化工原理课程设计
课题名称乙醇-水分离过程筛板精馏塔设计
院系可再生能源学院
班级应用化学0901班
学号 1091100128
学生姓名蔡文震
指导老师覃吴
设计周数 1
目录
一、化工原理课程设计任务书 (4)
1.1设计题目 (4)
1.2原始数据及条件： (4)
二、塔板工艺设计 (4)
2.1精馏塔全塔物料衡算 (4)
2.2乙醇和水的物性参数计算 (5)
2.2.1 温度 (5)
2.2.2 密度 (6)
2.2.3相对挥发度 (9)
2.2.4混合物的黏度 (9)
2.2.5混合液体的表面张力 (9)
2.3塔板的计算 (10)
2.3.1 q、精馏段、提留段方程计算 (10)
2.3.2理论塔板计算 (12)
2.3.3实际塔板计算 (12)
2.4操作压力的计算 (13)
三、塔体的工艺尺寸计算 (13)
3.1塔径的初步计算 (13)
3.1.1气液相体积流量计算 (13)
3.1.2塔径计算 (13)
3.2塔体有效高度的计算 (15)
3.3精馏塔的塔高计算 (16)
3.4溢流装置 (16)
3.4.1堰长 (16)
3.4.2溢流堰高度 (16)
3.4.3弓形降液管宽度和截面积 (17)
3.5塔板布置 (17)
3.5.1塔板的分块 (17)
3.5.2边缘区宽度的确定 (18)
3.5.3开孔区面积计算 (18)
3.5.4筛孔计算及其排列 (18)
四、筛板的流体力学验算 (19)
4.1塔板压降 (19)
4.1.1干板阻力 (19)
4.1.2气体通过液层的阻力 (19)
4.1.3液体表面张力的阻力（很小可以忽略不计） (20)
4.1.4气体通过每层板的压降 (20)
4.2液沫夹带 (20)
4.3漏液 (21)
4.4液泛 (21)
五、塔板负荷性能图 (22)
5.1漏液线 (22)
5.2液沫夹带线 (22)
5.3液相负荷下限线 (24)
5.4液相负荷上限线 (24)
5.5液泛线 (24)
5.6图表汇总及负荷曲线图 (26)
六、主要工艺接管尺寸的计算和选取 (26)
七、课程设计总结 (27)
八、参考文献 (28)
一、化工原理课程设计任务书
1.1设计题目
分离乙醇一水筛板精馏塔的设计
1.2原始数据及条件：
生产能力：年处理乙醇一水混合液2.6万吨/年（约为87吨/天）。 原料：来自原料罐，温度20℃，乙醇含量为46%（质量分率，下同）。 分离要求：塔顶乙醇含量不低于95%。 塔底乙醇含量不高于0. 05%。 塔顶压力P=105KPa 。 进料状态为冷进料。
塔釜为饱和蒸汽直接加热。
二、塔板工艺设计
2.1精馏塔全塔物料衡算
F ：进料量（Kmol/s ） 原料组成:F X D ：塔顶产品流量（Kmol/s ） 塔顶组成:D X W ：塔底残液流量（Kmol/s ） 塔底组成:W X
原料乙醇组成：%251854464646
46=+=
F X
塔顶组成：%14.8818
546954695
=+=
D X
塔底组成：%020.018
5
.994605.04605.0≈+=W X 进料量：s Kmol F /540.003600
243001895
.04605.010********.2/6.2≈??+???==）（
年万吨
物料衡算式：F=D+W
W D F X W X D X F ?+?=?
联立求解：D =0.0153Kmol/s W =0.0387Kmol/s
2.2乙醇和水的物性参数计算 2.2.1 温度
常压下乙醇-水气液平衡组成与温度的关系 温度T ℃
液相中乙醇的摩尔分率%
气相中乙醇的摩尔分率%
100 0.00 0.00 95.5 0.0190 0.1700 89.0 0.0721 0.3891 86.7 0.0966 0.4375 85.3 0.1238 0.4704 84.1 0.1661 0.5089 82.7 0.2377 0.5445 82.3 0.2608 0.5580 81.6 0.3273 0.5826 80.7 0.3965 0.6122 79.8 0.5079 0.6564 79.7 0.5198 0.6599 79.3 0.5732 0.6841 78.74 0.6763 0.7385 78.41 0.7472 0.7815 78.15 0.8943
0.8943
根据表中数据可以求得F t D t W t
1.31
.23257
.8208.2631.233.827.82:--=--F
F t t ℃46.82=F t 2.72.7414.8841
.7843.8972.7415.7841.78:
--=--D
D t t ℃17.78=D t
3.0
020.0100
90.105.95100:--=
--W W t t ℃95.99=W t
4.精馏段平均温度：℃32.8021=+=D
F t t t
5.提留段平均温度：℃21.912
2=+=
W
F t t t 2.2.2 密度
已知：混合液密度：
B
B
A
A
l
a a ρρρ+
=
1
混合气密度：
004.22TP M P T V =
ρ
塔顶温度：℃17.78=D t 气相组成：43
.8910015
.7817.7843.8915.7815.7841.78:--=--D D y y %56.88=D y
进料温度：℃46.82=F t 气相组成：45
.541007
.8246.8280.5545.543.827.82--=--=F F y y %26.55=F y
塔底温度：℃95.99=W t
气相组成：W
W y y 100095
.991000.1705.95100:--=
-- %19.0≈W y （1） 精馏段
液相组成：%57.5621=+=
F
D x x x 气相组成：%91.712
1=+=F
D y y y
所以mol kg M L /84.33)5657.01(185657.0461=-?+?= m o l kg M V /13.38)7191.01(187191.0461=-?+?= (2) 提留段
液相组成：%51.1222=+=
F
W x x x 气相组成：%72.272
2=+=F
W y y y
所以mol kg M L /50.21)1251.01(181251.0462=-?+?= m o l kg M V /76.25)2772.01(182772.0462=-?+?=
不同温度下一寸与水的密度表 温度T ，℃ 70 80 90 100 110 3/,m kg A ρ 754.2 742.3 730.1 717.4 704.3 3/,m kg B ρ
977.8
971.8
965.3
958.4
951.6
℃46.82=F t
3
.7428046.821.7303.7429080:
--=--CF CF ρρ 3
/3.739m kg CF =ρ
8
.9718046.823.9658.9719080:
--=--wF wF ρρ 3
/2.970m kg wF =ρ
2
.97046.013.73946.01
-+=
F
ρ 3
/3.848m kg F =ρ ℃17.78=D t
2
.7547017.783.7422.7548070:
--=--CD CD ρρ 3
/5.744m kg CD =ρ
8
.9777017.788.9718.9778070:
--=--wD wD ρρ 3
/9.972m kg wD =ρ
9
.97292.015.74492.01
-+=
D
ρ 3
/75.758m kg D =ρ ℃95.99=W t
1
.7309095.994.7171.73010090:
--=
