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化工原理课程设计计算说明书

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2020年5月29日

化工原理课程设计计算说明书

化工原理课程设计

计算说明书

题 目:

甲醇—水精馏塔设计

学院名称: 化学工程学院

专 业: 化学工程与工艺

班 级: 11-1

姓 名: 赵讯

学 号: 1140 116

指导教师: 张亚静

1月 10日 文档仅供参考

2020年5月29日 目 录

第一章 设计任务书........................................1

第二章 设计原则...........................................2

第三章 设计步骤...........................................3

第四章 精馏塔的工艺计算..................................4

第五章 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算...............9

第六章 塔板主要工艺尺寸的计算............................11

第七章 筛板的流体力学验算................................15

第八章 塔板负荷性能图....................................18

第九章 辅助设备的计算和选型..............................21

设计评述.................................................27

参考文献.................................................27

文档仅供参考

I

2020年5月29日 文档仅供参考

0

2020年5月29日 第一章 设计任务书

1.1 设计题目

设计题目:甲醇—水分离过程板式精馏塔的设计

设计要求:年产纯度为99%(质量分数,下同)的甲醇,塔底馏出液中含甲醇不得高于0.05%,原料液中含甲醇22%。

生产能力11100L/h

1.2操作条件

1) 操作压力 常压

2) 进料热状态 饱和进料

3) 回流比 自选

4) 塔底加热蒸气压力 0.3Mpa(表压)

1.3塔板类型

筛孔塔

1.4 工作日

每年工作日为330天,每天24小时连续运行。

1.5 设计说明书的内容

(1) 流程和工艺条件的确定和说明

(2) 操作条件和基础数据

(3) 精馏塔的物料衡算;

(4) 塔板数的确定;

(5) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算; 文档仅供参考

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2020年5月29日 (6) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算;

(7) 塔板主要工艺尺寸的计算;

(8) 塔板的流体力学验算;

(9) 塔板负荷性能图;

(10) 主要工艺接管尺寸的计算和选取

(11) 塔板主要结构参数表

(12) 对设计过程的评述和有关问题的讨论

第二章 设计原则

2.1确定设计方案的原则

确定设计方案总的原则是在可能的条件下,尽量采用科学技术上的最新成就,使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求,符合优质、高产、安全、低消耗的原则。必须具体考虑如下几点:

2.1.1满足工艺和操作的要求

⑴首先必须保证产品达到任务规定的要求,而且质量要稳定。这就要求各流体流量和压头稳定,入塔料液的温度和状态稳定,从而需要采取相应的措施。

⑵其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性,各处流量应能在一定范围内进行调节,必要时传热量也可进行调整。

因此,在必要的位置上要装置调节阀门,在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时,也应考虑到生产上的可能波动。再其次,要考虑必须装置的仪表(如温度计、压强计,流量计等)文档仅供参考

2

2020年5月29日 及其装置的位置,以便能经过这些仪表来观测生产过程是否正常,从而帮助找出不正常的原因,以便采取相应措施。

2.1.2满足经济的要求

要节省热能和电能的消耗,减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热,就能节约很多生蒸汽和冷却水,也能减少电能消耗。同样,回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。降低生产成本是各部门的经常性任务,因此在设计时,是否合理利用热能,采用哪种加热方式,以及回流比和其它操作参数是否选得合适等,均要作全面考虑,力求总费用尽可能低一些。而且,应结合具体条件,选择最佳方案。

2.1.3满足安全生产的要求

例如甲醇属易燃有毒物料,不能让其蒸汽弥漫车间,也不能使用容易发生火花的设备。又如,塔是指定在常压下操作的,塔内压力过大或塔骤冷而产生真空,都会使塔受到破坏,因而需要安全装置。

以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中,对第一个原则应作较多的考虑,对第二个原则只作定性的考虑,而对第三个原则只要求作一般的考虑。

2.2精馏操作对塔设备的要求和类型

2.2.1 对塔设备的要求

精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质,而作为气(汽)、液文档仅供参考

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2020年5月29日 两相传质所用的塔设备,首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触,以达到较高的传质效率。可是,为了满足工业生产和需要,塔设备还得具备下列各种基本要求:

