1、化工原理课程设计化工原理课程设计题目：聚乙烯醇生产中的题目：聚乙烯醇生产中的 甲醇回收工艺和设备设计甲醇回收工艺和设备设计一、设计的特点：一、设计的特点：技术与经济相结合的科学技术与经济相结合的科学 有多种解，多种方案，选优有多种解，多种方案，选优二、设计的规模：二、设计的规模：1.1.以工厂以工厂(产品产品)为单位；为单位；2.2.以工段以工段(工序工序)为单位；为单位；3.3.以设备以设备(单元单元)为单位为单位三、三、设计的程序和内容：设计的程序和内容：1.工艺设计：工艺流程图工艺设计：工艺流程图(PFD)，并作物料衡算、能量衡算并作物料衡算、能量衡算 2.系统设计：管道和仪表图系统设计
2、：管道和仪表图(PID)，计算管道规格、汇总成表格计算管道规格、汇总成表格 定控制方案并选仪表定控制方案并选仪表 3.设备设计：选定型设备，设备设计：选定型设备，设计非定型设备设计非定型设备(工艺设计、机械设计工艺设计、机械设计)4.总图设计：总图设计：各单元的平、立面布置，管道布置图各单元的平、立面布置，管道布置图 施工图施工图5.公用工程设计：公用工程设计：制冷、水、电、汽、气、真空等制冷、水、电、汽、气、真空等 施工图施工图6.土建设计：土建设计：房屋、地基等等房屋、地基等等 施工图施工图四、本课程设计的工业背景：四、本课程设计的工业背景：聚乙烯醇生产工艺：聚乙烯醇生产工艺：1.1.聚合
3、反应聚合反应 甲醇作溶剂，防止聚合甲醇作溶剂，防止聚合溶液的粘度上升，反应溶液的粘度上升，反应放热可由溶剂的蒸发除去。放热可由溶剂的蒸发除去。2.2.皂化反应皂化反应 碱触媒碱触媒 3.3.回收回收 皂化废液中含有醋酸甲酯、甲醇、醋酸钠、水皂化废液中含有醋酸甲酯、甲醇、醋酸钠、水水解反应水解反应 CH3OCOCH3+H2O CH3OH+CH3COOH 置换反应置换反应2NaOCOCH3+H2SO4 Na2SO4+2CH3COOH 精馏方案的选定精馏方案的选定操作压力：常压、加压、减压操作压力：常压、加压、减压进料状态：热在塔釜、冷在塔顶进料状态：热在塔釜、冷在塔顶 气相负荷气相负荷 塔釜负荷塔
4、釜负荷加热方式：间接蒸汽加热、直接蒸汽加热加热方式：间接蒸汽加热、直接蒸汽加热 中间再沸器、中间冷凝器中间再沸器、中间冷凝器塔板型式的选定：筛板、浮阀、泡罩、舌型等等塔板型式的选定：筛板、浮阀、泡罩、舌型等等筛板塔优点：筛板塔优点：1 1。结构简单，造价低。结构简单，造价低2 2。处理能力大。处理能力大3 3。塔板效率高。塔板效率高4 4。板压降低。板压降低5 5。安装容易，清理检修方便。安装容易，清理检修方便。液流程数选定：液流程数选定：溢流装置的选定：溢流装置的选定：降液管：垂直，倾斜降液管：垂直，倾斜受液盘：平型，凹型受液盘：平型，凹型溢流堰：平直，齿形溢流堰：平直，齿形塔板分块塔板分块
5、五、精馏塔设计要求：五、精馏塔设计要求：图纸：带控制点的工艺流程图图纸：带控制点的工艺流程图 3 3号图纸号图纸 设备总装图设备总装图 3 3号图纸号图纸报告：精馏塔设计部分目录：报告：精馏塔设计部分目录：设计任务书设计任务书一、前言一、前言二、精馏塔设计内容二、精馏塔设计内容 2.1 2.1 物料衡算物料衡算 2.2 2.2 塔板数计算塔板数计算 2.2.1 2.2.1 相平衡计算相平衡计算 2.2.2 2.2.2 逐板计算逐板计算 2.2.3 2.2.3 实际板数的确定实际板数的确定 2.3 2.3 筛板塔工艺计算筛板塔工艺计算2.3.1 2.3.1 塔径计算塔径计算 2.3.2 2.3.