--CW CW ρρ 3
/46.717m kg CW =ρ 3
.9659095.994.9583.96510090:
--=
--wW wW ρρ 3
/43.958m kg wD =ρ 43
.958005.0146.717005.01
-+=
W
ρ 3
/54.952m kg W =ρ
所以31/53.8032m kg D
F L =+=ρρρ
32
/65.8552
m kg W F L =+=ρρρ
mol kg x x M D D LD /68.42)1(1846=-?+?= mol kg x x M F F LF /25)1(1846=-?+?= mol kg x x M W W LW /00.18)1(1846=-?+?=
mol kg M M M LF
LD L /84.3321=+=
mol kg M M M LF
LW L /5.212
2=+=
mol kg y y M D D VD /80.42)1(1846=-?+?= mol kg y y M F F VF /47.33)1(1846=-?+?= mol kg y y M W W VW /05.18)1(1846=-?+?=
mol kg M M M VF
VD V /14.3821=+=
mol kg M M M VF
VW V /76.252
2=+=
31
1
01/32.14.22m kg t M T V V ==
ρ
32
2
02/86.04.22m kg t M T V V ==
ρ
2.2.3相对挥发度
%25=F x %26.55=F y 71.325
.015526.0125.05526.0==
--F α
%14.88=D x %56.88=D y 04.18814
.018856.018814.08856.0==
--D α
%020.0=W x %19.0=W y 52.9%
02.01%19.01%02.0%19.0==
--W α
（1）精馏段平均相对挥发度
38.22
1=+=
D
F ααα
（2）提留段平均挥发度
62.62
2=+=
W
F ααα
2.2.4混合物的黏度
6℃32.801=t 查手册得s mpa ?=3565.0水μ s mpa ?=954.0乙醇μ
℃21.912=t 查手册得s mpa ?=3130.0水μ s m p a
?=254.0乙醇μ （1）精馏段黏度：
s mpa x x ?=+=4348.0-1111）（水乙醇μμμ
（2）提留段黏度：
s mpa x x ?=+=2703.0-1222）（水乙醇μμμ
2.2.5混合液体的表面张力
查物理化学手册可得
水的表面张力的经验公式：)]291(002.01[07275.0--?=T σ
所以可以求得m mN WF /37.63=σ，m mN WD /99.63=σ，m mN WW /83.60=σ 乙醇的查取表可以通过内插法算得 液体 表面张力 温 度 60℃ 80℃ 100℃
乙醇
19.2mN/m
17.3mN/m 15.5mN/m
m mN WF /07.17`=σ,m mN WD /47.17`=σ,m mN WW /51.15`=σ
塔顶表面张力：444`)1(WD D WD D D x x σσσ+-=， m mN D /87.20=σ 444
`)1(WF F WF F F x x σσσ+-=， m mN F /42.47=σ
444
`)1(WW D WW W W x x σσσ+-=， m mN W /82.60=σ
（1）精馏段的平均表面张力：m mN /15.342
42
.4787.201=+=
σ
（2）提馏段的平均表面张力：m mN /12.542
42
.4782.602=+=σ
2.3塔板的计算
2.3.1 q 、 精馏段、提留段方程计算
25.0=F x 泡点温度82.46℃
平均温度：
℃23.512
20
46.822+=+t T 乙醇的摩尔热容K kmol kJ c mA ?=?=/92.1384602.3 乙醇的摩尔汽化焓kmol kJ r A /2.42053462.914=?= 水的摩尔热容K kmol kJ c mB ?=--?-+?=/2.75]50
6051
23.51)178.4183.4(178.4[18
水的汽化潜热kmol kJ r B /43056182392=?=
)/(13.91K kmol kJ x c x c c B mB A mA mP ?=+=
平均汽化热
kmol kJ x r x r r B B A A /3.42805=+=
13.1)(1=-+
=t T r
c q mP
对25.0=F x 不论q=1还是q=1.13 挟点均是切点。所以最小回流比一样，在x=0.和x=1.0之间拟合平衡曲线
2557.0)1963.1ex p(2173.0+=x y
乙醇——水平衡数据 液相中乙醇的摩尔分数 气相中乙醇的摩尔分数 液相中乙醇的摩尔分数 气相中乙醇的摩尔分数 0.0 0.0 0.25 0.551 0.01 0.11 0.30 0.575 0.02 0.175 0.40 0.614 0.04 0.273 0.50 0.657 0.06 0.34 0.60 0.698 0.08 0.392 0.70 0.755 0.10 0.43 0.80 0.82 0.14 0.482 0.894 0.894 0.18 0.153 0.95 0.942 0.20
0.525
1.0
1.0
计算得)6726.0,5445.0(),(=q q y x
19944.0)(m in m in ≈==D
L
R
m in )0.2~2.1(R R opt =根据工艺要求取1.8
s kmol RD L /0275.00153.08.1=?== s kmol D R V /0428.00153.08.2)1(=?=+= s kmol qF L L /0885.0`=+=
s kmol F q V V /0358.0)1(`=-+=
精馏段方程：
3148.0643.011+=+++=
x y R X
X R R y D
提留段方程：
0002.047.2`
``-=-=
x y X V W x V L y W
2.3.2理论塔板计算
58.3lg )11lg(1min
=-?-=αF
F
D D x x x x N 精馏
29.3lg )11lg(2
min
=-?-=αW
W F F x x x x
N 提馏
87.6m in =全塔N
根据吉利兰关联图，已知
29.01
m in
≈+-R R R 对应41.01min =+-T T
N N N 33.12=T N 取13块板，精馏段7块，提留段5块（塔釜一块）
2.3.3实际塔板计算
39.0lg 616.0-17.01==μT E 精馏
47.0lg 616.0-17.01==μT E 提馏
实际塔板数：2947
.05
39.07=+=q N 全塔效率：%3.4129
12
===
q T T N N E
2.4操作压力的计算
取每块板的压降为0.7KPa
三、塔体的工艺尺寸计算
3.1塔径的初步计算 3.1.1气液相体积流量计算
（1）精馏段：
质量流量：s kg L M L L /931.00275.084.3311=*== s kg L M V V /049.10275.014.3811=*== 体积流量：s m L L L S /0012.053
.803931
.031
1
1==
=
ρ
s m V V V s /795.032
.1049
.131
1
1==
=ρ （2）提留段：
