化工原理课程设计动员会

2011级生物工程专业化工原理课程设计动员会一设计题目苯-甲苯连续精馏流程的工艺设计二设计条件1、原料：苯-甲苯混合液，苯含量25%(质量分率)，其余为甲苯。2.分离要求：塔顶产品中苯含量学号以1结尾的为94％，往后每学号依次增加0.2%；塔底甲苯中苯含量不高于2.5％。3.生产能力：①学号是1~10：每小时处理原料液12t；②学号尾是11~20：每小时处理原料液16t；③学号尾是21~30：每小时处理原料液20t。4、操作条件①精馏塔顶压强：4kPa（表压）②单板压降：≯0.7kPa③进料热状态：泡点进料④加热蒸气：0.6MPa（绝压）饱和蒸气⑤回流比：自选5、塔设备类型：筛板塔6、厂址：湘潭地区（年平均气温为17.4℃）三设计内容1、设计方案的确定及工艺流程叙述2、物料衡算与热量衡算3、塔设备的主要工艺尺寸的设计计算①塔高（含裙座）及塔径②塔板结构尺寸③塔板流体力学验算④塔板的负荷性能图(用毫米坐标纸绘制)4、辅助设备的工艺设计计算与选型（换热器、贮槽、泵）5、工艺管道的设计计算与选择6、编制设计说明书7、绘制设计图纸四设计计算的相关问题按8000小时进行设计计算（一）年生产时间（二）公用工程条件加热蒸汽等级：0.6MPa（绝压）饱和蒸汽循环冷却水：30℃（5℃的温差），即：30℃（进）→35℃（出）深井水：18℃（10~12℃的温差，出口温度最高不超过42℃）建议：在本设计中全凝器采用深井水，成品冷却采用循环水。四设计计算的相关问题塔高Z=裙座Z1+塔釜Z2+有效段Z3+塔顶Z41.裙座的高度Z1确定因素：①再沸器形式及尺寸；②接管高度和出入孔位置；③釜液是否依靠位差排至其它设备；④安装与检修；⑤避免塔底泵产生气蚀，等。一般在1.5~2m左右。（三）塔高的计算四设计计算的相关问题2.塔釜的高度Z2①釜液高度△Z取釜液在釜内的停留时间τ=20min，最下一层塔板的液相流量为Lm3/h，釜液高度为△Z，则由：ZDLi2424iDLZ②釜液上方气液分离器空间高度根据防雾沫夹带，最低要求净空高度为800mm，本设计可取1200~1500mm。③塔底封头高度一般采用标准椭圆形封头，查标准封头尺寸得到。Z2=①+②+③四设计计算的相关问题3.塔的有效段高度Z3Z3=(N精－1)HT精+N提HT提另外要增加：①人孔所在板的板间距增加值对于分块式塔板而言，为了塔板安装方便，一般8~10块塔板设置一人孔，对于易结焦、结垢的物系，4~6块塔板设置一人孔。②进料所在板的板间距增加值设计时可按：人孔所在板的板间距取600mm进料所在板的板间距取700mm四设计计算的相关问题4.塔顶的高度Z4①第一层塔板上方气液分离器空间高度同样，根据防雾沫夹带，最低要求净空高度为800mm，本设计可取1400~1500mm左右（考虑安装除沫器的高度）。一般而言，该高度应为板间距的1.5~2.0倍。②塔顶封头高度一般采用标准椭圆形封头，查标准封头尺寸得到。Z4=①+②∴塔高Z=裙座Z1+塔釜Z2+有效段Z3+塔顶Z4四设计计算的相关问题（四）塔径原则上：要根据精馏段数据和提馏段数据分别计算精馏段和提馏段的塔径，因本设计两段的塔径相差不大，为简化计算过程，可采用等径塔。计算时注意：①因提馏段气相流量较大，故以提馏段数据确定全塔塔径较为安全可靠。②将计算值与设计规范值比较进行圆整，得到设计塔径。四设计计算的相关问题（五）辅助设备的设计①由两流体的定性温度tm、Tm计算温差△t，然后根据△t确定列管换热器的类型：△t≤50℃采用固定管板式；△t＞50℃采用浮头式。②计算热负荷：确定冷剂或热剂量；初步估算K值；根据热负荷计算换热面积。对于再沸器而言，按Q＝KS△t进行计算时，其中的△t就是“加热蒸汽的温度与塔底温度之差”。③根据换热面积查相应系列标准，选择换热器。换热设备1四设计计算的相关问题①原料贮槽及产品贮槽容量按储存7天的量进行设计，同时考虑装填系数。