化工过程及设备课程设计课件.ppt

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化工过程及设备课程设计化工过程及设备课程设计信阳师范学院化学化工学院信阳师范学院化学化工学院刘刘鹏鹏教授教授20122012年年0909月月11/4/20221性质、任务与目的性质、任务与目的化工过程及设备课程设计是综合运用化工过程及设备课程设计是综合运用化工原化工原理理、化工设备机械基础化工设备机械基础、化工制图化工制图、化工仪表及自动化化工仪表及自动化课程和有关先修课程所学知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。

设计是提高学生实际工作能力的重要教学环节。

11/4/202221.1.对学生进行化工工程设计的基本训练，使学生掌握化工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；设计的基本内容、程序与方法；2.2.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；能力；3.3.通过查阅技术资料，选用设计计算公式，搜集数据，分通过查阅技术资料，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、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；解决问题的能力；4.4.通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰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；写技术文件的有关要求；5.5.了解一般化工设备图基本要求，对学生进行绘图基本技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；能训练；通过课程设计达到以下目的：

通过课程设计达到以下目的：

11/4/20223设计内容设计内容化工过程及设备课程设计主要包括以下内容：

化工过程及设备课程设计主要包括以下内容：

11、化工工艺设计、化工工艺设计（11）设计方案确定：

对选定的工艺路线、主要设备）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。

等作简要介绍与评述。

（22）工艺流程图绘制：

）工艺流程图绘制：

工艺流程图工艺流程图用单线形式绘制，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，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，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。

以及温度、压力控制点的控制标记。

11/4/20224图图1-1合成氨工段方案流程图合成氨工段方案流程图11/4/20225（33）主要设备的工艺设计计算）主要设备的工艺设计计算内容包括：

内容包括：

设计工艺参数的选定及依据；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；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。

主要设备的工艺尺寸设计计算或校核计算。

（44）系统流体力学性能计算，主要设备的流体压降损失计）系统流体力学性能计算，主要设备的流体压降损失计算。

算。

（55）辅助设备设计计算，典型辅助设备（如风机、泵、换）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。

及型号的选定。

11/4/202262.2.主体设备强度设计：

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结果绘制主要化工设备装配图11张，图面应包括下列内张，图面应包括下列内容：

容：

设备总体结构设计；设备总体结构设计；设备的主要工艺尺寸；设备的主要工艺尺寸；设备技术特性表；设备技术特性表；设备接管表（规格和用途）；设备接管表（规格和用途）；设备零部件明细表。

设备零部件明细表。

11/4/202273.设计说明书编写设计说明书编写设计说明书是将所作的课程设计予以综合简介、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：

并对设计给予评述。

内容包括：

（1）设计任务书；）设计任务书；

（2）目录；）目录；（3）设计方案简介与评述；）设计方案简介与评述；（4）工艺设计及计算；）工艺设计及计算；（5）主要设备设计；）主要设备设计；（6）辅助设备选型计算；）辅助设备选型计算；（7）设计结果汇总表；）设计结果汇总表；（8）参考资料。

）参考资料。

11/4/202284.图纸图纸

（1）带控制点工艺流程图）带控制点工艺流程图1张张

（2）主体设备装配图）主体设备装配图1张张11/4/20229时间安排时间安排主要内容主要内容时间时间工艺设计计算含设计方案确定、工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、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主要工艺参数的计算机优化设计等第第1周周设备强度设计、辅助设备的选型计设备强度设计、辅助设备的选型计算、设计说明书的编写算、设计说明书的编写第第2周周带控制点的工艺流程图、设备装配带控制点的工艺流程图、设备装配图的绘制，答辩图的绘制，答辩第第3周周11/4/202210成绩评定成绩评定完成了所有设计内容并撰写完课程设计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、不进行综合评分，并按优、良、中、及格、不及格五级记分。