质量流量：s kg L M L L /903.10885.05.21`22=*== s kg L M V V /770.00358.014.38`22=*== 体积流量：s m L L L S /0022.065
.855903
.132
2
2==
=
ρ
s m V V V s /895.086
.0770
.032
2
2==
=
ρ 3.1.2塔径计算
板式塔的塔径依据流量公式计算，即 4s
V D u
π=
式中 D —— 塔径m ；
V s —— 塔内气体流量m 3/s ； u —— 空塔气速m/s 。
由上式可见，计算塔径的关键是计算空塔气速u 。设计中，空塔气速u 的计算方法是，先求得最大空塔气速u max ，然后根据设计经验，乘以一定的安全系数，即
max (0.6~0.8)u u =
最大空塔气速u max 可根据悬浮液滴沉降原理导出，其结果为
max L V
V
u C
ρρρ-= 式中 u max ——允许空塔气速，m/s ；
ρV ，ρL ——分别为气相和液相的密度，kg/m 3 ；
C ——气体负荷系数，m/s ，对于浮阀塔和泡罩塔可用图4-1确定；
图中的气体负荷参数C 20仅适用于液体的表面张力为0.02N/m ，若液体的表面张力为6N/m ，则其气体负荷系数C 可用下式求得：
2.020)02
.0(σ
C C =
所以，初步估算塔径为： u
V
D 785.0/
=
其中，u ——适宜的空塔速度，m/s 。
由于精馏段、提馏段的汽液流量不同，故两段中的气体速度和塔径也可能不同。在初算塔径中，精馏段的塔径可按塔顶第一块板上物料的有关物理参数计算，提馏段的塔径可按釜中物料的有关物理参数计算。也可分别按精馏段、提馏段的平均物理参数计算。
图中 HT ——塔板间距，m ； hL ——板上液层高度，m ；V ,L ——分别为塔内气、液两相体积流量，m3/s ； ρV ，ρL ——分别为塔内气、液相的密度，kg/m3
0372.032
.153.803795.00012.01111=*=*V L S S V L ρρ 取m H T 4.0= m h L 06.0= m h H L T 34.0=- 查图得075.020=C
083.0)20
15.34(
075.0)20
(
2
.02.01
20=?==σC C 05.232
.132
.153.803083.0max =-*
=u m/s
取安全系数0.7则空塔气速s m u u /44.17.0m ax 1== D=0.84m
0775.086
.065
.855895.00022.02222=*=*V L S S V L ρρ 取m H T 4.0= m h L 06.0= m h H L T 34.0=- 查图得075.020=C
092.0)20
12.54(
075.0)20
(
2
.02.02
20=?==σC C s m u /90.286
.086
.065.855092.0`max =-*
=
取安全系数0.7则空塔气速s m u u /03.2`7.0m ax 2==
D=0.75m
精馏段与提留段相差不大，根据JB-1153-73圆整塔径取D=1m
22785.04
m D A T ==
π
实际气速：精馏段m u 795.0=，提留段m u 895.0`=
3.2塔体有效高度的计算
m H N Z T P 2.114.0*)129()1(=-=-=
3.3精馏塔的塔高计算
实际塔板数：块29=P N
选取每9层塔建立一个人孔，故人孔数为3个 设人孔处的板间距;m H P 6.0= 进料段高度：m H F 5.0= 取m H H T D 72.08.1== 取塔底停留时间为5min
m
H B 44.11*785.00022
.0*60*52
==
B F P T P D H H H S H S N H H ++?+?--+=)2(
14.06m H =
3.4溢流装置 3.
4.1堰长
m D l w 65.065.0==
3.4.2溢流堰高度
ow L w h h h -=选用平直堰
3
2
}3600{100084.2w
s ow l L E h =
E 近似取1计算得
精馏段：m h ow 012.0=
m h h h ow L w 048.0=-=
提留段：m h ow 017.0`=
m h h h ow L w 043.0```=-=
3.4.3弓形降液管宽度和截面积
因为
65.0=D
l w
查弓形降液管参数图得 072.0=T
f A A
12.0=D
W d
故2
057.0072.0m A A T f ==
m D W d 12.012.0==
根据h
T
f L H A 3600=
θ验算降液管内停留时间
精馏段：s s 519>=θ 提留段：s s 536.10`>=θ 故设计合理。
3.4.4降液管底隙高度0h （1）精馏段
取降液管底隙的流速s m u /08.00= 则m u l L h w s 023.00
1
0==
（2）提留段
取降液管底隙的流速s m u /08.0`0= 则m u l L h w s 042.0``0
2
0==
3.5塔板布置 3.5.1塔板的分块
因为mm D 800≥故塔板采用分块式。查塔板分块相关资料
塔径 <1400 1400~1600 1600~1800 分块数
3 3
4
故分3块
3.5.2边缘区宽度的确定
取m W W s s 07.0`== m W c 035.0=
3.5.3开孔区面积计算
开孔区面积a A 按下式计算，即
)sin 180(212
2
2r
x r x r x A a -+
-=π 其中m W W D x s d 31.0)07.012.0(21
)(2=+-=+-=
m W D r c 47.0035.02
1
2=-=-=
故212
2
2
54.0)sin 180(2m r
x
r x r x A a =+
-=-π 3.5.4筛孔计算及其排列
由于乙醇和水物系无腐蚀性，可选用mm 3=δ碳钢板，取筛孔直径mm d 50=筛孔按正三角形排列，取孔中心距t 为
mm d t 1530==
筛孔数目n 为
个2772155.12
==
t A n a
开孔率为
%1.10)(
907.02
0==t
d φ 气体通过阀孔的速度 精馏段：s m A V u s /58.1454
.0*101.0795.0010===
提留段：s m A V u s /41.1654
.0*101.0895.0`010===
四、筛板的流体力学验算
4.1塔板压降 4.1.1干板阻力
)()(
051.0200L v
c c u h ρρ=
由
67.13
5
==
δ
d 查图772.00=c 故
精馏段： m h c 030.0)53.80332
.1()772.058.14(
051.02== 提留段：m h c 023.0)65
.85586
.0()772.041.16(051.02==
4.1.2气体通过液层的阻力
L l h h β=
f
T s
a A A V u -=
v a u F ρ=0
精馏段：s m u a /09.1= )/(25.15.05
.00m s kg
F ?=
查充气系数关联图可知
62.0=β
m h h h h ow l L l 044.0)(=+==ββ
提留段：s m u a /23.1=
)/(14.15.05
.00m s kg
F ?=
查充气系数关联图可知
64.0=β
m h h h h ow l L l 049.0)(=+==ββ
4.1.3液体表面张力的阻力（很小可以忽略不计） 4.1.4气体通过每层板的压降
l c p h h h += g h P L p ρ=?
