工学化工原理课程设计实例.pptx
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1、会计学1工学化工原理课程设计实例工学化工原理课程设计实例板式塔的设计内容板式塔的设计内容 n n工艺流程的设计n n板式塔的工艺计算n n板式塔的机械设计n n塔的辅助设备设计与选型第1页/共48页工艺流程的设计工艺流程的设计n n 板式塔的设计从两方面考虑板式塔的设计从两方面考虑板式塔的设计从两方面考虑板式塔的设计从两方面考虑:1.1.经济方面经济方面经济方面经济方面:应该充分考虑整个系应该充分考虑整个系统热能的利用统热能的利用,以便降低操作费用以便降低操作费用.例如例如:从塔顶出来的蒸气和从塔底从塔顶出来的蒸气和从塔底排出的液体带出的热量可用于预排出的液体带出的热量可用于预热原料液或它处热
2、原料液或它处.2.2.全塔操作的稳定性全塔操作的稳定性全塔操作的稳定性全塔操作的稳定性:若操作不稳若操作不稳定定,就不能保证产品质量的均匀就不能保证产品质量的均匀.有时也把冷凝器分割为两部分有时也把冷凝器分割为两部分,一一部分预热原料液部分预热原料液,另一部分用冷却另一部分用冷却水使蒸气冷凝水使蒸气冷凝.这样可以用控制冷这样可以用控制冷却水量来控制冷凝器的操作却水量来控制冷凝器的操作,同时同时保证进料温度一定保证进料温度一定.为此为此n n控制再沸器中加热蒸气压力的控制再沸器中加热蒸气压力的恒定是保证操作稳定的条件之恒定是保证操作稳定的条件之一一,但原料液或回流液的流量和但原料液或回流液的流量
3、和温度发生变化时温度发生变化时,稳定情况也会稳定情况也会受到一定的影响受到一定的影响n n为了使进料保持稳定为了使进料保持稳定,一般入塔一般入塔的原料液由高位槽供给的原料液由高位槽供给,以免受以免受泵的流量波动的影响泵的流量波动的影响.n n为了保持回流液的稳定为了保持回流液的稳定,冷凝器冷凝器常采用冷却水常采用冷却水,而不用塔顶蒸气而不用塔顶蒸气预热原料液预热原料液.因为塔顶蒸气量如因为塔顶蒸气量如有波动有波动,将影响回流液量及进料将影响回流液量及进料温度温度.从而影响整个塔的操作稳从而影响整个塔的操作稳定性。有时也把冷凝器分割为定性。有时也把冷凝器分割为两部分两部分,一部分预热原料液一部分
4、预热原料液,另一另一部分用冷却水使蒸气冷凝部分用冷却水使蒸气冷凝.这样这样可以用控制冷却水量来控制冷可以用控制冷却水量来控制冷凝器的操作凝器的操作,同时保证进料温度同时保证进料温度一定一定.n n 塔釜液体虽然温度很高塔釜液体虽然温度很高,但用它但用它来预热原料液来预热原料液,对液对液-液传热过液传热过程其传热系数很小程其传热系数很小,则所需传热则所需传热面积必然很大面积必然很大第2页/共48页 精馏方案的选定精馏方案的选定n n1 1.操作压力操作压力(常压常压,加压加压,减压减压)-)-设计压力一般指塔顶压力设计压力一般指塔顶压力 沸点低沸点低沸点低沸点低,常压下为气态的物料常压下为气态的
5、物料常压下为气态的物料常压下为气态的物料-加压操作加压操作加压操作加压操作,加压可提高操作的平均温度加压可提高操作的平均温度,有利有利于塔顶蒸气冷凝热的利用或可使用较便宜的冷却剂于塔顶蒸气冷凝热的利用或可使用较便宜的冷却剂,减少冷凝减少冷凝,冷却的费用冷却的费用.在相同的塔径下在相同的塔径下,适当提高操作适当提高操作压力压力,还可提高塔的处理能力还可提高塔的处理能力.但但P P提高提高,再沸器的再沸器的T T提高提高,相对挥发度下降相对挥发度下降.热敏性和高沸点的物料热敏性和高沸点的物料热敏性和高沸点的物料热敏性和高沸点的物料-减压操作减压操作减压操作减压操作.P P降低降低,相对挥发度提高相
