化工原理课程设计课件.ppt

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1、化工原理课程设计,1,t课件,化工原理1ppt课件,化工原理课程设计的作用,1.化工原理的培养目标之一； 工程观点/定量计算/实验技能/设计能力2.培养自学和综合运用所学知识的能力；3.通过设计计算培养“四心”； 细心、耐心、信心、责任心4.通过设计计算，了解做事的“程序”。 “胸有成竹”,2,t课件,化工原理课程设计的作用1.化工原理的培养目标之一；2ppt课,掌握化工原理课程设计的方法,英文中的“5WH” 1. What + Why-知其然，知其所以然； 设计目的、设计原理 2. Who+ When+ Where-故事的三要素； 3. How-1)How to design 设计步骤 2)

2、How to deal with design data设计数据处理计算规则、圆整、校核等,3,t课件,掌握化工原理课程设计的方法 英文中的“5WH”3ppt课件,设计型计算的主要特征,1.“从无到有”为设计施工单位提供设备尺寸、接管方位、工艺条件参数等。2.“校核设备”由于条件变化对现有设备进行校核计算，为实际生产节省资源。,4,t课件,设计型计算的主要特征1.“从无到有”为设计施工单位提供,南 京 工 业 大 学化 工 原 理 课 程 设 计 任 务 书专业:化学工程与工艺 班级:化工07058/化强0701 姓名 ： . 设计日期： 2010 年 06 月 14 日至 2010 年 06

3、 月 25 日设计题目：常 压 二 元 筛 板 精 馏 塔 的 设 计 设计条件：,5,t课件,南 京 工 业 大 学5ppt课件,设计题目：常 压 二 元 筛 板 精 馏 塔 的 设 计 设计条件：体系：丙酮水已知：进料量F：240kmol/h 进料浓度ZF： 0.15进料状态：q1,冷液进料(1.08),6,t课件,设计题目：常 压 二 元 筛 板 精 馏 塔 的 设 计,设计题目：常 压 二 元 筛 板 精 馏 塔 的 设 计 设计条件：操作条件：塔顶压强p顶=4 kPa(表压)， 单板压降不大于0.7kPa。塔顶冷凝水一般采用深井水，温度t12；塔釜加热方式：1）直接蒸汽加热； 2)间

4、接蒸汽加热，一般采用3kgf/cm2水蒸汽。全塔效率：ET = 52%分离要求：1)xD=99.5(乙醇水体系xD=88)； 2)xW=0.2（乙醇水体系xW=1）； 3)回流比R/Rmin =1.6 。,7,t课件,设计题目：常 压 二 元 筛 板 精 馏 塔 的 设 计,设计计算的内容：一、流程的设计；二、物料衡算；三、1.理论板数NT；2.ET；3.N；四、工艺计算和物性1.P m；2.t m；3.M m；4.m；5.m；6.Lm；五、负荷计算,8,t课件,设计计算的内容：8ppt课件,设计计算的内容：六、1、塔径D2、溢流装置 单溢流 弓形降液管；平形降液管平形溢流堰lw0.66D,h

5、w；wd；Ad；h03、塔板布置4、n,5、Z6、塔高,9,t课件,设计计算的内容：9ppt课件,设计计算的内容：七、流体力学验证1.Hp；2.ev；3.漏液；4.液泛八、塔板负荷图九、总图十、附属设备及接管尺寸 核心： 精馏段、提馏段计算及校核 换热器的计算及校核,10,t课件,设计计算的内容：10ppt课件,氯仿苯体系汽液平衡数据 (101.325kPa),11,t课件,氯仿苯体系11ppt课件,甲醇水体系汽液平衡数据 (101.325kPa),12,t课件,甲醇水体系汽液平衡数据 (101.325kPa)12ppt,丙酮水体系汽液平衡数据 (101.325kPa)参考教材P306,13,

6、t课件,丙酮水体系汽液平衡数据 (101.325kPa)参考教材P,丙酮水体系汽液平衡数据 (101.325kPa) 5 ， 刘雪暖，汤景凝。化工原理课程设计。,14,t课件,丙酮水体系汽液平衡数据 (101.325kPa) 5,丙酮水体系汽液平衡数据 (101.325kPa) ，时钧，余国淙，汪家鼎。化学工程手册。,15,t课件,丙酮水体系汽液平衡数据 (101.325kPa) ，15p,丙酮水体系汽液平衡数据,16,t课件,丙酮水体系汽液平衡数据16ppt课件,板 式 塔,一、板式塔结构及性能（1） 板式塔结构,17,t课件,板 式 塔一、板式塔结构及性能进料回流液塔顶气相塔底液相17,塔