精馏段：m h h h l c p 074.0=+= Pa g h P L p 583==?ρ 提留段：m h h h l c p 072.0=+= Pa g h P L p 604==?ρ
4.2液沫夹带
2.36
)(
107.5f
T a
L
V h H u e -?=
-σ
m h h L f 15.05.2==
精馏段：气液气液kg kg kg kg h H u e f
T a
V /1.0/029.0)(
107.52.31
6
<=-?=
-σ
提留段：气液气液kg kg kg kg h H u e f
T a
V /1.0/017.0)(
107.52.32
6
<=-?=
-σ
故设计符合要求
化工原理课程设计 分离乙醇-水混合物精馏塔设 计 学院：化学工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 时间： 2012年6月13日星期三 化工原理课程设计任务书 一、设计题目：分离乙醇-水混合物精馏塔设计 二、原始数据： a）原料液组成：乙醇 20 % 产品中：乙醇含量≥94% 残液中≤4% b）生产能力：6万吨/年 c）操作条件 进料状态：自定操作压力：自定 加热蒸汽压力：自定冷却水温度：自定 三、设计说明书内容： a）概述 b）流程的确定与说明 c）塔板数的计算（板式塔）；或填料层高度计算（填料塔） d) 塔径的计算 e）1）塔板结构计算； a 塔板结构尺寸的确定； b塔板的流体力学验算；c塔板的负荷性能图。 2）填料塔流体力学计算；
a 压力降； b 喷淋密度计算 f ）其它 （1） 热量衡算—冷却水与加热蒸汽消耗量的计算 （2） 冷凝器与再沸器传热面的计算与选型（板式塔） （3） 除沫器设计 g ）料液泵的选型 h ）计算结果一览表 第一章 课程设计报告内容 一、精馏流程的确定 乙醇、水混合料液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。 二、塔的物料衡算 (一) 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数 (二) 平均摩尔质量 (三) 物料衡算 总物料衡算 F W D =+ 易挥发组分物料衡算 F x W x D x F w D =+ 联立以上三式得 三、塔板数的确定 (一) 理论塔板数T N 的求取 根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x 图 乙醇—水气液平衡数据
化工原理知识 绪论 1、单元操作：（Unit Operations）： 用来为化学反应过程创造适宜的条件或将反应物分离制成纯净品，在化工生产中共有的过程称为单元操作（12）。 单元操作特点： ①所有的单元操作都是物理性操作，不改变化学性质。②单元操作是化工生产过程中共有的操作。③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用设备也是通用的。单元操作理论基础：（11、12） 质量守恒定律：输入=输出+积存 能量守恒定律：对于稳定的过，程输入=输出 动量守恒定律：动量的输入=动量的输出+动量的积存 2、研究方法： 实验研究方法（经验法）：用量纲分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常用无量纲数群(或称准数)构成的关系来表达。 数学模型法（半经验半理论方法）：通过分析，在抓住过程本质的前提下，对过程做出合理的简化，得出能基本反映过程机理的物理模型。（04） 3、因次分析法与数学模型法的区别：（08B） 数学模型法（半经验半理论）因次论指导下的实验研究法 实验：寻找函数形式，决定参数
第二章：流体输送机械 一、概念题 1、离心泵的压头（或扬程）： 离心泵的压头（或扬程）：泵向单位重量的液体提供的机械能。以H 表示，单位为m 。 2、离心泵的理论压头： 理论压头：离心泵的叶轮叶片无限多，液体完全沿着叶片弯曲的表面流动而无任何其他的流动，液体为粘性等于零的理想流体，泵在这种理想状态下产生的压头称为理论压头。 实际压头：离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：1）叶片间的环流，2）流体的阻力损失，3）冲击损失。 3、气缚现象及其防止： 气缚现象：离心泵开动时如果泵壳内和吸入管内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，这是因为气体的密度比液体的密度小的多，随叶轮旋转产生的离心力不足以造成吸上液体所需要的真空度。像这种泵壳内因为存在气体而导致吸不上液的现象称为气缚。 防止：在吸入管底部装上止逆阀，使启动前泵内充满液体。 4、轴功率、有效功率、效率 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne 表示。 效率： 轴功率：电机输入离心泵的功率,用N 表示，单位为J/S,W 或kW 。 二、简述题 1、离心泵的工作点的确定及流量调节 工作点：管路特性曲线与离心泵的特性曲线的交点，就是将液体送过管路所需的压头与泵对液体所提供的压头正好相对等时的流量，该交点称为泵在管路上的工作点。 流量调节： 1）改变出口阀开度——改变管路特性曲线； 2）改变泵的转速——改变泵的特性曲线。 2、离心泵的工作原理、过程： 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向 g QH N e ρ=η/e N N =η ρ/g QH N =
绪论 1.1换热器在工业中的应用 换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可或缺的工艺设备之一。因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机爆发以来，各国都在下大力量寻找新的能源及在节约能源上研究新途径。在研究投入大、人力资源配备足的情况下，一批具有代表性的高效换热器和强化元件诞生。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成就，得到了大量的回报，如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、T型翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热界专家的首肯，社会效益非常显著，大大缓解了能源的紧张情况。 换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。 随着环境保护要求的提高，近年来加氢装置的需求越来越多，如加氢裂化，煤油加氢，汽油、柴油加氢和乳化油加氢装置等建设量增加，所需的高温、高压换热器数量随之加大。螺纹锁紧环换热器、Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器、蜜蜂盖板式换热器技术发展越来越快，不仅在承温、承压上满足装置运行要求，而且在传热与动力消耗上发展较快，同时亦适用于乙烯裂解、化肥中合成氨、聚合和天然等场合，可满足承压高达35MPa，承温达700℃的使用要求。在这些场合，换热器占有的投资占50%以上。 1.2换热器的研究现状 20世纪80年代以来，换热器技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。各种新型、高效换热器的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益，市场经济的发展、私有化比例的加大，降低成本已成为企业追求的最终目标。因而节能设备的研究与开发备受瞩目。能源的日趋紧张、全球环境气温的不断升高、环境保护要求的提高和换热器及空冷式换热器及高温、高压换热器带来了日益广阔的应用前景。在地热、太阳能、核能、余热回收、风能的利用上，各国政府都加大了投入资金力度。 国内各研究机构和高等院校研究成果不断推陈出新，在强化传热元件方面华南理工
