化工原理课程设计讲稿(装控)-2011.ppt

1、化工工艺与设备课程设计化工工艺与设备课程设计 中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）化学工程学院化学工程学院 化学工程系化学工程系1第一部分第一部分 前言前言一、课程设计的目的一、课程设计的目的 运用已经学过的各门课程的知识，特别是运用已经学过的各门课程的知识，特别是化工原理化工原理与与化工工艺与设备化工工艺与设备的知识，进行化工单元设备中常见设的知识，进行化工单元设备中常见设备备精馏塔的设计，达到以下几方面目的精馏塔的设计，达到以下几方面目的。v培养学生综合运用所学知识、查阅化工资料获取有关培养学生综合运用所学知识、查阅化工资料获取有关知识和数据、进行化工设备初步设计的能力。知识和数据、进

2、行化工设备初步设计的能力。v培养学生独立工作及发现问题、分析问题、解决问题培养学生独立工作及发现问题、分析问题、解决问题的综合能力。的综合能力。v提高计算能力、培养工程实际观念。提高计算能力、培养工程实际观念。v深入了解化工设备的内部结构，掌握板式精馏塔的各深入了解化工设备的内部结构，掌握板式精馏塔的各主要部件的结构及作用。主要部件的结构及作用。v培养学生认真的学风和工作作风。培养学生认真的学风和工作作风。2二、课程设计的任务二、课程设计的任务1.已知条件已知条件分离对象：分离对象：苯、甲苯、乙苯、苯乙烯混合物分离；苯、甲苯、乙苯、苯乙烯混合物分离；正丁烷、异戊烷、正戊烷混合物的分离。正丁烷、

3、异戊烷、正戊烷混合物的分离。处处 理理 量：（例如：量：（例如：245 T/d245 T/d）原料组成：（原料组成：（例如：例如：苯苯 46%46%，甲苯，甲苯 54%54%）进料状态：（例如：进料状态：（例如：q q1 1）产品要求：（例如：塔顶产品产品要求：（例如：塔顶产品 含苯含苯99%99%；塔底；塔底 产品：含甲苯产品：含甲苯99.5%)99.5%)塔体温度塔体温度：（例如要求：（例如要求：Tw102Tw102）32.设计任务设计任务 工艺设计工艺设计 产品组成：产品组成：xD,xW（通过物料衡算）（通过物料衡算）操作条件：操作条件：TD,PD,TW,PW 回流比：最小回流比，回流比

4、：最小回流比，Rm；操作回流比，；操作回流比，R 塔板数：提馏段板数；精馏段板数塔板数：提馏段板数；精馏段板数 塔径：塔径：D 热负荷：冷凝器和再沸器热负荷热负荷：冷凝器和再沸器热负荷 塔板设计：塔板设计：溢流装置；塔板布置；流体力学校核。溢流装置；塔板布置；流体力学校核。塔体初步设计：塔体初步设计：塔体设计；封头设计；人孔和手孔的选塔体设计；封头设计；人孔和手孔的选用；接管设计。用；接管设计。辅助设备选用：辅助设备选用：冷凝器的选用与校核、再沸器的选用。冷凝器的选用与校核、再沸器的选用。绘制浮阀排列图绘制浮阀排列图43.需要上交的材料需要上交的材料 设计说明书，主要包括：设计说明书，主要包括

5、：设计任务书设计任务书 第一章第一章 工艺设计工艺设计 第二章第二章 塔板设计塔板设计 第三章第三章 塔体的初步设计塔体的初步设计 第四章第四章 塔的辅助设备选用塔的辅助设备选用 第五章第五章 计算结果汇总表计算结果汇总表 第六章第六章 结果与讨论结果与讨论(2)(2)浮阀排列图浮阀排列图(3)(3)计算草稿计算草稿5 三、日程安排三、日程安排 2011年年8月月10日日8月月19日日,二周，扣除周六周日，实际二周，扣除周六周日，实际10天，天，8月月19日交说明书，其中：日交说明书，其中：工艺计算：工艺计算：3 3天天 塔板设计：塔板设计：3.53.5天天塔体设计：塔体设计：0.50.5天天

6、附属设备选用：附属设备选用：1 1天天绘图：绘图：0.50.5天天整理说明书：整理说明书：1 1天天讲课：讲课：0.50.5天天 6四、课程设计过程注意问题四、课程设计过程注意问题v认真阅读教材，草拟进度表，拟定设计的方法和步骤。认真阅读教材，草拟进度表，拟定设计的方法和步骤。v计算过程中要随时复核计算结果的正确性，做到有错即改，计算过程中要随时复核计算结果的正确性，做到有错即改，避免大的返工。避免大的返工。v要求来教室进行设计，以便于答疑和掌握进度。要求来教室进行设计，以便于答疑和掌握进度。7五、参考资料五、参考资料No题 名名责任者任者出版社出版社索索 取取 号号1冷冷换设备工工艺计算手册