及格五级记分。

11/4/202211主要参考书目主要参考书目1.化工原理（上、下册），谭天恩，麦本熙，丁惠华编著，化工原理（上、下册），谭天恩，麦本熙，丁惠华编著，化工出版社，化工出版社，1998；2.化工原理课程设计相关参考资料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，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，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，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，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，化学工程手册，化学工业出版社，198211/4/2022121.板板式式塔塔1.1板式塔结构及性能板式塔结构及性能

（1）板式塔结构板式塔结构进料回流液塔顶气相塔底液相11/4/202213塔板结构塔板结构气体通道气体通道形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。

形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。

降液管（液体通道）降液管（液体通道）液体流通通道，多为弓形。

液体流通通道，多为弓形。

受液盘受液盘塔板上接受液体的部分。

塔板上接受液体的部分。

溢流堰溢流堰使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。

使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。

11/4/202214浮阀塔板结构浮阀塔板结构11/4/202215

（2）塔板上的气塔板上的气液两相流动液两相流动11/4/202216汽、液两相接触方式汽、液两相接触方式全塔：

逆流接触全塔：

逆流接触塔板上：

错流接触塔板上：

错流接触两相流动的推动力两相流动的推动力液体：

重力液体：

重力气体：

压力差气体：

压力差11/4/202217塔板上塔板上理想流动理想流动情况：

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。

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。

气液两相接触传质，达相平衡，分离后，继续流动。

塔塔板上的板上的非理想非理想流动情况流动情况：

气相或液相返混气相或液相返混液沫夹带、气泡夹带，即：

返混现象返混现象后果后果：

板效率降低板效率降低。

不均匀流动不均匀流动液面落差液面落差（水力坡度）：

引起塔板上气体分布气体分布不均匀；塔壁作用塔壁作用（阻力）：

引起塔板上液体分布液体分布不均匀。

后果：

后果：

使塔板上气液接触不充分，板效率降低。

板效率降低。

11/4/202218液泛现象液泛现象1.2塔内气、液两相异常流动塔内气、液两相异常流动（11）液泛）液泛如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现象为象为液泛液泛。

11/4/202219

（2）过量雾沫夹带液泛过量雾沫夹带液泛原因：

原因：

气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。

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：

液泛气速：

开始发生液泛时的气速开始发生液泛时的气速。

11/4/2022202）降液管液泛）降液管液泛当塔内气、液两相流量较大，当塔内气、液两相流量较大，导致导致塔板阻力塔板阻力及及降液管内阻力降液管内阻力增大增大时，均会引起降液管液层升高，以时，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正常流动，直至液相逐渐充满塔板空间，发生液泛。

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。

说明：

两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。

11/4/202221

（2）严重漏液严重漏液漏液量增大漏液量增大,导致塔板上难以维持正常操作所需的液面导致塔板上难以维持正常操作所需的液面,无法无法操作。

此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为操作。

此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为漏液点气速漏液点气速。

11/4/2022222.3常用塔板的类型常用塔板的类型

（1）泡罩塔板）泡罩塔板优点优点：

塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。

缺点：

缺点：

结构复杂，制造成本高，塔板阻力大。

组成：

组成：

升气管和泡罩11/4/202223圆形泡罩条形泡罩泡罩塔11/4/202224

（2）筛板塔板）筛板塔板优点：

结构简单、造价低、塔板阻力小。

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目前，广泛应用的一种塔型。

塔板上开圆孔，孔径：

3-8mm，大孔径筛板：

12-25mm。

11/4/202225（3）浮阀塔板）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀11/4/202226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。

泛的应用。

缺点：

浮阀易脱落或损坏。

缺点：

浮阀易脱落或损坏。

方形浮阀F1型浮阀11/4/202227（4）多降液管（）多降液管（MD）塔板塔板优点：

优点：

提高允许液体流量11/4/2022281.4筛板塔化工设计计算筛板塔化工设计计算

（1）塔的有效高度）塔的有效高度Z已知：

已知：

实际塔板数NP；塔板间距HT；选取塔板间距选取塔板间距HT：

理论塔板数计算软件塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