⑴ 气(汽)、液处理量大,即生产能力大时,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。

⑵ 操作稳定,弹性大,即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时,仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。

⑶ 流体流动的阻力小,即流体流经塔设备的压力降小,这将大大节省动力消耗,从而降低操作费用。对于减压精馏操作,过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度,最终破坏物系的操作。

⑷ 结构简单,材料耗用量小,制造和安装容易。

⑸ 耐腐蚀和不易堵塞,方便操作、调节和检修。

⑹ 塔内的滞留量要小。

实际上,任何塔设备都难以满足上述所有要求,况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点,设计时应根据物系性质和具体要求,抓住主要矛盾,进行选型。

2.2.2 板式塔类型

气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔,也可采用填料塔,板式塔为逐级接触型气－液传质设备,其种类繁多,根据塔板上气－液接触元件的不同,可分为泡罩文档仅供参考

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2020年5月29日 塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。当前从国内外实际使用情况看,主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔,而前两者使用尤为广泛。

筛板塔也是传质过程常见的塔设备,它的主要优点有:

⑴ 结构比浮阀塔更简单,易于加工,造价约为泡罩塔的60％,为浮阀塔的80％左右。

⑵ 处理能力大,比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。

⑶ 塔板效率高,比泡罩塔高15％左右。

⑷ 压降较低,每板压力比泡罩塔约低30％左右。

筛板塔的缺点是:

⑴ 塔板安装的水平度要求较高,否则气液接触不匀。

⑵ 操作弹性较小(约2～3)。

⑶ 小孔筛板容易堵塞。

第三章 设计步骤

3.1精馏塔的设计步骤

本设计按以下几个阶段进行:

⑴ 设计方案确定和说明。根据给定任务,对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。

⑵ 蒸馏塔的工艺计算,确定塔高和塔径。

⑶ 塔板设计:计算塔板各主要工艺尺寸,进行流体力学校核计文档仅供参考

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2020年5月29日 算。接管尺寸、泵等,并画出塔的操作性能图。

⑷ 管路及附属设备的计算与选型,如再沸器、冷凝器。

⑸ 抄写说明书。

⑹ 绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。

3.2 确定设计方案

本设计任务为分离甲醇——水混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料,将原料液经过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内,其余部分经产品冷却器后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。

第四章 精馏塔的工艺计算

4.1物料衡算

4.1.1原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率

甲醇的摩尔质量为:32.04kg/kmolaM

水的摩尔质量为: 18.01kg/kmolbM

原料液摩尔分率:xF=22/32.04/(22/32.04+78/18.01)=0.1369 文档仅供参考

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2020年5月29日 塔顶摩尔分率:xD=99/32.04/(99/32.04+1/18.01)=0.9824

塔底摩尔分率:xW=0.05/32.04/(0.05/32.04+99.95/18.01)=0.00028

4.1.2原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量

原料液平均摩尔质量:MF=0.1369×32.04+(1-0.1369) ×18.01=19.9307

kg/kmol

塔顶产品平均摩尔质量MD=0.9824×32.04+(1-0.9824)