7、算手册刘巍等刘巍等石油化工石油化工TE965-62/12石油加工石油加工单元元过程原理上程原理上沈复等沈复等石油化工石油化工TE624/7/13石油加工石油加工单元元过程原理下程原理下沈复等沈复等石油化工石油化工TE624/7/24化工原理化工原理课程程设计刘雪暖刘雪暖石油大学石油大学TQ02/635化工原理化工原理课程程设计裴世裴世红大大连理工理工TQ02/726化工原理化工原理课程程设计：化工化工传递与与单元操作元操作课程程设计贾绍义天津大学天津大学TQ02/607常用化工常用化工单元元设备设计李功李功样华南理工南理工TQ051.02/18石油石油炼制制图表表计算机算机处理方法理方法金桂三

8、金桂三石油化工石油化工TE62/99传热学学杨世世铭高等教育高等教育TK124/51/8第二部分第二部分 工艺计算设计要点工艺计算设计要点 v物料衡算物料衡算v塔顶和塔底温度和压力的确定塔顶和塔底温度和压力的确定v冷凝器及再沸器热负荷的确定冷凝器及再沸器热负荷的确定 v关于混合物物性参数的计算关于混合物物性参数的计算 v关于回流比的选择关于回流比的选择 v全塔效率的计算全塔效率的计算v部分物性数据部分物性数据 9一、物料平衡一、物料平衡 二、塔顶压力、温度的确定二、塔顶压力、温度的确定1、回流罐凝液温度的初步确定、回流罐凝液温度的初步确定 回流罐冷凝液的温度，即塔顶产品温度，回流罐冷凝液的温度

9、，即塔顶产品温度，由冷却介质的温度决定，当用水作为冷却介由冷却介质的温度决定，当用水作为冷却介质时（水温：质时（水温：2530），凝液温度可取），凝液温度可取4050，保证冷凝器要有，保证冷凝器要有1020 温度的传温度的传热温差。但要注意水的出口不高于热温差。但要注意水的出口不高于50。1.目的：计算塔顶、塔底产品组成和产品量。目的：计算塔顶、塔底产品组成和产品量。2.方法：对于两组分精馏，根据塔顶、塔底产品浓度要求，通方法：对于两组分精馏，根据塔顶、塔底产品浓度要求，通过物料平衡计算即可求出塔顶、塔底产品组成。对于多组份体过物料平衡计算即可求出塔顶、塔底产品组成。对于多组份体系，先假定清晰

10、分割。再进行物料平衡计算系，先假定清晰分割。再进行物料平衡计算(注：浓度或组成注：浓度或组成有效数字位数，一般取小数点后有效数字位数，一般取小数点后4位位)。10补充：多组分精馏的计算 关关键键组组分分：对对多多组组分分溶溶液液分分离离起起控控制制作作用用的的两两个个组组分分 (一一般般为为工工艺艺中中最最关关心心的的、挥挥发发度度相相邻邻的的两两个个组组分分)。挥挥发发度度高高的的组分称为组分称为轻关键组分轻关键组分，挥发度低的称为挥发度低的称为重关键组分重关键组分。理理论论板板数数或或填填料料层层高高度度的的确确定定，通通常常以以关关键键组组分分所所需需达达到到的的分离程度或回收率作为计算

11、的依据。分离程度或回收率作为计算的依据。在在一一定定条条件件下下，其其它它组组分分在在馏馏出出液液和和釜釜残残液液中中的的组组成成随随关关键键组分的分离程度或回收率而定，不能再任意规定。组分的分离程度或回收率而定，不能再任意规定。准准确确地地预预测测塔塔顶顶和和塔塔底底的的组组成成和和量量较较难难。应应用用关关键键组组分分的的概概念念，根根据据各各组组分分间间挥挥发发度度的的差差异异，可可按按以以下下两两种种情情况况进进行行组组分分在在产产品品中中的的预预分分配配，再再由由物物料料衡衡算算或或近近似似估估算算得得到到塔塔顶顶和和塔底产品的组成。塔底产品的组成。1 1、关键组分、关键组分11所所