课程设计任务书 设计题目：水冷却环己酮换热器的设计 一、设计条件 1、处理能力53万吨/年 2、设备型式列管式换热器 3、操作条件 a．环己酮：入口温度120℃，出口温度为43℃ b．冷却介质：自来水，入口温度20℃，出口温度40℃ c．允许压强降：不大于1×105Pa d．每年按330天计，每天24小时连续运行 4、设计项目 a．设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 b．换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。 c．换热器的主要结构尺寸设计。 d．主要辅助设备选型。 e．绘制换热器总装配图。 二、设计说明书的内容 1、目录； 2、设计题目及原始数据(任务书)； 3、论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择； 4、换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直 径等)； 5、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)； 6、主体设备设计计算及说明；
目录 1. 前言 (1) 1.换热器简介 (1) 2. 列管式换热器分类： (2) 2. 设计方案简介 (2) 2.1换热器的选择 (2) 2.2流程的选择 (2) 2.3物性数据 (2) 3. 工艺计算 (3) 3.1试算 (3) 3.1.1计算传热量 (3) 3.1.2计算冷却水流量 (3) 3.1.3计算两流体的平均传热温度 (3) 3.1.4计算P、R值 (3) 3.1.5假设K值 (4) 3.1.6估算面积 (5) 3.1.7拟选管的规格、估算管内流速 (5) 3.1.8计算单程管数 (5) 3.1.9计算总管数 (5) 3.1.10管子的排列 (6) 3.1.11折流板 (6) 3.2核算传热系数 (6) 3.2.1计算管程传热系数 (6) 3.2.2计算壳程传热系数 (7) 3.2.3污垢热阻 (7) 3.2.4计算总传热系数 (7) 3.3核算传热面积 (7) 3.3.1计算估计传热面积 (7) 3.3.2计算实际传热面积 (8) 3.4压降计算 (8) 3.4.1计算管程压降 (8) 3.4.2计算壳程压降 (8) 3.5附件 (9) 3.5.1接管 (9) 3.5.2拉杆 (9) 4. 换热器结果一览总表 (10) 5. 设计结果概要 (11) 1.结果 (11) 6. 致谢 (12)
化工原理课程设计任务书示例一 1 设计题目分离苯―甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计 2 设计参数 （1）设计规模：苯――甲苯混合液处理量________t/a （2）生产制度：年开工300天，每天三班8小时连续生产 （3）原料组成：苯含量为40％（质量百分率，下同） （4）进料状况：热状况参数q为_________ （5）分离要求：塔顶苯含量不低于_____%，塔底苯含量不大于_____％ （6）建厂地区：大气压为760mmHg、自来水年平均温度为20℃的某地 3 设计要求和工作量 （1）完成设计说明书一份 （2）完成主体精馏塔工艺条件图一张（A1） （3）完成带控制点的工艺流程简图（A2） 4 设计说明书主要内容（参考） 中文摘要，关键词 第一章综述 1．精馏原理及其在工业生产中的应用 2．精馏操作对塔设备的要求（生产能力、效率、流动阻力、操作弹性、结构、造价和工艺特性等） 3．常用板式塔类型及本设计的选型
4．本设计所选塔的特性 第二章工艺条件的确定和说明 1．确定操作压力 2．确定进料状态 3．确定加热剂和加热方式 4．确定冷却剂及其进出、口温度 第三章流程的确定和说明（附以流程简图） 1．流程的说明 2．设置各设备的原因（精馏设备、物料的储存和输送、必要的检测手段、操作中的调节和重要参数的控制、热能利用） 第四章精馏塔的设计计算 1．物料衡算 2．回流比的确定 3．板块数的确定 4．汽液负荷计算（将结果进行列表） 5．精馏塔工艺尺寸计算（塔高塔径溢流装置塔板布置及浮阀数目与排列） 6．塔板流动性能校核（液沫夹带量校核、塔板阻力校核、降液管液泛校核、液体在降液管中停留时间校核以及严重漏液校核） 7．塔板负荷性能图 8．主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口管、塔顶蒸汽管、塔底蒸汽管、人孔等） 9．塔顶冷凝器/冷却器的热负荷
《化工原理》课程设计报告精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 指导教师
目录 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 (3) 一．设计题目 (3) 二．操作条件 (3) 三．塔设备型式 (3) 四．工作日 (3) 五．厂址 (3) 六．设计内容 (3) 设计方案 (4) 一．工艺流程 (4) 二．操作压力 (4) 三．进料热状态 (4) 四．加热方式 (4) 精馏塔工艺计算书 (5) 一．全塔的物料衡算 (5) 二．理论塔板数的确定 (5) 三．实际塔板数的确定 (7) 四．精馏塔工艺条件及相关物性数据的计算 (8) 五．塔体工艺尺寸设计 (10) 六．塔板工艺尺寸设计 (12) 七．塔板流体力学检验 (14) 八．塔板负荷性能图 (17) 九．接管尺寸计算 (19) 十．附属设备计算 (21) 设计结果一览表 (24) 设计总结 (26) 参考文献 (26)
苯-氯苯精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程精馏塔设计任务 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.6%的氯苯140000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于0.1%。原料液中含氯苯为22%（以上均为质量%）。 二．操作条件 1.塔顶压强自选； 2.进料热状况自选； 3.回流比自选； 4.塔底加热蒸汽压强自选； 5.单板压降不大于0.9kPa； 三．塔板类型 板式塔或填料塔。 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 五．厂址 厂址为天津地区。 六．设计内容 1.设计方案的确定及流程说明 2. 精馏塔的物料衡算； 3.塔板数的确定； 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 5.精馏塔主要工艺尺寸；
专业资料 化工原理课程设计题目乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计
目录 1.设计任务书 (3) 2.英文摘要前言 (4) 3.前言 (4) 4.精馏塔优化设计 (5) 5.精馏塔优化设计计算 (5) 6.设计计算结果总表 (22) 7.参考文献 (23) 8.课程设计心得 (23)
精馏塔优化设计任务书 一、设计题目 乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计 二、设计条件 1．处理量： 16000 （吨/年） 2．料液浓度： 40 （wt%） 3．产品浓度： 92 （wt%） 4．易挥发组分回收率： 99.99% 5．每年实际生产时间：7200小时/年 6. 操作条件： ①间接蒸汽加热； ②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强） ③进料热状况：泡点进料； 三、设计任务 a) 流程的确定与说明； b) 塔板和塔径计算； c) 塔盘结构设计 i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图； ii. 流体力学验算； iii. 塔板负荷性能图。 d) 其它 i. 加热蒸汽消耗量； ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量 e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配 图，编写设计说明书。
乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计 （某大学化学化工学院） 摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。 关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。 （Department of Chemistry,University of South China,Hengyang 421001） Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme. Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.
