化工过程及设备课程设计课件模板

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1. 板 式 塔
1.1 板式塔结构及性能
（1） 板式塔结构
塔顶气相
回流液 进料
塔底液相
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塔板结构
① 气体通道
形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。 ② 降液管（液体通道）
液体流通通道，多为弓形。 ③ 受液盘
塔板上接受液体的部分。 ④ 溢流堰 使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。
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② 选取设计气速 u
液泛气速 uf 0.6 ~0.8
选取泛点率： u / uf
一般液体，
A D Ad
易起泡液体，0.5 ~ 0.6 设计气速 u = 泛点率 ×uf ③ 计算塔径 D 所需气体流通截面积 塔截面积： AT
Vs A u
A Ad 1 AT
A = AT - Ad
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浮阀塔板结构
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（2） 塔板上的气—液两相流动
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汽、液两相接触方式
全塔：逆流接触 塔板上：错流接触
两相流动的推动力
液体：重力 气体：压力差
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塔板上理想流动情况： 液体横向均匀流过塔板，气体从气体通道上升，均匀穿过液层。 气液两相接触传质，达相平衡，分离后，继续流动。 塔板上的非理想流动情况：
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成绩评定
完成了所有设计内容并撰写完课程设计 说明书后，进行答辩考核。课程设计成绩根 据学生设计期间的表现、设计计算结果、设 计说明书质量、图纸质量及答辩考核情况等 进行综合评分，并按优、良、中、及格、不 及格五级记分。
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主要参考书目
1. 化工原理（上、下册），谭天恩，麦本熙，丁惠华编著， 化工出版社， 1998 ； 2. 化工原理课程设计相关参考资料 3. 化工设备机械基础课程设计 4. 化工设备机械基础，刁玉玮编，大连理工大学出版社， 5. 物性数据的计算与图表（），王莲琴编，化工出版社， 1992 ； 6. 化工工艺设计手册，上、下册，国家医药管理局上海医药 设计院编，化工出版社， 1986 ； 7. 化工过程及设备设计，华南理工大学，化学工业出版社， 1986 ； 8. 化学工程手册，化学工业出版社， 1982
化工过程及设备课程设计
信阳师范学院化学化工学院
刘 鹏 教授
2012年09月
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性质、任务与目的
化工过程及设备课程设计是综合运用《化工原 理》、《化工设备机械基础》、《化工制图》、 《化工仪表及自动化》课程和有关先修课程所学知 识，完成以化工单元操作为主的一次工程设计，从 而对学生进行一次设计技能的基本训练，培养学生 综合运用所学的书本知识解决实际问题的能力，也 为毕业设计打下基础。因此，化工过程及设备课程 设计是提高学生实际工作能力的重要教学环节。
时，均会引起降液管液层升高，以
致达到上一层塔板，破坏降液管的 正常流动，直至液相逐渐充满塔板 空间，发生液泛。
说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。
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（2） 严重漏液 漏液量增大,导致塔板上难以维持正常操作所需的液面,无法
操作。此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为漏液点气速 。
1 2 d0 2 4
d0
Ao d0 0.907 1 Aa 2 o t t sin 60 2018/10/26 2
2
t
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筛孔直径 d0 : 3 ~ 8 mm (一般)。
12 ~ 25 mm (大筛孔) 孔中心距 t : (2.5~5) d0 取整。
t d0
4 .图纸
（1）带控制点工艺流程图 1 张 （2）主体设备装配图 1 张
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时间安排
主要内容 工艺设计计算含设计方案确定、工 艺流程设计、主体设备设计计算、 主要工艺参数的计算机优化设计等 设备强度设计、辅助设备的选型计 算、设计说明书的编写 带控制点的工艺流程图、设备装配 图的绘制，答辩 时间 第1周 第2周 第3周
① 气相或液相返混
液沫夹带、气泡夹带 ，即：返混现象 后果：板效率降低。 ② 不均匀流动 液面落差（水力坡度）：引起塔板上气体分布不均匀； 塔壁作用（阻力）：引起塔板上液体分布不均匀。 后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。
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1.2 塔内气、液两相异常流动
（1）液泛 如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液
0.2 0.1 0.09 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02
HT=0.6 0.45
0.3 0.15
C20 uf
V L V
0.01 0.01
0.02 0.03 0.04
0.07 0.1
0.2
0.3 0.4
0.7 1.0
FLV
qVLs qVVs
l v
筛板塔泛点关联图
塔径 D，m 0.3-0.5 0.5-0.8 0.8-1.6 1.6-2.0 2.0-2.4 >2.4
塔板间距 0.2-0.3 0.3-0.35 0.35-0.45 0.45-0.6 0.5-0.8 ≥0.6 HT，m
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（2）塔径
确定原则： 防止过量液沫夹带液泛
步骤： 先确定液泛气速 uf (m/s)； 然后选设计气速 u； 最后计算塔径 D。 ① 液泛气速
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通过课程设计达到以下目的：
• 1.对学生进行化工工程设计的基本训练，使学生掌握化工 设计的基本内容、程序与方法； • 2.结合设计课题培养学生查阅有关技术资料及物性参数的 能力； • 3.通过查阅技术资料，选用设计计算公式，搜集数据，分 析工艺参数与结构尺寸间的相互影响，增强学生分析问题、 解决问题的能力； • 4.通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰 写技术文件的有关要求； • 5.了解一般化工设备图基本要求，对学生进行绘图基本技 能训练；
bc
bs
1
r x lW
Aa 2( x r x r sin
2 2 2
x ) r
bd
双流型弓形降液管塔板：
x 2 2 2 1 x1 Aa 2( x r x r sin ) 2( x1 r x1 r sin ) r r （5）筛孔的尺寸和排列
2 2 2 1
筛孔： 有效传质区内，常按正三角形排列。 筛板开孔率 ：
底隙 hb ：通常在 30 ~ 40 mm。 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。
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堰高 hW：直接影响塔板上液层厚度
过小，相际传质面积过小； 过大，塔板阻力大，效率低。 常、加压塔：40 ~ 80 mm ； 减压塔：25 mm 左右。 堰长 lW ：影响液层高度。