7、板结构, 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。, 降液管（液体通道） 液体流通通道，多为弓形。, 受液盘 塔板上接受液体的部分。, 溢流堰 使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。,18,t课件,塔板结构 气体通道 降液管（液体通道） 受液盘 溢流,浮阀塔板结构,19,t课件,浮阀塔板结构19ppt课件,（2） 塔板上的气液两相流动,20,t课件,（2） 塔板上的气液两相流动20ppt课件,汽、液两相接触方式,两相流动的推动力,全塔：逆流接触塔板上：错流接触,液体：重力气体：压力差,21,t课件,汽、液两相接触方式 两相流动的推动力 全塔：逆流接触,塔板上理想流

8、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： 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。, 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。,22,t课件,塔板上理想流动情况： 塔板上的非理想流动情况：后果：板效,液泛现象,二、 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

9、液泛。,23,t课件,液泛现象二、 塔内气、液两相异常流动 （1）液泛 23ppt,1) 过量雾沫夹带液泛,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。,24,t课件,1) 过量雾沫夹带液泛原因：液泛气速： 24ppt课件,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。,25,t课件,2）降液管液泛 当塔内气、液

10、两相流量较大，,（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 。,26,t课件,（2） 严重漏液 漏液量增大，导致塔板上难以维持正常,三、常用塔板的类型,（1）泡罩塔板,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。,组成：升气管和泡罩,27,t课件,三、常用塔板的类型（1）泡罩塔板优点：塔板操作弹性大，塔效率,圆形泡罩,条形泡罩,泡罩塔,28,t课件,圆形泡罩条形泡罩泡罩塔28ppt课件,（2）筛板塔板,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。,塔板

11、上开圆孔，孔径：3 - 8 mm，大孔径筛板：12 - 25 mm。,29,t课件,（2）筛板塔板优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。塔板上开圆,（3）浮阀塔板,圆形浮阀,条形浮阀,浮阀塔盘,方形浮阀,30,t课件,（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀30ppt课件,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。,方形浮阀,F1型浮阀,31,t课件,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、,（4）多降液管（MD）塔板 优点：提高允许液体流量,32,t课件,（4）多降

12、液管（MD）塔板32ppt课件,五. 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 ； 塔板间距 HT；,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,塔体高度：有效高+顶部+底部+ 其它,有效塔高：,33,t课件,五. 筛板塔化工设,C：气体负荷因子，与 HT、 液体表面张力和两相接触状况有关。, 液泛气速,两相流动参数 FLV：,（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。,34,t课件,C：气体负荷因子，与 HT、 液体表面张力和两相接,对于筛板塔(浮阀、泡罩

13、塔)，可查图 ，C20=(HT 、FLV),35,t课件,对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图 ，C20=(HT 、FL, 选取设计气速 u 选取泛点率： u / uf 一般液体， 0.6 0.8 易起泡液体，0.5 0.6,所需气体流通截面积,设计气速 u = 泛点率 uf, 计算塔径 D,塔截面积：,A = AT - Ad,塔径,说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。,36,t课件, 选取设计气速 u 所需气体流通截面积设计气速 u = 泛,（3）溢流装置设计 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。, 降液管形式和底隙 降液管：弓形、

14、圆形。 降液管截面积：由Ad/AT = 0.06 0.12 确定； 底隙 hb ：通常在 30 40 mm。, 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。,37,t课件,（3）溢流装置设计 降液管形式和底隙 溢流堰（出,38,t课件,38ppt课件,堰长 lW ：影响液层高度。,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。,说明：通常应使溢流强度qVLh/lW 不大于100130 m3/（mh）。,或：,双流型:,单流型：

15、,39,t课件,堰长 lW ：影响液层高度。堰高 hW：直接影响塔板上液层厚,(4) 塔板及其布置 受液区和降液区 一般两区面积相等。 入口安定区和出口安定区,其中， E：液流收缩系数，一般可近似取 E =1。,堰上方液头高度 hOW ：,要求：, 边缘区：,40,t课件,(4) 塔板及其布置其中， E：液流收缩系数，一般可近似取,（5）筛孔的尺寸和排列 筛孔： 有效传质区内，常按正三角形排列。 筛板开孔率 ：,单流型弓形降液管塔板：, 有效传质区：,双流型弓形降液管塔板：,41,t课件,（5）筛孔的尺寸和排列单流型弓形降液管塔板： 有效传质区：,筛孔直径 d0 : 3 8 mm (一般)。