题目：乙醇水精馏筛板塔设计 设计时间： 化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤0.7Kpa 工艺参数 组成浓度（乙醇mol%） 塔顶78 加料板28 塔底0.04 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 2.工艺参数的确定 基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。
3.主要设备的工艺尺寸计算 板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 4.流体力学计算 流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 5.主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） 目录 前言 (4) 1概述 (5) 1.1设计目的 (5) 1.2塔设备简介 (6) 2设计说明书 (7) 2.1流程简介 (7) 2.2工艺参数选择 (8) 3工艺计算 (8) 3.1物料衡算 (8) 3.2理论塔板数的计算 (8) 3.2.1查找各体系的汽液相平衡数据 (8) 如表3-1 (8) 3.2.2q线方程 (9) 3.2.3平衡线 (9) 3.2.4回流比 (10) 3.2.5操作线方程 (11) 3.2.6理论板数的计算 (11) 3.3实际塔板数的计算 (11) 3.3.1全塔效率ET (11) 3.3.2实际板数NE (12) 4塔的结构计算 (13)
化工原理课程设计报告样本
《化工原理课程设计》报告 48000吨/年乙醇~水精馏装置设计 年级 专业 设计者姓名 设计单位 完成日期年月日 7
目录 一、概述 (4) 1.1 设计依据 (4) 1.2 技术来源 (4) 1.3 设计任务及要求 (5) 二：计算过程 (6) 1. 塔型选择 (6) 2. 操作条件的确定 (6) 2.1 操作压力 (6) 2.2 进料状态 (6) 2.3 加热方式 (7) 2.4 热能利用 (7) 3. 有关的工艺计算 (7) 3.1 最小回流比及操作回流比 的确定 (8) 3.2 塔顶产品产量、釜残液量及 7
加热蒸汽量的计算 (9) 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量9 3.4 热能利用 (10) 3.5 理论塔板层数的确定 (10) 3.6 全塔效率的估算 (11) 3.7 实际塔板数P N (12) 4. 精馏塔主题尺寸的计算 (12) 4.1 精馏段与提馏段的体积流 量 (12) 4.1.1 精馏段 (12) 4.1.2 提馏段 (14) 4.2 塔径的计算 (15) 4.3 塔高的计算 (17) 5. 塔板结构尺寸的确定 (17) 5.1 塔板尺寸 (18) 5.2 弓形降液管 (18) 5.2.1 堰高 (18) 5.2.2 降液管底隙高度h019 7
5.2.3 进口堰高和受液盘 19 5.3 浮阀数目及排列 (19) 5.3.1 浮阀数目 (19) 5.3.2 排列 (20) 5.3.3 校核 (20) 6. 流体力学验算 (21) 6.1 气体通过浮阀塔板的压力 降(单板压降) h (21) p 6.1.1 干板阻力 h (21) c 6.1.2 板上充气液层阻力1h (21) 6.1.3 由表面张力引起的阻 (22) 力h 6.2 漏液验算 (22) 6.3 液泛验算 (22) 6.4 雾沫夹带验算 (23) 7. 操作性能负荷图 (23) 7.1 雾沫夹带上限线 (23) 7
化工原理课程设计 题目：乙醇水精馏筛板塔设计 设计时间：2010、12、20-2011、1、6
化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤0.7Kpa 工艺参数 组成浓度（乙醇mol%） 塔顶78 加料板28 塔底0.04 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 2.工艺参数的确定 基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。 3.主要设备的工艺尺寸计算 板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 4.流体力学计算 流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 5.主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2 图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） 目录 前言 (4)
1概述 (5) 1.1 设计目的 (5) 1.2 塔设备简介 (6) 2设计说明书 (7) 2.1 流程简介 (7) 2.2 工艺参数选择 (8) 3 工艺计算 (9) 3.1物料衡算 (9) 3.2理论塔板数的计算 (10) 3.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据 (10) 如表3-1 (10) 3.2.2 q线方程 (9) 3.2.3 平衡线 (11) 3.2.4 回流比 (12) 3.2.5 操作线方程 (12) 3.2.6 理论板数的计算 (12) 3.3 实际塔板数的计算 (13) 3.3.1全塔效率ET (13) 3.3.2 实际板数NE (14) 4塔的结构计算 (15) 4.1混合组分的平均物性参数的计算 (15) 4.1.1平均分子量的计算 (15) 4.1.2 平均密度的计算 (16) 4.2塔高的计算 (17) 4.3塔径的计算 (17) 4.3.1 初步计算塔径 (17) 4.3.2 塔径的圆整 (18) 4.4塔板结构参数的确定 (19) 4.4.1溢流装置的设计 (19) 4.4.2塔盘布置（如图4-4） (20) 4.4.3 筛孔数及排列并计算开孔率 (21) 4.4.4 筛口气速和筛孔数的计算 (21) 5 精馏塔的流体力学性能验算 (22) 5.1 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (22) 5.1.1液沫夹带校核 (22) 5.2.2塔板阻力校核 (23) 5.2.3溢流液泛条件的校核 (25) 5.2.4 液体在降液管内停留时间的校核 (26) 5.2.5 漏液限校核 (26) 5.2 分别作精馏段、提留段负荷性能图 (26) 5.3 塔结构数据汇总 (29) 6 塔的总体结构 (30) 7 辅助设备的选择 (31) 7.1塔顶冷凝器的选择 (31) 7.2塔底再沸器的选择 (32) 7.3管道设计与选择 (33)
《化工原理课程设计任务书》（1） 一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件： 1.苯：入口温度80℃，出口温度40℃。 2.冷却介质：循环水，入口温度35℃。 3.允许压强降：不大于50kPa。 4.每年按300天计，每天24小时连续运行。 三、设备型式： 管壳式换热器 四、处理能力： 1. 99000吨/年苯 五、设计要求： 1.选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2.管壳式换热器的工艺计算和主要工艺尺寸的设计。 3.设计结果概要或设计结果一览表。 4.设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸） 5.对本设计的评述及有关问题的讨论。 一、选定管壳式换热器的种类和工艺流程 1.选定管壳式换热器的种类 管壳式换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。与其他种类的换热器相比，其主要优点是：单位体积具有的传热面积较大以及传热效果较好；此外，结构简单，制造的材料范围较广，操作弹性也较大等。因此在高压高温和大型装置上多采用管壳式换热器。 管壳式换热器中，由于两流体的温度不同，管束和壳体的温度也不相同，因此他们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温度差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。根据热补偿方法的不同，管壳式换热器有下面几种形式。