②产品中间贮槽容量按储存8小时的量进行设计，同时考虑装填系数。③回流罐容量按冷凝液在回流罐中停留10min、罐的装填系数取0.7，进行设计。贮槽2注意：上述贮槽类容器的设计，都要严格注意高径比！四设计计算的相关问题式中：△Z为两截面处位头差；△p/ρg为两截面处静压头差；△u2/2g为两截面处动压头差；Σhf1为直管阻力；Σhf2为管件、阀门局部阻力；Σhf3为流体流经设备的阻力。②根据物性、扬程及需要流量，初步选泵3泵32122fffhhhgugpZH①初步计算泵扬程H根据贮槽内液面与输送到的设备进口处的管截面建立机械能衡算式：注意：当厂址确定及平面、立面布置完成后，还应按管线走向及长度进一步核定，对初选泵的参数进一步核算。四设计计算的相关问题4辅助设备汇总表序号位号设备名称型式主要结构参数或性能1V101原料贮槽立式DN2000×1200，V=50m32E101原料预热器固定管板式50m23P101进料泵2台离心泵qV=20m3/hH=40m4…………辅助设备汇总表四设计计算的相关问题（六）管道的设计计算与选择①按右式计算管径：uVuVd8.184式中：体积流量V（m3/h）；流体流速u（m/s）流速参考取值：原料液管流速0.5m/s回流液管流速0.3m/s釜液出口管0.5m/s塔顶出口蒸汽管15m/s加热蒸汽管15m/s，蒸汽冷凝水管0.2m/s水管1.5m/s②按计算值及被输送物料的物性选择合适的管道③核算设计的实际流速四设计计算的相关问题④管道设计结果汇总序号管道用途流速/(m/s)管道规格1原料贮槽至原料泵0.5（注：核算的流速）Φ89×4.52原料泵出口至精馏塔0.5Φ57×3.534…………管道设计汇总表五设计图纸1、工艺控制流程图A1图纸横幅绘制2、塔板布置图A2图纸横幅绘制或A4图幅竖幅绘制3、精馏塔的工艺条件图A1图纸竖幅绘制图幅A0A1A2A3A4B×L841×1189594×841420×594297×420210×297e2010c105a25六图纸绘制的基本知识（一）图纸幅面(GB/T14689-2008)六图纸绘制的基本知识（二）图框格式(GB/T14689-2008)横幅图纸竖幅图纸A0与A1图纸的e为20mm，A2~A4图纸的e为10mm不留装订边图框格式六图纸绘制的基本知识留有装订边图框格式c横幅图纸竖幅图纸所有图纸的a为均25mm，A0~A2图纸的c为10mm，A3~A4图纸的c为5mmaa六图纸绘制的基本知识60mm45mm15mm15mm25mm20mm共张第张比例年审核校核（图号）制图设计阶段设计设计项目（图名）日期签字职责化工原理课程设计湖南科技大学化学化工学院7mm7mm14mm7mm7mm7mm14mm180mm细实线粗实线字号：7号字字号：5号字注意：标题栏中各部分字号的大小，除标明的外，其余均为3号字。（三）标题栏的格式及相关要求七工艺流程图的绘制要求（一）工艺控制流程图的线型与线宽图线宽度分以下三种：粗线0.6~0.9mm；中粗线0.3~0.5mm；细线0.15~0.25mm。具体使用宽度需视图样复杂程度在相应规定范围内选择，工艺控制流程图中设备轮廓线采用0.25mm，具体用法见下表。3、化工工艺图纸的作用第一章化工工艺制图概述(教材第七章)类别图线宽度mm备注0.6~0.90.3~0.50.15~0.25工艺管道及仪表流程图主物料管道其它物料管道其它设备、机器轮廓线0.25mm辅助管道及仪表流程图公用系统管道及仪表流程图辅助管道总管公用系统管道总管支管其它设备布置图设备轮廓设备支架设备基础其它动设备(机泵等)如只绘出设备基础，图线用0.6~0.9mm设备管口方位图管口设备轮廓设备支架设备基础其它管道布置图单线(实线或虚线)管道法兰、阀门及其它双线(实线或虚线)管道管道轴测图管道法兰、阀门、承插焊螺纹连接的管件其它设备支架图管道支架图设备支架及管架虚线部分其它特殊管件图管件虚线部分其它表化工工艺图纸的图线用法及宽度（HG/T20519-2009）（二）工艺控制流程图中阀门、主要管件的绘制角阀碟阀旋启式止回阀升降式止回阀圆黑点直径2mm圆直径4mm(标准规定)，2~3mm(建议使用)说明：a.