优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。 目前，广泛应用的一种塔型。
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（3）浮阀塔板
浮阀塔盘
方形浮阀
圆形浮阀
条形浮阀
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方形浮阀
F1型浮阀
优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹
性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广
泛的应用。 缺点：浮阀易脱落或损坏。
设计说明书是将所作的课程设计予以综合简介、 并对设计给予评述。内容包括：
（ 1 ）设计任务书； （ 2 ）目录； （ 3 ）设计方案简介与评述； （ 4 ）工艺设计及计算； （ 5 ）主要设备设计； （ 6 ）辅助设备选型计算； （ 7 ）设计结果汇总表； （ 8 ）参考资料。
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uf C
L V V
C C20 20
0.2
C：气体负荷因子，与 HT、 液体表面张力和两相接触状况有关。 两相流动参数 FLV：
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FLV
qVLs qVVs
l qmL v qmV
V L
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塔板间距 HT 对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图 ，C20=(HT 、FLV)
开孔率φ : 通常为 0.08 ~ 0.12。 板厚：碳钢（3 ~ 4mm）、不锈钢。
筛孔气速：
u0
qVVS A0
筛孔数： n A0 Aa 2 2 0.785d 0 d0 4
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(6) 塔板的校核
对初步设计的结果进行调整和修正。
① 液沫夹带量校核 单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质量（或摩尔） ev ： kg 液体 / kg气体，或 kmol液体 / kmol气体 单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔） e：
层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现
象为液泛。
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液泛现象
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(2) 过量雾沫夹带液泛 原因：
① 气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；
② 气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。
液泛气速：
开始发生液泛时的气速。
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2）降液管液泛 当塔内气、液两相流量较大， 导致塔板阻力及降液管内阻力增大
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其中， E：液流收缩系数，一般可近似取 E =1。 要求： hOW 6mm (4) 塔板及其布置
bc
① 受液区和降液区
一般两区面积相等。 ② 入口安定区和出口安定区
bs
r x lW
50 100mm bs bs
bc 50mm ③ 边缘区： 2018/10/26Fra bibliotekbd36
④ 有效传质区： 单流型弓形降液管塔板：
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图1-1合成氨工段方案流程图
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（3）主要设备的工艺设计计算 内容包括： • 设计工艺参数的选定及依据； • 系统的物料衡算，产品收率及原料耗用量计算；
• 系统的热量衡算，水蒸汽耗量计算；
• 主要设备的工艺尺寸设计计算或校核计算。 （4）系统流体力学性能计算，主要设备的流体压降损失计 算。 （5）辅助设备设计计算，典型辅助设备（如风机、泵、换 热器、贮罐等）主要工艺尺寸或参数的确定，设备规格 及型号的选定。
lW D f Ad AT
或：
单流型： lW 双流型:
D 0.6 0.75
lW D f bd D
lW D 0.5 0.7
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说明：通常应使溢流强度qVLh/lW 不大于100~130 m3/（mh）。
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堰上方液头高度 hOW ：
how qVLh 3 2.8410 E l W
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2.主体设备强度设计：
设备材料选择、强度设计、支座设计等，根据设计 结果绘制主要化工设备装配图 1 张，图面应包括下列内 容：
设备总体结构设计； 设备的主要工艺尺寸； 设备技术特性表； 设备接管表（规格和用途）； 设备零部件明细表。
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3 .设计说明书编写
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（4）多降液管（MD）塔板
优点：提高允许液体流量
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1.4 筛板塔化工设计计算
（1）塔的有效高度 Z 已知：实际塔板数 NP ； 理论塔板数计算软件
塔板间距 HT； 有效塔高： Z HT N p 塔体高度：有效高+顶部+底部+ 其它 选取塔板间距 HT ： 塔板间距和塔径的经验关系
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2.3 常用塔板的类型
（1）泡罩塔板 组成：升气管和泡罩
优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。
缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大。
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圆形泡罩
泡罩塔
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条形泡罩
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（2）筛板塔板
塔板上开圆孔，孔径：3 - 8 mm，大孔径筛板：12 - 25 mm。
塔径 D
4 AT

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说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。
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（3）溢流装置设计
① 溢流型式的选择
依据：塔径 、流量； 型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。 ② 降液管形式和底隙 降液管：弓形、圆形。
降液管截面积：由Ad/AT = 0.06 ~ 0.12 确定；
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设计内容
化工过程及设备课程设计主要包括以下内容： 1、化工工艺设计 （1）设计方案确定：对选定的工艺路线、主要设备 等作简要介绍与评述。 （2）工艺流程图绘制：工艺流程图用单线形式绘制， 用示意图表示单元操作所有主体设备及辅助设备， 标出物流量（或能流量）、物流向、控制阀门， 以及温度、压力控制点的控制标记。