×18.01=31.7931kg/kmol

塔底产品平均摩尔质量

MW=0.00028×32.04+(1-0. 00028) ×18.01=18.0139 kg/kmol

4.1.3全塔物料衡算

由手册查得甲醇—水物系的气液平衡数据得: xD=0.9824. T=64.29℃

T=64.29℃时,甲醇密度ρ=747 kg/m3 水密度ρ=980.8 kg/m3

塔顶的平均密度ρ=747×0.9824+18.01×(1-0.9824)=751.124 kg/m3

D=11100L/h=11.1 m3/h=11.1×751.124×103/31.793=262.243kmol/h

F=D+W F xF =D xD +W xW

F=1884.992kmol/h W=1622.75kmol/h

式中 F—原料液流量,kmol/h

D—流出液流量,kmol/h

W—釜残液流量,kmol/h

XF—原料液中易挥发组分的摩尔分数

XD—流出液中易挥发组分的摩尔分数

XW—釜残液中易挥发组分的摩尔分数

合集下载

化工原理课程设计苯氯苯填料塔设计说明书

化工原理课程设计苯氯苯填料塔设计说明书

第1页共45页 一、设计题目

苯—氯苯填料精馏塔设计

二、设计数据及条件

原 料：苯和氯苯混合溶液，年处理能力为（7）万吨（开工率8000 小时/年），原料中苯的质量分数（0.34学号后两位）；进料热状态：自选。

分离要求：馏出液中苯的质量分率不低于95%釜残液中苯的质量分率不大于0.3%（1-10号）

操作压力：常压

建厂地址：家乡地区

单板压降：≤0.7kpa。

全塔效率：ET≥58%。

三、设计要求

（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：

1. 前言；

2. 流程与方案的选择说明与论证（附流程简图）

3. 精馏塔主要工艺结构尺寸设计计算（包括塔径、填料层高度、塔高的计算等）

4. 附属设备的选型和计算（包括冷凝器、再沸器、塔内构件：接管管径、除沫器、液体分布器、液体再分布器、支撑板、手孔、裙座等）

5. 填料塔流体力学计算（压力降、泛点率、气体动能因子等）

6. 设计结果列表

7. 设计评价

8. 主要符号和单位表

9. 参考文献

10. 致谢

（二）绘制带控制点的工艺流程图（3号图纸，CAD绘图）

第2页共45页 绘制精馏塔的工艺条件图（2号图

第3页共45页 第1页共40页目录前言.......................................................................................................3符号说明...................................................................................................31概述与设计方案简介...........................................................................51.1操作条件的确定........................................................................................................51.1.1操作压力.....................................................................................................................51.1.2进料状态.....................................................................................................................51.1.3加热方式.....................................................................................................................51.1.4冷却剂与出口温度......................................................................................................51.1.5热能的利用..................................................................................................................61.2确定设计方案的原则...............................................................................................61.2.1满足工艺和操作的要求..............................................................................................61.2.2满足经济上的要求......................................................................................................61.2.3保证安全生产..............................................................................................................71.3流程的确定和说明....................................................................................................72.1物料衡算.....................................................................................................................82.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率.......................................................................82.1.2全塔物料衡算..............................................................................................................82.2理论塔板数估算........................................................................................................82.2.2气液平衡线................................................................................................................102.2.3进料热状况参数..........................................................................................................112.2.4求最小回流比Rmin...................................................................................................112.2.5最佳回流比................................................................................................................122.2.6精馏段提馏段操作线................................................................................................142.2.7图解法求理论板数....................................................................................................152.3各种操作条件及相关的物性估算.......................................................................162.3.1操作温度估算............................................................................................................162.3.2平均摩尔质量估算....................................................................................................172.3.3液相平均粘度估算....................................................................................................182.3.4相对挥发度估算........................................................................................................202.3.5操作压力估算............................................................................................................202.3.6平均密度估算............................................................................................................212.4气液相负荷估算......................................................................................................232.4.1精馏段气液相负荷....................................................................................................232.4.2提馏段气液相负荷....................................................................................................243设备设计.............................................................................................243.1填料的选择...............................................................................................................243.2塔径的设计...............................................................................................................253.2.1精馏段塔径................................................................................................................253.2.2提馏段塔径................................................................................................................263.3填料层高度计算......................................................................................................27

