET=0.49(
)-0.245
❖ (华理下册P118图10-20)
❖ 式中 为全塔平均温度下数值
设计P14图1-3 ❖(包括控制点),注明为什么选
择这样的流程(如进料状态、加 料方式、塔釜加热方式、塔顶冷 凝方式等)
用课设P14图画
二、工艺计算:
(核心内容、根据课堂学的内容, 参考课程设计书P145-155)
❖ 包括:Np、Z、D 、塔板布置
❖ 为了进行计算,必须做一定
❖的数据准备,如:平衡数据、物
❖ (1)溢流装置=降液管+溢流堰
❖① 溢流型式的选择 -----流体通道
依据:塔径 、流量; 型式:单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。 D-塔径 hw-堰高 how-堰上液层高度 HT-板间距 ho-降液管底隙高度 Hd-降液管内清液层高度 hL-板上液层高度 hL=hw+how
❖ ② 降液管:有圆形和弓形
❖ 3、分子量:
78.1 112.5
❖ 4、密度:Kg/m3


❖ 80°C
815.0
❖ 90°C
803.9
❖ 100°C
792.5
❖ 110°C
780.8
❖ 120°C
768.9
氯苯
1042 1031 1019 1008 996.4
❖ 5、汽化热cal/mol (1cal=4.185J)


氯苯
❖ 出口堰:(降液管上端高出塔板的高度) ❖ 堰高hW和底隙高度hO之间有个关系。
❖ ho =hw-0.006 ❖(ho一般取25~60mm,hw≤HT×15% ❖常压塔20~50mm,华理P131表10-3)
❖即:为保持液封,ho必须小于hw至 少6mm(不小于20~25mm以免堵) 具体算法见:化原课设P108、P151
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