6、对挥发度提高,有利于分离有利于分离.操作的平操作的平均温度降低均温度降低,加热剂温度降低加热剂温度降低.但可导致但可导致DD增加增加,塔顶蒸气冷凝温度降低塔顶蒸气冷凝温度降低,必须使用真空设备必须使用真空设备.相应的操作费用相应的操作费用和设备费用增加和设备费用增加.由于塔板压降由于塔板压降,从塔顶到塔底压力逐渐增加从塔顶到塔底压力逐渐增加,温度也相应的增加温度也相应的增加(物料组成和压力同时作用的结果物料组成和压力同时作用的结果).).因而因而沿塔物性和气液负荷也随之变化沿塔物性和气液负荷也随之变化.常压和减压塔常压和减压塔-如塔板压降不是很大如塔板压降不是很大,工艺计算时假定全塔各处压力相
7、等工艺计算时假定全塔各处压力相等-误差不大误差不大.减压塔减压塔-压力分布与塔板的结构形式压力分布与塔板的结构形式,气液负荷气液负荷,气液物性等多种因素有关气液物性等多种因素有关,很难计算很难计算,一般先假设再较核一般先假设再较核.多次试差多次试差.第3页/共48页 精馏方案的选定精馏方案的选定n n2.2.进料状态进料状态n n 原则讲原则讲,要使回流在全塔发挥作用要使回流在全塔发挥作用,全部冷量应该加在塔顶全部冷量应该加在塔顶,全部热量加在塔全部热量加在塔底底.但实际设计时应该考虑设备费和操作费问题及操作平稳等多种因素但实际设计时应该考虑设备费和操作费问题及操作平稳等多种因素.n n 进料
8、进料进料进料-预热到泡点或接近泡点预热到泡点或接近泡点预热到泡点或接近泡点预热到泡点或接近泡点(进料温度不受季节气温变进料温度不受季节气温变化和前一道工序波动限制化和前一道工序波动限制,塔的操作比较容易控制塔的操作比较容易控制.而且精馏段和提馏段的而且精馏段和提馏段的上升蒸气量相近上升蒸气量相近).).n n 有时为了减小再沸器的热负荷有时为了减小再沸器的热负荷有时为了减小再沸器的热负荷有时为了减小再沸器的热负荷(如再沸器所需加热剂温如再沸器所需加热剂温度较高度较高,或物料容易在再沸器内结焦等或物料容易在再沸器内结焦等)可在料液预热时加入更多的热量可在料液预热时加入更多的热量,甚甚至采用饱和蒸
9、气进料至采用饱和蒸气进料.n n 注意注意:实际设计还应该考虑整个车间的流程安排实际设计还应该考虑整个车间的流程安排.第4页/共48页 精馏方案的选定精馏方案的选定n n3.多股进料n n 原料来源不同,浓度差别很大,从分离角度,应该从不同的位置加入.但所处理的物料量不多时(或其中的一种物料不多时),从设备加工和操作方便考虑,也往往多股混合以后作一股物料加入.第5页/共48页 精馏方案的选定精馏方案的选定n n4.4.加热方式加热方式n n大塔大塔-塔外,形式塔外,形式-夹套式夹套式.蛇管式蛇管式,列管式列管式(立式再沸器立式再沸器,卧式再沸器卧式再沸器)n n立式热虹吸再沸器的主要特点立式热
10、虹吸再沸器的主要特点立式热虹吸再沸器的主要特点立式热虹吸再沸器的主要特点:传热系数较高传热系数较高,结构紧凑结构紧凑,占地面积小占地面积小,液体在管内停留时间短液体在管内停留时间短,不不容易结垢容易结垢,且容易清洗且容易清洗;但壳程不能清洗但壳程不能清洗,因此用于较脏的加热介质因此用于较脏的加热介质;其本身造价较低其本身造价较低,但要求较高但要求较高的塔体裙座的塔体裙座.n n 卧式热虹吸再沸器的主要特点卧式热虹吸再沸器的主要特点卧式热虹吸再沸器的主要特点卧式热虹吸再沸器的主要特点:可用低裙座可用低裙座,但占地面积大但占地面积大,出塔产品缓冲容积较大出塔产品缓冲容积较大,故流故流动稳定动稳定,