6、2 塔板详细设计塔板详细设计 2.3.3 2.3.3 塔板流体力学校核塔板流体力学校核 1 1板压降校核板压降校核 2 2液沫夹带量校核液沫夹带量校核 3 3溢流液泛条件校核溢流液泛条件校核 4 4液体在降液管内停留时间校核液体在降液管内停留时间校核 5 5漏液点的校核漏液点的校核 2.3.4 2.3.4 负荷性能图负荷性能图 1 1液相下限线液相下限线 2 2液相上限线液相上限线 3 3漏液线漏液线 4 4过量液沫夹带线过量液沫夹带线 5 5溢流液泛线溢流液泛线 6 6精馏线和提馏线精馏线和提馏线 2.4 2.4 塔高及接管尺寸塔高及接管尺寸 2.5 2.5 辅助设备的选型辅助设备的选型三、
7、控制点说明三、控制点说明 1 1精馏段灵敏板温度控制精馏段灵敏板温度控制 2 2塔釜液位控制塔釜液位控制 3 3进料流量控制进料流量控制 4 4塔釜加热蒸汽温度控制塔釜加热蒸汽温度控制四、数据汇总表四、数据汇总表五、符号说明五、符号说明六、参考文献六、参考文献参考文献：参考文献：1 1陈英南陈英南.常用化工单元设备的设计常用化工单元设备的设计.华东理工大华东理工大学出版社学出版社.2005.20052 2中国石化集团上海工程有限公司编中国石化集团上海工程有限公司编.化工工艺化工工艺设计手册设计手册(第三版第三版).).化学工业出版社化学工业出版社.2003.2003 3 3江体乾等江体乾等.化
8、工工艺手册化工工艺手册.上海科学技术出版上海科学技术出版社社.1992 .1992 4 4化学工程手册编委化学工程手册编委.化学工程手册化学工程手册(第第1 1篇篇)化工化工基础数据基础数据.化学工业出版社化学工业出版社.1980.19805 5魏兆仙等魏兆仙等.塔设备设计塔设备设计.化学工业出版社化学工业出版社.1988.19886 6陈敏恒等陈敏恒等.化工原理化工原理(第三版第三版).).化学工业出版化学工业出版社社.2006.2006一、前言一、前言 工业背景、详细描述回收工段流程工业背景、详细描述回收工段流程 (方块图，流程说明方块图，流程说明)、项目意义项目意义 (提高物质利用率，降
9、低单耗环保需要提高物质利用率，降低单耗环保需要)产品性质产品性质(用途，物理性质，毒性用途，物理性质，毒性)聚乙烯醇为白色粉状物，具有水溶性。可作维聚乙烯醇为白色粉状物，具有水溶性。可作维尼纶的原料；作粘合剂、分散剂；制造耐油薄膜，尼纶的原料；作粘合剂、分散剂；制造耐油薄膜，光敏印刷板光敏印刷板 甲醇为无色透明液体，能与水和大多有机溶剂甲醇为无色透明液体，能与水和大多有机溶剂混溶。容易挥发、燃烧，其蒸汽与空气形成爆炸混溶。容易挥发、燃烧，其蒸汽与空气形成爆炸性混合物。用于生产甲醛、丙烯酸甲酯、等等性混合物。用于生产甲醛、丙烯酸甲酯、等等二、精馏塔设计内容二、精馏塔设计内容 2.1 2.1 物料
10、衡算物料衡算例：例：生产任务：生产任务：处理量：处理量：1010万吨万吨/年年（年工作日以（年工作日以330330天计，每天天计，每天2424小时）小时）其中含：甲醇其中含：甲醇60wt%60wt%，水，水40wt%40wt%分离要求：分离要求：常压连续精馏操作；常压连续精馏操作；回收甲醇组成为：回收甲醇组成为：含甲醇含甲醇 97 wt%97 wt%；残液组成为：残液组成为：含甲醇含甲醇 0.5 wt%0.5 wt%hkmolF/3.517)184.0326.0(2433010107 458.018/4.032/6.032/6.0 Fx980.018/03.032/97.032/97.0 Dx