化工原理课程设计说明书

化工原理课程设计说明书

江西科技师范大学药学院

课程设计说明书

专 业： 制药工程

班 级： 10制药（1）班

姓 名： 乐凡

学 号： 20103603

指导教师： 程丹

设计时间：2012年9月3日——9月16日 要 求 与 说 明

一、学生采用本报告完成课程设计总结。

二、要求文字用钢笔或圆珠笔填写，工整、清晰。所附设备安装图用铅笔或计算机绘图画出。

三、本报告填写完成后，交指导老师批阅，并由学院统一存档。

目录

一、设计任务书……………………………………………1

二、设计方案简介…………………………………………2

1、选择换热器类型………………………………………………....2

2、流径的选择……………………………………………………....3

3、流程安排……………………………………………………........4

4、流速的选择……………………………………………………....4

5、材质的选择……………………………………………………....4

6、管程结构………………………………………………………....4

7、壳程结构与相关公式……………………………………...5

三、工艺计算及主要设备计算……………………………6

1、确定物性参数…………………………………………………....6

2、估算传热面积…………………………………………………....7

3、工艺结构尺寸……………………………………………………8

4、换热器核算……………………………………………………...11

四、设计结果汇总………………………………………..16

五、参考资料……………………………………………..17

六、后记…………………………………………………..18

化工原理课程设计说明书(换热器的设计)

化工原理课程设计说明书(换热器的设计)

化工原理课程设计 煤油冷却器的设计

中南大学

化工原理课程设计

2010年01月22日

题 目 设计说明书

指导老师 夏柳荫

学生姓名 徐 春 波

学 院 化学化工学院

学生学号 1503070127

专业班级 制药0701班 化工原理课程设计 煤油冷却器的设计

2 目录

一、 设计题目及原始数据（任务书）………………………………3

二、 设计要求………………………………………………………..3

三、 列环式换热器形式及特点的简述……………………………..3

四、 论述列管式换热器形式的选择及流体流动空间的选择……..8

五、 换热过程中的有关计算（热负荷、壳层数、总传热系数、传热面积、压强降等等）…………………………………………..10

① 物性数据的确定………………………………………………14

② 总传热系数的计算……………………………………………14

③ 传热面积的计算………………………………………………16

④ 工艺结构尺寸的计算…………………………………………16

⑤ 换热器的核算…………………………………………………18

六、 设计结果概要表（主要设备尺寸、衡算结果等等）…………22

七、 主体设备计算及其说明…………………………………………22

八、 主体设备装置图的绘制…………………………………………33

九、 课程设计的收获及感想…………………………………………33

十、 附表及设计过程中主要符号说明……………………………..37

十一、 参考文献…………………………………………………..40

化工原理课程设计 煤油冷却器的设计

化工原理课程设计

化工原理课程设计

化工原理课程设计

列管式换热器

院系：生化工程系

专业：环境监测与治理技术

姓名：

学号：

班级：

课程设计任务书

设计题目：列管式换热器的设计

设计条件：

⒈ 气体处理量：10000 kg/h

⒉气体进口温度：110℃；气体出口温度：60℃

⒊循环水进口温度：25 ℃；出口温度：40 ℃

⒋压力：气体压力3MPa；循环水压力0.4 MPa

⒌混合气体85℃下物性参数：

密度9kg/m3；定压比热容3.297kJ/(kg·℃)；

导热系数0.0279W/ MPa)；粘度1.5×10-5Pa·s

设计任务：

1. 接受设计任务，熟悉与设计任务有关的图书、资料、手册。

2. 工艺设计

(1)选择工艺流程

包括确定换热器类型；换热器流体流动空间的安排等。

(2)传热过程工艺计算

包括物料衡算确定各物料流率；热量衡算，确定换热器热负荷以及冷却水消耗量。

3. 换热器结构设计

包括换热器壳体直径、长度、厚度；管板尺寸、厚度和结构；封头尺寸和法兰以及它们之间的连接和材料的选用等。

4. 选定主要附属件

5. 绘制列管式换热器设备总装配图

参考设计指导书的设备装配参考图，根据具体设计完成的换热器，在3#纸上绘制换热器总装配图。

6. 编写设计说明书

设计说明书应根据设计指导思想阐明设计观点和特点；列出本设计主要技术数据。应按设计过程列出计算公式和计算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历，有条件的还应注明其误差范围。

设计时间

2011年 6 月19 日 至2011年 6月 24 日

指导老师：周世美

目录

1. 前言（概述）

1.1 设计依据

1.2设计任务及要求（简述）

1.3工艺流程简图及方案论证

2. 换热器的工艺设计计算

2.1 传热面积的初定

2.2 主要工艺尺寸的确定

2.3 确定准确的管子数