（1）固定管板式换热器 这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一些列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或是管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60-70℃和壳程流体压强不高的情况下。一般壳程压强超过0.6MPa时，补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿作用，就要考虑其他结构。其结果如下图所示： （2）浮头式换热器 换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”,所以这种换热器称为浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体约束，因此当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点是结构复杂，造价高。其结构如下： （3） U型管换热器 这类换热器只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。其结构如下图所示： （4）填料函式换热器 这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低廉。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理一易挥发、易燃易爆和有毒的介质。其结构如下： 由设计书的要求进行分析: 一般来说，设计时冷却水两端温度差可取为5℃~10℃。缺水地区选用较大的温度差，水资源丰富地区选用较小的温度差。青海是“中华水塔”，水资源 相对丰富，故选择冷却水较小的温度差6℃，即冷却水的出口温度为31℃。T m -t m =80+4025+31 -=32 22 ℃<50℃，且允许压强降不大于50kPa，可选择固定管板式换 热器。 2.工艺流程图 主要说明：由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，所以选定循环水走管程，苯走壳程。如图所示，苯经泵抽上来，经加水器加热后，再经管道从接管C进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管A进入换热器管程。两物质在换热器中进行换热，苯从80℃被冷却至40℃之后，由接管D流出；循环冷却水则从25℃变为31℃，由接管B流出。 二、管壳式换热器的工艺计算和主要工艺尺寸的设计 1.估算传热面积，初选换热器型号 （1）基本物理性质数据的查取
化工原理乙醇水课程设 计汇总 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
化工原理课程设计 分离乙醇-水混合物精馏塔设计 学院：化学工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 时间： 2012年6月13日星期三 化工原理课程设计任务书 一、设计题目：分离乙醇-水混合物精馏塔设计 二、原始数据： a）原料液组成：乙醇 20 % 产品中：乙醇含量≥94% 残液中≤4% b）生产能力：6万吨/年 c）操作条件 进料状态：自定操作压力：自定
加热蒸汽压力：自定冷却水温度：自定 三、设计说明书内容： a）概述 b）流程的确定与说明 c）塔板数的计算（板式塔）；或填料层高度计算（填料塔） d) 塔径的计算 e）1）塔板结构计算； a 塔板结构尺寸的确定； b塔板的流体力学验算；c塔板的负荷性能图。 2）填料塔流体力学计算； a 压力降； b 喷淋密度计算 f）其它 （1）热量衡算—冷却水与加热蒸汽消耗量的计算 （2）冷凝器与再沸器传热面的计算与选型（板式塔） （3）除沫器设计 g）料液泵的选型 h）计算结果一览表
第一章 课程设计报告内容 一、精馏流程的确定 乙醇、水混合料液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。 二、塔的物料衡算 (一) 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数 (二) 平均摩尔质量 (三) 物料衡算 总物料衡算 F W D =+ 易挥发组分物料衡算 F x W x D x F w D =+ 联立以上三式得 三、塔板数的确定 (一) 理论塔板数T N 的求取 根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x 图 乙醇—水气液平衡数据
《化工原理》课程设计报告 真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计 学院天津大学化工学院 专业化学工程与工艺 班级 学号 姓名 指导教师
化工流体传热课程设计任务书 专业化学工程与工艺班级姓名学号（编号） （一）设计题目：真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计 （二）设计任务及条件 1、蒸发系统流程及有关条件见附图。 2、系统生产能力：40 万吨/年。 3、有效生产时间：300天/年。 4、设计内容：Ⅱ效预热器（组）第 3 台预热器的设计。 5、卤水分效预热器采用单管程固定管板式列管换热器，试根据附图中卤水预热的温度要求对预热器（组）进行设计。 6、卤水为易结垢工质，卤水流速不得低于0.5m/s。 7、换热管直径选为Φ38×3mm。 （三）设计项目 1、由物料衡算确定卤水流量。 2、假设K计算传热面积。 3、确定预热器的台数及工艺结构尺寸。 4、核算总传热系数。 5、核算压降。 6、确定预热器附件。 7、设计评述。 （四）设计要求 1、根据设计任务要求编制详细设计说明书。 2、按机械制图标准和规范，绘制预热器的工艺条件图（2#），注意工艺尺寸和结构的清晰表达。
设计说明书的编制 按下列条目编制并装订：（统一采用A4纸，左装订） （1）标题页，参阅文献1附录一。 （2）设计任务书。 （3）目录。 （4）说明书正文 设计简介：设计背景，目的，意义。 由物料衡算确定卤水流量。 假设K计算传热面积。 确定预热器的台数及工艺结构尺寸。 核算总传热系数。 核算压降。 确定预热器附件。 设计结果概要或设计一览表。 设计评述。 （5）主要符号说明。 （6）参考文献。 （7）预热器设计条件图。 主要参考文献 1. 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津: 天津大学出版社, 2002 2. 柴诚敬，张国亮. 化工流体流动和传热. 北京: 化学工业出版社, 2007 3. 黄璐，王保国. 化工设计. 北京: 化学工业出版社, 2001 4. 机械制图 自学内容： 参考文献1，第一章、第三章及附录一、三； 参考文献2，第五~七章； 参考文献3，第1、3、4、5、11部分。
说明分离过程与分离工程的区别? 答:分离过程:是生产过程中将混合物转变组成不同的两种或多种相对纯净的物质的操作;分离工程:是研究化工及其它相关过程中物质的分离和纯化方法的一门技术科学,研究分离过程中分离设备的共性规律，是化学工程学科的重要组成部分。 实际分离因子与固有分离因子的主要不同点是什么? 答:前者是根据实际产品组成而计算，后者是根据平衡组成而计算。两者之间的差别用级效率来表示。错误:固有分离因子与分离操作过程无关 怎样用分离因子判断分离过程进行的难易程度? 答:分离因子的大小与1相差越远，越容易分离;反之越难分离。 按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为哪两类? 答:平衡分离过程:采用平衡级(理论板)作为处理手段，利用两相平衡组成不相等的原理，即达到相平衡时,原料中各组分在两个相中的不同分配，并将其它影响参数均归纳于级效率之中，如蒸发、结晶、精馏和萃取过程等。大多数扩散分离过程是不互溶的两相趋于平衡的过程。速率分离过程:通过某种介质，在压力、温度、组成、电势或其它梯度所造成的强制力的推动下，依靠传递速率的差别来操作，而把其它影响参数都归纳于阻力之中。如超滤、反渗透和电渗析等。通常,速率控制过程所得到的产品，如果令其互相混合，就会完全互溶。 分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，举例说明分离剂的类型。 答:分离过程的原料可以是一股或几股物料，至少必须有两股不同组成的产品，这是由分离过程的基本性质决定的。分离作用是由于加入(媒介)而引起的，分离剂可以是能量(ESA)或物质(MSA),分离剂有时也可两种同时应用。例如，要把糖水分为纯净的糖和水需要供给热量，使水分蒸发，水蒸气冷凝为纯水,糖在变浓的溶液中结晶成纯糖。或供给?令量，使纯水凝固出来，然后在较高剃温度下使其隔出化;这里所加入的分离剂为ESA。也可将糖水加压，通过特殊的固体膜将水与糖分离。这里所加入的分NEW口e录制小视频离剂为MSA。此外，ESA还可以是输入或输出的功，以驱动泵、压缩机;在吸收、萃取、吸附、离子交换、液膜固膜分离中，均须加入相应的MSA。
（一）设计题目： 试设计一座乙醇-水连续精馏塔提纯乙醇。进精馏塔的料液含乙醇 25% （质 量分数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于 94% ;残液中乙醇含量不 得高于0.1% ;要求年产量为17000吨/年。 （二）操作条件 塔顶压力4kPa （表压） 进料热状态自选 回流比自选 塔底加热蒸气压力 0.5Mpa （表压） 单板压降W 0.7kPa 1) 2) 3) 4) 5) （三）塔板类型 自选 （四）工作日 每年工作日为300天，每天24小时连续运行。 （五）设计内容 设计说明书的内容 精馏塔的物料衡算； 塔板数的确定； 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算; 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 塔板主要工艺尺寸的计算； 塔板的流体力学验算； 塔板负荷性能图； 精馏塔接管尺寸计算； 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 1、 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 2、 1) 2) 设计图纸要求： 绘制生产工艺流程图（A2号图纸）； 绘制 精馏塔设计条件图（A2号图纸）。