11、00282.018/995.032/005.032/005.0 WxhkmolxxxxFDWDWF/0.24100282.0980.000282.0458.03.517 hkmolDFW/3.2760.2413.517 2.2.1 相平衡计算相平衡计算 由由4或或6可查可查 A,B,C平衡数据、马古斯方程平衡数据、马古斯方程A12、A216p55，已知已知 x 求求 y已知已知x，A12、A21求求，设泡点设泡点t，算，算 f(t)0,t (Excel)2.2.2 逐板计算逐板计算 算算Rmin，Nmin，RN图图(吉利兰吉利兰)，定定R (费用核算费用核算)、V、L、操作线方程，从操作线方程
12、，从xW算到算到xD Aspen,ProIILV2.2.3 实际板数的确定实际板数的确定定性温度定性温度(tD+tW)/2 查查A,B,L=xii 加料加料x,(tD+tW)/2 下，计算下，计算=PA0A/PB0B,2.3.1 塔径计算塔径计算需要需要，Vs,Ls,V,L(取提馏段的取提馏段的)计算计算1p25，有机物水溶液，有机物水溶液 例：例：30，水，水VW=M/=18/1=18 cm3/mol 甲醇甲醇VO=M/=32/0.780=41 cm3/mol 甲醇甲醇 q=1 A=B+Q,)/(WWOOOOOVxVxVx )/(WWOOWWWVxVxVx )/lg(OqWB )(/(441
13、.03/23/2WOOVqVTqQ ASOqSW)/lg(1 SOSW mN/m MV=32y+18(1-y)ML=32x+18(1-x)Vh=VyMA+(1-y)MB/V Lh=LxMA+(1-x)MB/L Vs=Vh/3600,Ls=Lh/3600两相流动参数两相流动参数44/14/1)(SOOSWW RTPMVV 5.0)(VLSSLVVLF BALaa 11费尔费尔关联关联设设HT,选泛点百分率选泛点百分率6080%，如，如0.8 un=0.8uf5.02.020)()20(VVLffCu 选选lW/D 确定确定Af/AT,nSnuVA TfnTAAAA/1 圆整，得圆整，得D，验，验
14、HT算算AT，Af，An，un，lW，un/uf TAD4 2.3.2 塔板详细设计塔板详细设计选溢流堰型式：平直，齿型选溢流堰型式：平直，齿型选堰高选堰高hW，与板压降有关与板压降有关选底隙选底隙h0,h0 2025mm选安定区选安定区Ws,Ws,边缘区边缘区Wc算算Wd算鼓泡区算鼓泡区 rxrxrxAa1222sin2选选d0,38mm选孔的排列方式：选孔的排列方式：三角，菱形三角，菱形选选t =(2.55)d0选板厚选板厚 ，222907.060sin21421 tdtdAAooao aAA 02004dAN 孔孔2.3.3 塔板流体力学校核塔板流体力学校核 1板压降校核板压降校核须须h
15、ow6mm否则，修改否则，修改lW/D,堰型式，液流程数堰型式，液流程数20021 cughlvd 3/231084.2 whowlLEh须须否则否则，hW,fTSaAAVu2 5.0vaauF )(owwlhhh ldfhhh fhNp实实总总 允允许许总总pp 2液沫夹带量校核液沫夹带量校核须须eV0.1kg液液/kg气气否则，否则，D,HT,lw/D vSlSVVLe 13溢流液泛条件校核溢流液泛条件校核 b=(D+lW)/2,Z=D-2Wd Hf=2.5(hW+how)选相对泡沫密度选相对泡沫密度，一般，一般0.5，易发泡，易发泡0.30.4须须Hfd 35 s，否则否则Af，hw 5
