化工原理课程设计指导书 板式精馏塔的设计 山东理工大学化学工程学院 化学工程系编 2017年1月
1 化工原理课程设计指导书 –––––板式精馏塔的设计 山东理工大学化学工程学院 化学工程系编 2017 年 1 月
目录 绪论00004 第一节概述. .8 1.1精榴振作对塔设备的要求. .8 1.2板式塔集型. 1.2.1筛板塔 1.2.2浮阀塔 1.3精榴塔的孩计步骤 第二节设计方案的确定， .10 21棒作条件的确定。 .10 2.1.1操作压力 10 2.1.2进料状态 10 2.1.3加热方式 10 2.1.4冷却剂与出口温度 11 2.1.5热能的利用 11 2.2确定被计方景的原则 11 第三节板式精馏塔的工艺计算.12 3.】物料衡算与操作孩方程 .12 3.1.1常规塔 12 3.1.2直接蒸汽加热 .13 第四节板式塔主要尺寸的设计计算.14 4.1塔的有效高度计算 15 4.2板式塔的塔板工艺尺寸计算 .18 4.2.1溢流装置的设计 18 4.2.2塔板设计， .25 4.2.3塔板的流体力学计算 .28 4.2.4塔板的负荷性能图。 .33 第五节板式塔的结构.。 .34 5.1塔的总体转物 34 5.2塔体是高度 .34 5.2.1塔顶空间Ho .34
2 目 录 绪 论. 4 第一节 概 述 . 8 1.1 精馏操作对塔设备的要求.8 1.2 板式塔类型.8 1.2.1 筛板塔 .9 1.2.2 浮阀塔 .9 1.3 精馏塔的设计步骤.9 第二节 设计方案的确定. 10 2.1 操作条件的确定. 10 2.1.1 操作压力. 10 2.1.2 进料状态. 10 2.1.3 加热方式. 10 2.1.4 冷却剂与出口温度. 11 2.1.5 热能的利用 . 11 2.2 确定设计方案的原则. 11 第三节 板式精馏塔的工艺计算 . 12 3.1 物料衡算与操作线方程. 12 3.1.1 常规塔. 12 3.1.2 直接蒸汽加热. 13 第四节 板式塔主要尺寸的设计计算. 14 4.1 塔的有效高度计算. 15 4.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算. 18 4.2.1 溢流装置的设计. 18 4.2.2 塔板设计. 25 4.2.3 塔板的流体力学计算. 28 4.2.4 塔板的负荷性能图. 33 第五节 板式塔的结构. 34 5.1 塔的总体结构 . 34 5.2 塔体总高度. 34 5.2.1 塔顶空间 HD. 34
5.2.2人孔数目 34 5.2.3塔底空间H8 .36 5.3塔板结构 4.36 5.3.1整块式塔板结构. .36 第六节精馏装置的附属设备.36 6】国使除版器 37 62管毫式换热器的孩计与选型. .37 62.1流体流动阻力（压强降）的计算 6.2.2管壳式换热器的选型和设计计算步骤. 38 .39 6.3再第器. 39 6.4接管直径 40
3 5.2.2 人孔数目. 34 5.2.3 塔底空间 HB. 36 5.3 塔板结构 . 36 5.3.1 整块式塔板结构 . 36 第六节 精馏装置的附属设备. 36 6.1 回流冷凝器. 37 6.2 管壳式换热器的设计与选型 . 37 6.2.1 流体流动阻力（压强降）的计算. 38 6.2.2 管壳式换热器的选型和设计计算步骤. 39 6.3 再沸器. 39 6.4 接管直径. 40
绪 论 一、化工原理课程设计的目的和要求 课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程 及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起 着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选 择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复 的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作 能力的有益实践。 通过课程设计，学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1.查阅资料，选用公式和搜集数据（包括从己发表的文献中和从生产现场中搜集）的能 力： 2.树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的 劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的 能力： 3.迅速准确的进行工程计算的能力 4.用简洁的文字，清晰的图表米表达自己设计思想的能力。 二、化工原理课程设计的内容和步骤 (一)课程设计的基本内容 1.设计方案简介对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述： 2.主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工 艺尺寸计算及结构设计： 3.典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号 规格的选定： 4.带控制点的工艺流程简图以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料 流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点： 5.主体设备工艺条件图图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表： 完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设 计工作的主要依据，应包括以下主要内容： (1)封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间）： (2)设计任务书： (3)日录： (4)设计方案简介： (5)设计条件及主要物性参数表： (6)工艺设计计算： (7)辅助设备的计算及选型 (8)设计结果汇总表： (9)设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论：