目录 1. 设计方案简介??… 1.1设计方案的确定…… 1.2操作条件和基础数据.......... 2. ................................ 精馏塔的物料衡算 2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率.......... 2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 2.3物料衡算....... 3. .......................... 塔板数的确定 3.1 理论板层数Nr的求取…… 3.1.1 求最小回流比及操作回流比 (2) 3.1.2 求精馏塔的气、液相负荷 (3) 3.1.3 求操作线方程 (3) 3.1.4 图解法求理论板层数 (3) 3.2 塔板效率的求取……… 4 3.3 实际板层数的求取……… 4. 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算……… 4.1 操作压力计算……… 4.2 操作温度计算……… 4.3 平均摩尔质量的计算……… 4.4 平均密度的计算……… 4.4.1 气相平均密度计算……… 4.4.2 液相平均密度计算……… 4.5 液体平均表面张力计算 4.6 液体平均黏度计算…… 5. 精馏塔的塔体工艺尺寸计算
设计任务书 (一) 设计题目： 试设计一座乙醇-水连续精馏塔提纯乙醇。进精馏塔的料液含乙醇25% （质量分数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于94% ；残液中乙醇含量不得高于0.1% ；要求年产量为17000吨/年。 (二) 操作条件 1) 塔顶压力4kPa（表压） 2) 进料热状态自选 3) 回流比自选 4) 塔底加热蒸气压力0.5Mpa（表压） 5) 单板压降≤0.7kPa。 (三) 塔板类型 自选 (四) 工作日 每年工作日为300天，每天24小时连续运行。 (五) 设计内容 1、设计说明书的内容 1) 精馏塔的物料衡算； 2) 塔板数的确定； 3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5) 塔板主要工艺尺寸的计算； 6) 塔板的流体力学验算； 7) 塔板负荷性能图； 8) 精馏塔接管尺寸计算； 9) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 2、设计图纸要求： 1) 绘制生产工艺流程图（A2号图纸）； 2) 绘制精馏塔设计条件图（A2号图纸）。
目录 1. 设计方案简介 (1) 1.1设计方案的确定 (1) 1.2操作条件和基础数据 (1) 2.精馏塔的物料衡算 (1) 2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (1) 2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (1) 2.3物料衡算 (2) 3.塔板数的确定 (2) 3.1理论板层数N T的求取 (2) 3.1.1 求最小回流比及操作回流比 (2) 3.1.2 求精馏塔的气、液相负荷 (3) 3.1.3 求操作线方程 (3) 3.1.4 图解法求理论板层数 (3) 3.2 塔板效率的求取 (4) 3.3 实际板层数的求取 (5) 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (5) 4.1操作压力计算 (5) 4.2 操作温度计算 (5) 4.3 平均摩尔质量的计算 (5) 4.4 平均密度的计算 (6) 4.4.1 气相平均密度计算 (6) 4.4.2 液相平均密度计算 (6) 4.5液体平均表面张力计算 (7) 4.6液体平均黏度计算 (7) 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8) 5.1塔径的计算 (8)
第一章流体流动 质点含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程 却要大得多。 连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察，描述其运动参数(如位移、速度等)与时间的关系。 欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。定态流动流场中各点流体的速度u 、压强p不随时间而变化。 轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。控制体是采用欧拉法考察流体的。 理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。通常液体的粘度随温度增 加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。 总势能流体的压强能与位能之和。 可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。 伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。 动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。 均匀分布同一横截面上流体速度相同。 均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上
的流体没有加速度, 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。 层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。 稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反应。定态性是指有关运动参数随时间的变化情况。 边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域。 边界层分离现象在逆压强梯度下，因外层流体的动量来不及传给边界层，而形成边界层脱体的现象。 雷诺数的物理意义雷诺数是惯性力与粘性力之比。 量纲分析实验研究方法的主要步骤: ①经初步实验列出影响过程的主要因素； ②无量纲化减少变量数并规划实验； ③通过实验数据回归确定参数及变量适用范围，确定函数形式。 摩擦系数 层流区,λ与Re成反比，λ与相对粗糙度无关； 一般湍流区，λ随Re增加而递减，同时λ随相对粗糙度增大而增大； 充分湍流区，λ与Re无关,λ随相对粗糙度增大而增大。 完全湍流粗糙管当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻 力损失的影响时，称为水力光滑管。Re很大，λ与Re无关的区域，称为完全湍流粗糙管。同一根实际管子在不同的Re下，既可以是水力光滑管，又可以是完全湍流粗糙管。 局部阻力当量长度把局部阻力损失看作相当于某个长度的直管，该长度即为局部阻力当量长度。 毕托管特点毕托管测量的是流速，通过换算才能获得流量。 驻点压强在驻点处，动能转化成压强(称为动压强)，所以驻点压强是静压强与动压强之和。 孔板流量计的特点恒截面，变压差。结构简单，使用方便，阻力损失较大。转子流量计的特点恒流速，恒压差，变截面。 非牛顿流体的特性 塑性：只有当施加的剪应力大于屈服应力之后流体才开始流动。
《化工原理课程设计》指导书 一、课程设计的目的与性质 化工原理课程设计是化工原理课程的一个实践性、总结性和综合性的教学环节，是学生进一步学习、掌握化工原理课程的重要组成部分，也是培养学生综和运用课堂所学知识分析、解决实际问题所必不可少的教学过程。 现代工业要求相关工程技术人员不仅应是一名工艺师，还应当具备按工艺要求进行生产设备和生产线的选型配套及工程设计能力。化工原理课程设计对学生进行初步的工程设计能力的培养和训练，为后续专业课程的学习及进一步培养学生的工程意识、实践意识和创新意识打下基础。 二、课程设计的基本要求 (1)在设计过程中进一步掌握和正确运用所学基本理论和基本知识，了解工程设计的基本内容，掌握设计的程序和方法，培养发现问题、分析问题和解决问题的独立工作能力。 (2)在设计中要体现兼顾技术上的先进性、可行性和经济上的合理性，注意劳动条件和环境保护，树立正确的设计思想，培养严谨、求实和科学的工作作风。 (3)正确查阅文献资料和选用计算公式，准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算。 (4)用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想和计算结果。 三、设计题目 题目Ⅰ：在生产过程中需将3000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为35℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。 题目Ⅱ：在生产过程中需将5000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为35℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。 题目Ⅲ：在生产过程中需将7000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为35℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。