16、漏液点的校核漏液点的校核设漏液点的孔速设漏液点的孔速uow 须两者基本相等，原设成立须两者基本相等，原设成立k=u0/uow1.52.0，否则否则Ao 5.005.02vfTowvaAAAuuF wSwclLFhh23.1006.0725.00061.0 5.0202 vldowCghu 2.3.4 负荷性能图负荷性能图 1液相下限线液相下限线how=6mm,设设 E 验证验证 E 2液相上限线液相上限线取取=5秒，秒，Ls=AfHT/3漏液线漏液线点点1，取，取Lh1=Lh,uow1=uow,Vh1=uow1 A0点点2，取，取Lh2=2Lh1,设漏液点的孔速设漏液点的孔速uow2,2/33
17、1084.2 EhlLowwh5.005.02vfTowvaAAAuuF 须两者基本相等，原设成立须两者基本相等，原设成立Vh2=uow2A04过量液沫夹带线过量液沫夹带线eV=0.1kg液液/kg干气干气 点点1，FLV1=FLV wSwclLFhh23.1006.0725.00061.0 5.0202 vldowCghu VhLhVLVLWW VVLVeWWe 查泛点百分率查泛点百分率B un=Buf Vh1=3600 unAn点点2，如取，如取hhhhVLVL11 VhLhVLVLWW 222 5.0222)(LVVLLVWWF VVLVeWWe 22 查泛点百分率查泛点百分率B查泛点查
18、泛点 un=Buf Vh2=3600unAnLVVLhhWWVL 22 5.02.020)()20(VVLffCu 5溢流液泛线溢流液泛线点点1，取，取Lh1，取，取=0.57，=0，取，取E hl=(hW+how)Vh1=3600uowA0)(WTdhHH 3/2131084.2 whowlLEh20153.0 hlLhwSf )(lfowwddhhhhHh5.0202 vldowCghu 点点2，取，取Lh2，取，取=0.57，=0，取，取E hl=(hW+how)Vh2=3600uowA0 3/2231084.2 whowlLEh20153.0 hlLhwSf )(lfowwddhhhh
19、Hh5.0202 vldowCghu 6精馏线和提馏线精馏线和提馏线将将L,V换算成换算成Ls,Vs即精馏段负荷即精馏段负荷将将 换算成换算成Ls,Vs即提馏段负荷即提馏段负荷VL,2.4 塔高及接管尺寸塔高及接管尺寸人孔人孔(塔径塔径D0.8m，每隔，每隔810块板块板)，手孔手孔顶部蒸汽管、回流管、加料管、顶部蒸汽管、回流管、加料管、底部蒸汽管、出液管底部蒸汽管、出液管液封，液封，2.5 辅助设备的选型辅助设备的选型加料泵、冷凝器、再沸器热负荷计算加料泵、冷凝器、再沸器热负荷计算不需要详细计算不需要详细计算，选合适，选合适K三、控制点说明三、控制点说明控制什么、调节什么控制什么、调节什么1精馏段灵敏板温度控制精馏段灵敏板温度控制 灵敏板位置灵敏板位置2塔釜液位控制塔釜液位控制3进料流量控制进料流量控制4塔釜加热蒸汽温度控制塔釜加热蒸汽温度控制控制点的表示和安排控制点的表示和安排1控制参数：控制参数：T温度，温度，P压力，压力，G流量，流量，H液位液位2仪表功能：仪表功能：Z指示，指示，T调节，调节，J记录，记录，S积算，积算，L联锁联锁 例子：例子：压力指示、调节仪表，编号为压力指示、调节仪表，编号为3号，号，表装在控制室里表装在控制室里无横线为就地仪表，无横线为就地仪表，有横线为表头集中安装于控制室有横线为表头集中安装于控制室