11、在加热段停留时间短在加热段停留时间短,不容易结垢不容易结垢,可以使用较脏的加热介质可以使用较脏的加热介质.n n 立式和卧式强制循环再沸器的共同特点立式和卧式强制循环再沸器的共同特点立式和卧式强制循环再沸器的共同特点立式和卧式强制循环再沸器的共同特点:适应于高粘度液体和热敏性物料适应于高粘度液体和热敏性物料,因为强制循因为强制循环流速高环流速高,停留时间短停留时间短,有利于工艺流体循环流量的控制和调节有利于工艺流体循环流量的控制和调节.第6页/共48页 精馏方案的选定精馏方案的选定n n5.冷却方式n n 1)1)冷却剂冷却剂-通常是水通常是水,水温随气候而定水温随气候而定.入口一般为入口一般
12、为1515-20-20,出口出口5050,目的防止溶解,目的防止溶解于水中的无机盐析出于水中的无机盐析出.n n 冷却剂冷却剂 还可以是冷冻盐水还可以是冷冻盐水.液氨等,一般用于较低温度。液氨等,一般用于较低温度。n n 2)2)冷凝设备的结构形式冷凝设备的结构形式n n 小塔小塔-蛇管换热器蛇管换热器n n 大塔大塔-列管式换热器列管式换热器第7页/共48页工艺流程的设计工艺流程的设计 第8页/共48页工艺流程设计的要求工艺流程设计的要求n n 根据规定的操作条件进行工艺流程的设计时,所选的参数、设备的型式必须进行简要的论证,对合理利用热能的可能性要做简要分析。n n绘制精馏装置的工艺流程图
13、。n n设计开始时通常只能对方案、流程作初步安排,待整个设计计算完成后再对方案流程进行修正并作较全面的论证讨论。第9页/共48页板式塔的工艺计算板式塔的工艺计算n n精馏塔的物料衡算,热量衡算,工艺流程图n n1.1.物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算 确定各股物料的流量和组成确定各股物料的流量和组成n n2.2.热量衡算热量衡算热量衡算热量衡算 确定确定 冷凝器热负荷、再沸器热负荷、冷却器、预热器冷凝器热负荷、再沸器热负荷、冷却器、预热器n n3.3.确定最小回流比和适宜的回流比确定最小回流比和适宜的回流比确定最小回流比和适宜的回流比确定最小回流比和适宜的回流比n n4.4.求解理论板层数求解
14、理论板层数求解理论板层数求解理论板层数n n5.5.估算全塔效率估算全塔效率估算全塔效率估算全塔效率n n6.6.确定实际塔板数确定实际塔板数确定实际塔板数确定实际塔板数第10页/共48页塔板的工艺设计塔板的工艺设计n n塔板间距塔板间距n n塔径估算塔径估算n n溢流装置溢流装置n n塔板布置塔板布置n n浮阀装置浮阀装置n n塔板流体力学验算塔板流体力学验算第11页/共48页 塔板间距塔板间距n n塔板间距过小,雾沫夹塔板间距过小,雾沫夹带严重,塔板效率降低。带严重,塔板效率降低。n n塔板间距过大,设备增塔板间距过大,设备增高,金属耗量增大高,金属耗量增大 ,塔,塔的造价增加的造价增加。
15、n n塔板间距直接影响塔的塔板间距直接影响塔的生产能力、分离效率、生产能力、分离效率、操作弹性及塔的高度。操作弹性及塔的高度。n n塔板间距与塔径同时考塔板间距与塔径同时考虑。板间距大,塔径可虑。板间距大,塔径可小些。对于板数较多的小些。对于板数较多的塔,取较小的板间距,塔,取较小的板间距,可适当降低塔高。可适当降低塔高。第12页/共48页塔径的估算塔径的估算塔径的大小取决于上升的蒸汽流量和空塔气速塔径的大小取决于上升的蒸汽流量和空塔气速塔径的大小取决于上升的蒸汽流量和空塔气速塔径的大小取决于上升的蒸汽流量和空塔气速n n适宜的空塔气速与流体的物理性质、塔板适宜的空塔气速与流体的物理性质、塔板
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