课程设计授课教案

第一部分课程设计动员

本部分要解决为什么要进行课程设计，课程设计与大作业有什么不同，如何才能更好地完成课程设计任务等问题。

一、课程设计的目的

化工单元操作技术课程涉及的内容都是从生产实际抽象出来的，具有很强的实用性、综合性和复杂性。在学习各个单元操作基本原理、基本计算和设备结构基础上，通过课程设计让学员了解各个单元设备的工艺设计方法；树立正确的设计思想；培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风；初步体察工程实际问题的复杂性；培养学员分析问题和解决工程实际问题的能力。因此说课程设计是化工单元操作技术课程教学中理论联系实际、有较强综合性和实践性的教学环节。

课程设计不同于大作业，大作业中的已知条件足够，答案唯一，学生无决策权和选择权，而课程设计要求学生自己确定方案、选择流程，并对选择进行论证和核算，寻找最佳设计方案。

二、课程设计的要求

独立思考，注意工程观点（操作安全性、技术先进性和可行性、经济合理性），提高搜集数据、查阅资料的能力，正确选用公式，掌握正确的设计方法和程序，提高分析问题和解决问题的能力。保证出勤率，按时完成设计任务。

三、课程设计的内容

1、设计方案简介

论述确定或选定的工艺流程、主要设备类型和操作条件。选择什么样的进料热状态、什么样的塔板类型、什么样的回流方式，为什么这样选择等。

2、主要设备的工艺设计计算

包括参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸及结构设计。如设计板式精馏塔，应该确定操作温度、计算物理性质、理论塔板数、实际塔板数、塔高、塔径、板面布置、核算，确保该塔能完成分离任务，并注意经济合理性。

3、典型辅助设备的选型和计算

如设计板式精馏塔时，再沸器、冷凝器、原料预热器、原料泵、回流泵、回流罐等都是辅助设备。

4、工艺流程图

标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量和主要化工参数测量点。先绘制生产工艺流程草图，明确物料由原料转化为产品的过程、流向及所采用的各种化工过程及设备。做出物料衡算后，再绘制工艺物料流程图。

5、主体设备工艺条件图

标出主要结构尺寸、技术特性和接管表

课程设计报告由设计说明书和图纸组成，说明书应包括所有论述、原始数据、计算过程、表格等。编排顺序如下：标题页、设计任务书、目录、设计方案简介、流程说明、主体设备工艺设计、辅助设备的计算和选型、设计结果概要及设计结果一览表、附图、参考文献等。

第二部分板式精馏塔工艺设计

一、设计方案的确定

包括塔板类型、进料热状态、加热方式、回流方式、回流比、辅助设备的类型、绘流程草图。在确定设计方案时应注重技术可行性和经济合理性，注意节能。确定方案应有说明。

二、精馏塔操作条件的确定和物性的计算

1、操作压力

塔顶压力的确定应保证用冷却水能把塔顶蒸汽完全冷凝下来，热敏性物料应减压操作。塔底压力等于塔顶压力加上各板压力降。此时塔板数未知，塔底压力未知，塔底温度无法求解，物性参数和相对挥发度不能确定，塔板数也就无法确定，解决该问题应该用猜算法，为减少猜算次数，先根据塔顶压力，使用简捷计算法求理论塔板数，再确定实际塔板数，过程如下：

按塔顶压强求塔顶温度：使用露点方程猜算求解或用温度组成图求解

按塔顶压强求塔底温度：使用泡点方程猜算求解或用温度组成图求解

求平均相对挥发度、最小回流比、最少理论塔板数，用简捷计算法求理论塔板数，再查图得全塔板效率，算出实际塔板数（精馏段、提馏段）。

2、操作温度

根据实际塔板数，分别求出进料口和塔底压强P

F 、P

W

，再用泡露点方程求塔

顶、和塔釜温度

3、物性计算

平均摩尔质量：分别计算出塔顶、进料口、塔釜气液两相的平均摩尔质量，再算出精馏段、提馏段的平均摩尔质量。

平均密度：分别计算出塔顶、进料口、塔釜气液两相的平均密度，再算出精馏段、提馏段的平均密度。

表面张力：分别计算出塔顶、进料口、塔釜气液两相的平均表面张力，再算出精馏段、提馏段的平均表面张力。

粘度：分别计算出塔顶、进料口、塔釜气液两相的平均粘度，再算出精馏段、提馏段的平均粘度。

画表列出精馏塔的操作条件和物性数据。

三、精馏塔的工艺计算

1、全塔物料衡算与操作线方程

设计时，难分离的混合液，R可选大一些。为了减少加热蒸汽的消耗量，R应选小一些。

2、塔板数的确定

理论塔板数可由逐板计算法或图解法求出，对理想溶液相对挥发度变化不大，可取塔顶和塔底相对挥发度的几何平均值。回流比也可画图确定。

实际塔板数：N

P =N

T

/E

T

全塔板效率E

T

由效率关联图求解，或用回归方程求解，

E

T

=0.49(αμ

L

)-0.245

α—平均相对挥发度，

μL—在全塔平均温度下进料液相粘度，mpa.s

所求实际塔板数与估算值比较，相差不大时，设计继续进行，否则重新计算。

3、气液相负荷计算

精馏段气相负荷：V=（R+1）D

精馏段液相负荷：L=RD

提馏段气相负荷：V’=V-（1-q）F

提馏段液相负荷：L’=L+qF

4、精馏塔热量衡算

四、塔和塔板主要工艺尺寸的设计

1、塔高

塔有效段高度：Z=（N

P -1）H

T

塔顶空间高度取1.5m 用以安装破沫网等部件。

塔底空间高度应保证料液有10-15分钟的停留时间。

开人孔处的板间距应大于等于600mm，板间距选取要合理，过大过小都不经济。对易起泡物系可选择较大的板间距，在设计中应反复调整，确定适宜板间距。

2、塔径

精馏塔有同径的，也有变径的。应尽可能采用相同直径的塔。当两段负荷相差较大，用调整塔板结构、改变开孔率不能得到满意结果时，可以采用不同直径的塔。