4 绪 论 一、化工原理课程设计的目的和要求 课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程 及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起 着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选 择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复 的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作 能力的有益实践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能 力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的 劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的 能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 二、化工原理课程设计的内容和步骤 （一）课程设计的基本内容 1. 设计方案简介 对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述； 2. 主要设备的工艺设计计算 包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工 艺尺寸计算及结构设计； 3. 典型辅助设备的选型和计算 包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号 规格的选定； 4. 带控制点的工艺流程简图 以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料 流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点； 5. 主体设备工艺条件图 图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表； 完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设 计工作的主要依据，应包括以下主要内容： （1）封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 ）； （2）设计任务书； （3）目录； （4）设计方案简介； （5）设计条件及主要物性参数表； （6）工艺设计计算； （7）辅助设备的计算及选型； （8）设计结果汇总表； （9）设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论；
(10)工艺流程图及设备工艺条件图： (11)参考资料。 (一)课程设计的步 1.动员和布置任务： 2.阅读指导书和查阅资料： 3.现场调查： 4.设计计算，绘图和编写说明书： 5.考核和答辩。 整个设计是由论述、计算和绘图三部分组成。论述应该条理清晰，观点明确：计算要 求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处：图表应能简要表达 计算的结果。 课程设计的答辩，是及时了解学生设计能力的补充过程，也是提高设计水平，交流心 得和扩大收获的重要过程。答辩通常包括个别答辩和公开答辩两种形式。个别答辩的目的 不仅是对学生进行全面考核，更主要的是促进学生开动脑筋，提高设计水平。所以，在个别 答辩后，应允许学生修改补充自己的图纸和说明书。公开答辩是在个别答辩的基础上，选 出几个有代表性的学生在全班公开答辩，实际上是以他们的中心发言来引导全班性的讨 论，目的是交流心得、探讨问题和扩大收获。 三、带控制点的工艺流程图的绘制 带控制点的工艺流程图是一种示意性的图样，它以形象的图形、符号、代号表示出化工 设备、管路、附件和仪表自控等，借以表达出一个生产中物料及能量的变化始末。工艺流 程图绘制范围如下： 1.必须反映出全部工艺物料和产品所经过的设备： 2.应全部反映出主要物料管路，并表达出进出装置界区的流向： 3.冷却水、冷冻盐水、工艺用的压缩空气、蒸汽（不包括副产品蒸汽）及蒸汽冷凝液系 统等的整套设备和管线不在图内表示，仅示意表示出与工艺设备相连的一小段及相应的控 制阀门和仪表： 4.包括绘制图例，图画上必要的说明和标注，并按图签规定签署： 5.必须标注工艺设备，工艺物流线上的主要控制点符号及调节阀等。这里指的控制点 符号包括被测变量的仪表功能（如调节、纪录、指示、积算、连锁、报警、分析、检测及集 中，就地仪表等) 流程图的绘制步骤如下： 1.用细实线(0.3mm)画出设备简单外形，设备 一般按1：100或1：50的比例绘制，如某 种设备过高（如精馏塔），过大或过小，则可适当放大或缩小： 2.常用设备外形可参照图01规定所示，对于无示例的设备可绘出其象征性的简单外 形，表明设备的特征即可： 3.用粗实线(0.9mm)画出连接设备的主要物料管线，并注出流向箭头： 4.辅助物料管道（如冷却水、加热蒸汽等），用中粗实线(0.6mm)表示： 5.设备按主要物料的流向在图面上由左至右展开排列，图上一律不标示设备的支脚 支架和平台等，一般情况下也不标注尺寸
5 （10）工艺流程图及设备工艺条件图； （11）参考资料。 （二）课程设计的步骤 1. 动员和布置任务； 2. 阅读指导书和查阅资料； 3. 现场调查； 4. 设计计算,绘图和编写说明书； 5. 考核和答辩。 整个设计是由论述、计算和绘图三部分组成。论述应该条理清晰，观点明确；计算要 求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处；图表应能简要表达 计算的结果。 课程设计的答辩，是及时了解学生设计能力的补充过程，也是提高设计水平，交流心 得和扩大收获的重要过程。答辩通常包括个别答辩和公开答辩两种形式。个别答辩的目的 不仅是对学生进行全面考核，更主要的是促进学生开动脑筋,提高设计水平。所以，在个别 答辩后，应允许学生修改补充自己的图纸和说明书。公开答辩是在个别答辩的基础上，选 出几个有代表性的学生在全班公开答辩，实际上是以他们的中心发言来引导全班性的讨 论，目的是交流心得、探讨问题和扩大收获。 三、带控制点的工艺流程图的绘制 带控制点的工艺流程图是一种示意性的图样,它以形象的图形、符号、代号表示出化工 设备、管路、附件和仪表自控等，借以表达出一个生产中物料及能量的变化始末。工艺流 程图绘制范围如下： 1. 必须反映出全部工艺物料和产品所经过的设备； 2. 应全部反映出主要物料管路，并表达出进出装置界区的流向； 3. 冷却水、冷冻盐水、工艺用的压缩空气、蒸汽(不包括副产品蒸汽)及蒸汽冷凝液系 统等的整套设备和管线不在图内表示，仅示意表示出与工艺设备相连的一小段及相应的控 制阀门和仪表； 4. 包括绘制图例，图画上必要的说明和标注，并按图签规定签署； 5. 必须标注工艺设备，工艺物流线上的主要控制点符号及调节阀等。这里指的控制点 符号包括被测变量的仪表功能(如调节、纪录、指示、积算、连锁、报警、分析、检测及集 中,就地仪表等)。 流程图的绘制步骤如下： 1. 用细实线(0.3mm)画出设备简单外形，设备一般按 1:100 或 1:50 的比例绘制，如某 种设备过高(如精馏塔)，过大或过小，则可适当放大或缩小； 2. 常用设备外形可参照图 0-1 规定所示，对于无示例的设备可绘出其象征性的简单外 形，表明设备的特征即可； 3. 用粗实线(0.9mm)画出连接设备的主要物料管线，并注出流向箭头； 4. 辅助物料管道(如冷却水、加热蒸汽等)，用中粗实线(0.6mm)表示； 5. 设备按主要物料的流向在图面上由左至右展开排列，图上一律不标示设备的支脚、 支架和平台等，一般情况下也不标注尺寸