12、选选两两关关键键组组分分为为相相邻邻组组分分，相相差差较较大大。重重于于重重关关键键组组分分的的组组分分全全在在塔塔底底产产品品中中，轻轻于于轻轻关关键键组组分分的的组组分分全全部部塔塔顶顶产产品中。非关键组分在产品中的分配可由物料衡算求得。品中。非关键组分在产品中的分配可由物料衡算求得。清晰分割清晰分割塔塔顶顶产产品品中中有有重重于于重重关关键键组组分分的的组组分分，塔塔底底产产品品中中有有轻轻于于轻轻关关键键组组分分的的组组分分。组组分分在在产产品品中中分分配配不不能能由由物物料料衡衡算算求求出出，需在一定假设条件下，用芬斯克全回流公式进行估算。需在一定假设条件下，用芬斯克全回流公式进行估

13、算。如如果果两两个个关关键键组组分分不不是是相相邻邻组组分分，或或进进料料中中非非关关键键组组分分的的相相对挥发度与关键组分的相差不大，均可能为非清晰分割。对挥发度与关键组分的相差不大，均可能为非清晰分割。非清晰分割非清晰分割严严格格地地说说，清清晰晰分分割割是是不不存存在在的的，但但在在有有的的情情况况下下为为了了简简化化问题可以把接近清晰分割的情况视为清晰分割来处理。问题可以把接近清晰分割的情况视为清晰分割来处理。12回流比的确定回流比的确定 原则：先确定原则：先确定Rmin，再根据各种经济因素确定适宜的，再根据各种经济因素确定适宜的R。式中：式中：ij 相对挥发度，取塔顶和塔釜的平均值；

14、相对挥发度，取塔顶和塔釜的平均值；两两式式的的通通根根，其其值值介介于于轻轻、重重关关键键组组分分的的相相对对挥发度之间。挥发度之间。恩德伍德（恩德伍德（Underwood）计算公式：计算公式：2 2、求理论板数的简捷法、求理论板数的简捷法13若轻、重关键组分为相邻组分，仅有一个若轻、重关键组分为相邻组分，仅有一个 和和 Rmin 值；值；若若在在轻轻、重重关关键键组组分分之之间间还还有有 k 个个其其它它组组分分，则则 有有 k+1 个个 和和 Rmin值，可取其平均值作为设计时的最小回流比。值，可取其平均值作为设计时的最小回流比。应用恩德伍德公式的条件：应用恩德伍德公式的条件：(1)(1)

15、塔内汽、液相为恒摩尔流；塔内汽、液相为恒摩尔流；(2)(2)各组分的相对挥发度为常数。各组分的相对挥发度为常数。方方法法：将将多多组组分分精精馏馏过过程程简简化化为为轻轻、重重关关键键组组分分的的双双组组分分精精馏过程，其计算过程与双组分精馏基本相同。馏过程，其计算过程与双组分精馏基本相同。基基本本关关系系式式：芬芬斯斯克克方方程程、恩恩德德伍伍德德方方程程和和吉吉利利兰兰关关联联图图(P284P284)。理论板数的简捷计算法：理论板数的简捷计算法：14步骤步骤:(1)根根据据料料液液组组成成及及分分离离要要求求确确定定轻轻、重重关关键键组组分分，并并由由物物料衡算初估各组分在塔顶和塔底中的组

16、成；料衡算初估各组分在塔顶和塔底中的组成；(2)求求全全塔塔平平均均相相对对挥挥发发度度，用用芬芬斯斯克克方方程程计计算算最最少少理理论论板板数数Nmin（取轻、重关键组分进行计算）；（取轻、重关键组分进行计算）；(3)用恩德伍德公式计算用恩德伍德公式计算Rmin，并确定适宜的，并确定适宜的R；(4)用吉利兰图求取全塔理论板数；用吉利兰图求取全塔理论板数；(5)由由柯柯克克布布莱莱德德经经验验式式求求精精馏馏段段所所需需理理论论板板数数，确确定定加加料料板位置。板位置。此部分内容参见石油加工单元过程原理下册此部分内容参见石油加工单元过程原理下册P155-P17015 2、回流罐压力的初步计算、回流罐压力的初步计算 用泡点方程计算回流罐的压力。用泡点方程计算回流罐的压力。（1）常压或减压时：）常压或减压时：用用Antonine(安托因安托因)方程计算方程计算 （2）加压时：）加压时：已知已知T,设压力设压力P，查平衡常数列线图，查平衡常数列线图(P250)得得Ki，代入上式是否成立，进行试差计算代入上式是否成立，进行试差计算P。3、回流罐压力的确定、回流罐压力的确定 （1）计算值大于）计