阀门绘制尺寸：长6mm宽3mm，或长4mm宽2mm；b.在流程图上，所有阀门的大小应一致；c.水平绘制不同高度的阀门，尽可能排列在同一垂直线上；d.垂直绘制不同位置的阀门，尽可能排列在同一水平线上；e.阀门在图上表示的高低位置，应大致符合实际高度。截止阀闸阀球阀旋塞阀七工艺流程图的绘制要求（三）工艺控制流程图中流程线的绘制规定流程线一般画成水平线和垂直线，转弯一律画成直角(即横平竖直)。流程线发生交错时，同一物料按“先不断后断”的原则断开其中一根；不同物料的流程线交错，主物料线不断，辅物料线断，即“主不断辅断”。在两设备之间的流程线上，至少应有一个流向箭头。七工艺流程图的绘制要求（四）工艺控制流程图中设备位号的编制与标注七工艺流程图的绘制要求T1508A乙烯精馏塔设备分类代号设备所在主项代号主项内同类设备顺序号相同设备的数量尾号设备位号线(0.5mm)设备名称设备位号说明：设备分类代号（“T”塔）主项代号（“15”）：工段分区序号，两位数字（注：我们设计时可取一位数）。设备序号“08”：由两位数字表示，一般按工艺流程顺序编号。相同设备尾号“A”：对于数量不止一台的相同设备，按排列顺序依次以大写英文字母A、B、C···作为每台设备的尾号，用以区别同一位号。位号编制下一张设备分类代号代号设备分类T塔序号124386751012119E换热器冷却器蒸发器P泵C压缩机鼓风机R反应器V容器槽罐F工业炉S火炬烟囱L起重机运输机M其他机械X其他设备W称量设备ReactorLiftWeighxMachineFurnaceExchangeStackVesselPumpCompressorTower注返回七工艺流程图的绘制要求在工艺流程图中，一般要在两个地方标注设备位号：第一是标注在设备的正上方（或正下方），要求水平排列整齐。若在垂直方向排列设备较多时，它们的位号和名称也可由上而下按序标注。第二是标注在设备内或其近旁，但此处只注位号和位号线，不注设备名称。位号标注原料贮槽V101原料泵P101原料预热器E101事故槽V103回流罐V104苯冷却器E106苯中间槽V105苯泵P103苯贮槽V106蒸汽分配器Z101原料加热器E102全凝器E105再沸器E103苯输出图例止逆阀截止阀气动薄膜调节阀疏水阀异径管型液封管阻火器玻璃管液面计放散管就地安装仪表集中控制仪表P压力T温度F流量L液位I显示C控制R记录至冷凝水槽至冷凝水槽至冷凝水槽主要物料线辅助物料线职责××××年××月苯-甲苯连续精馏装置工艺控制流程图循环上水深井水外来蒸汽外来原料精馏塔T101T101Z101E102E101P101V101E103V103V106P103E105V104E106V105甲苯泵P102甲苯贮槽V102甲苯输出V102P102甲苯冷却器E104LIC101FIC103TI102FIC104FRQ105PI104PI105FRQ106PI101TIC101PIC102FRQ101FRQ102PIC103TIC104TIC103湖南科技大学化学化工学院签名日期设计制图校核审核比例第1张共1张设计项目设计阶段E104化工原理课程设计1、线条粗细：a.主要物料线：0.7mm，其它物料管道线：0.35mm，其它线条：0.15mm；b.设备轮廓线：0.25mm；c.设备位号线：0.5mm；d.图纸内边框线：0.7mm、外边框线：0.15mm。2、图纸中的文字大小：a.标题栏按规定字号填写；b.仪表的功能符号及数字编号采用3号字；c.“图例”采用7号字；d.图纸中的其它文字采用5号字。3、字体要求：中文采用仿宋字，数字及字母采用TimesNewRoman。4、标题栏的各部分尺寸与设备图的规定相同。5、设备位号的编制方法请参考化工设计类教材中的相关内容。工