16、12 25 mm (大筛孔) 孔中心距 t : (2.55) d0 取整。 开孔率: 通常为 0.08 0.12。 板厚：碳钢（3 4mm）、不锈钢。,筛孔气速：,筛孔数：,d0,t,42,t课件,筛孔直径 d0 : 3 8 mm (一般)。筛孔气速：,(6) 塔板的校核 对初步设计的结果进行调整和修正。, 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： kg 液体 / h 或 kmol液体 / h 液沫夹带分率：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。 故有

17、：,所以,43,t课件,(6) 塔板的校核 液沫夹带量校核所以43ppt课件,说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。,ev的计算方法：,方法1：利用Fair关联图求，进而求出ev。方法2：用Hunt经验公式计算ev。,式中Hf 为板上泡沫层高度：,要求： ev 0.1 kg 液体 / kg气体。,44,t课件,说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。 ev的计算方法, 塔板阻力的计算和校核 塔板阻力：,塔板阻力 hf包括 以下几部分: （a）干板阻力 h0气体通过板上孔的阻力（设无液体时）； （b）液层阻力 hl 气体通过液层阻力； （c）克服液体表面张力阻力 h孔口处表面张力。,清液柱高度

18、表示：,（a）干板阻力h0,45,t课件, 塔板阻力的计算和校核 塔板阻力 hf包括 以下几部分:清,C0 孔流系数,46,t课件,d0/C0塔板孔流系数C0 孔流系数46ppt课件,（b）液层阻力 hl,查图求充气系数,47,t课件,（b）液层阻力 hl查图求充气系数47ppt课件,说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或 降低堰高。,（c）克服液体表面张力阻力（一般可不计）, 降液管液泛校核,故塔板阻力：,降液管中清液柱高度 (m),48,t课件,说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或 降低堰高。（c）克服液,（a） 液面落差一般较小，可不计。当不可忽略时，,一般要求： 0.5h0,（b） 液体

19、通过降液管阻力 hd,包括底隙阻力 hd1和进口堰阻力hd2。,无进口堰时：,49,t课件,（a） 液面落差一般较小，可不计。当不可忽略时，一般要求,泡沫层高度,要求：,说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或 增大塔板间距。,泡沫层相对密度：对不易起泡物系，,易起泡物系，, 液体在降液管中停留时间校核 目的：避免严重的气泡夹带。,停留时间：,要求：,说明：停留时间过小，可增加降液管面积 或 增大塔板间距。,50,t课件,泡沫层高度要求：说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或 增大,（a）计算严重漏液时干板阻力 h0 ,（b）计算漏液点气速 u0 ,说明：如果稳定系数k过小，可 减小开孔率 或

20、降低堰高。, 严重漏液校核 漏液点气速 u0 ：发生严重漏液时筛孔气速。 稳定系数：,要求：,51,t课件,（a）计算严重漏液时干板阻力 h0 （b）计算漏液点气速, 过量液沫夹带线（气相负荷上限线） 规定：ev = 0.1（ kg 液体 / kg气体） 为限制条件。,（6）塔板的负荷性能图确定塔板的操作弹性, 液相下限线,整理出：,规定：, 严重漏液线（气相下限线）,52,t课件, 过量液沫夹带线（气相负荷上限线）（6）塔板的负荷性能图,代入相关公式，如hOW、u0，整理出。, 液相上限线, 降液管液泛线,规定：,53,t课件,代入相关公式，如hOW、u0，整理出。 液相上限线,塔板的操作弹

21、性： 或,54,t课件,塔板的操作弹性：,1.管国锋.赵汝溥.化工原理(第三版)，北京:化学工业出版社，2008. 2.国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册（上、下），北京:化学工业出版社，1996.3.贾绍义，柴诚敬。化工原理课程设计(化工传递与单元操作课程设计) ，天津:天津大学出版社，2002，4.王国胜。化工原理课程设计，大连:大连理工大学出版社，20065.刘雪暖，汤景凝。化工原理课程设计，东营: 石油大学出版社。天津:天津大学出版社，20016.姚玉英,陈常贵, 柴诚敬.化工原理（上、下册），天津:天津大学出版社，20037.谭天恩，窦梅，周明华 等编著. 化工原理(第三版)，北京:化学工业出版社，2006.8. 陈英南，刘玉兰. 常用化工单元设备的设计.上海:华东理工大学出版社,20059. 柴诚敬，王军.张缨.化工原理课程设计，天津:天津科学技术出版社，2006.,55,t课件,1.管国锋.赵汝溥.化工原理(第三版)，北京:化学工业出,