化工学院课程设计

吉林化工学院化工综合设计化工综合设计任务书题目：苯-甲苯-乙苯混合物分离工艺设计一、设计条件：1、混合物组成：苯60%，甲苯38%，乙苯2%（质量分数）；2、混合物处理量：9000kg/h；3、混合物料温度：25；4、混合物料压力：101kPa；5、分离要求：苯99 %，甲苯99.5%（质量分数）。二、设计内容：1、论述该分离工艺过程的建立过程；2、利用Aspen Plus模拟分离过程并进行优化；3、通过Aspen Plus模拟，进行物料衡算和热量衡算；4、利用AutoCAD绘制物料流程图；5、利用AutoCAD绘制带控制点工艺流程图；6、估算设备尺寸，编制设备一览表；7、进行车间布置和设备布置；8、利用AutoCAD绘制车间设备平面布置图。三、参考资料及文献1 李国庭等.化工设计概论M.北京：化学工业出版社.2 匡国柱,史启才.化工单元过程及设备课程设计M. 北京：化学工业出版社.2002.3 黄璐,王宝国.化工设计(第一版)M. 北京：化学工业出版社.2002.4 王国胜.化工原理课程设计M.大连：大连理工大学出版社.1994.5 陈敏恒,丛德滋,方图南，齐鸣斋.化工原理M. 北京：化学工业出版社.2008.6 刘家祺.分离过程M.北京：化学工业出版社,2002.7 孙兰义.化工流程模拟实训-Aspen Plus教程M. 北京：化学工业出版社.2012.目录目录II摘要1第一章 绪 论21.1化工设计概述21.2化工设计的特点和原则21.3化工设计类型31.4 车间工艺设计内容及流程41.5本设计任务及目标4第二章 工艺设计过程62.1工艺流程设计62.2工艺路线流程化62.3工艺流程的进一步丰富和完善72.4工艺流程简化92.5制定流程的操作条件和控制方案92.6工艺流程简捷与精确计算流程图比较10第三章 工艺计算123.1物料衡算123.1.1物料衡算的意义123.1.2物料衡算的原则123.1.3物料衡算12表3-1 主苯分离塔物料衡算表133.2 能量衡算说明书163.2.1能量衡算的意义163.2.2 能量衡算应遵循的原则163.2.3热量衡算17第四章 设备估算204.1常用的化工典型设备204.1.1离心泵204.1.2容积式泵204.1.3真空泵204.1.4换热器204.1.5反应釜204.1.6进出料管道204.1.7轴封系统214.1.8温度控制系统214.1.9蒸馏塔214.2 化工设备的选用214.2.1 泵的选用与设计程序214.2.2 传质设备的设计234.2.3传热设备的设计及选型244.2.4储罐的选择244.2.5 塔器的选型与设计254.2.6塔的其他附件设计和选定27第五章 车间平面设计295.1.车间布置设计概述295.2.车间布置设计的依据295.3.车间布置设计的内容29结 论32参考文献33III摘要本设计是在学习化工设计概论课程的基础上进行的工程设计实践操作，目的是通过设计和实践的方式，使大家深刻的理解学习有关工艺设计的基本理论，掌握化工厂设计的基本内容、方法和步骤。在设计过程中，根据苯-甲苯-乙苯混合物的物料状况和分离需求，确定了实际所需的工艺流程后，开始利用Aspen软件进行过程的模拟以及简单的优化，并且按照工艺的需要进行设备的工艺设计和选型；之后，参照相应的设计规范，按照此选型结果进行车间设备的布置；最后利用AutoCAD完成工艺流程图,带控制点的工艺流程图以及车间设备平面图。该设计完成混合物的分离要求，则此次工程设计基本训练的目的也就达到了。第一章 绪 论1.1化工设计概述化工设计是根据一个化学反应或过程设计出一个生产流程，并研究流程的合理性、先进性、可靠性和经济的可行性，再根据工艺流程及条件选择合适的生产设备、管道及仪表等，进行合理的工厂布局设计以满足生产的要求，工艺专业与有关非工艺专业进行密切设计合作，最终使这个工厂建成投产，这种设计全过程称为化工设计生产方法的选择、生产工艺流程设计、工艺计算，设备选型、车间布置设计及管道布置设计，向非工艺专业提供设计条件，设计文件以及概算的编制等项设计工作。精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工炼油石油化工等工业中得到广泛的应用。本设计的题目是苯甲苯二元物系板式精馏塔的设计。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计内容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，精馏工艺过程流程图，精馏塔设备结构图，设计说明书。塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式等。1.2化工设计的特点和原则在整个化工设计过程中，我们必须熟悉它的特点和原则，将其融入化工设计中。要灵活的进行工艺设计，力求在不违背规定的情况下，实现对资源的最大利用。如今我们对化工设计的要求及相关的内容都要进行进一步的了解。因为在化工生产中，安全是第一性的，所以我们必须对生产中的安全性进行剖析。化工设计的主要特点为政策性强：化工设计是一项政策性很强的综合工作，整个过程都必须遵循国家的各项有关方针政策和法规。我们要了解中国的国情，从我国国情出发，充分利用人力和物力资源；要抱着对国家、对人民负责的严肃认真的精神，严格遵守国家政策法令、自觉维护国家和人民的利益，为国家创造财富。确保安全生产；保护环境；保障良好的操作条件，减轻工人的劳动强度。技术性强：化工设计又是一项理论密切联系实际的工作，从事化工设计不仅要有专业理论知识、较广博的基础知识、扎实熟练的技能，还要有丰富的实践经验和运用先进设计手段的操作能力。化工设计是一种创造性劳动，不是照搬照抄，而是消化吸收，“出神入化”。经济性强：化工生产过程大都复杂，所需原材料种类多，能耗大，基建费用高，要求设计人员有经济观点，在确定生产方法、设备选型、车间布置、管道布置时都要加强经济观点，认真进行技术经济分析，处理好技术与经济的关系，做到化工设计技术上先进、成熟，经济上合理。综合性强：化工设计是一项系统工程，是一门多学科、多人手的集体性劳动，要在工作中团结协作，互相支持、互相配合，以大局为重，发扬民主、尊重科学、尊重知识，协作工作，必须依靠全体工艺设计人员和非工艺设计人员的通力合作，密切配合才能完成。 而化工设计原则则是：贯彻执行国家基本建设的方针政策，从符合党和国家的政治方针和技术经济政策出发，处理好技术、经济及环境的关系，并在国家法令、标准、规定的允许范围内精心设计，确保设计质量。认真贯彻“五化”设计原则（工厂布置一体化、生产装置露天化、建构筑物轻型化、公用工程社会化、引进技术国产化）。采用先进的科学技术，努力提高商品设计的质量，使设计做到标准规范，切合实际，技术先进，经济合理，安全适用，使建设项目的技术经济指标达到先进水平。设计使用的基础资料要准确、可靠，各种数据和技术条件要正确、切合实际；文字说明要清楚、确切，图纸要清晰、正确，避免出现重大设计错误。尽可能的利用最先进的工艺设备、先进的生产方式以及最为成熟的工艺流程，在保证产品质量的同时，也不能忽视环境的保护，利用较经济环保的方式去除生产后的三废，实现人与自然的共同和谐。1.3化工设计类型化工设计分类：从设计范围分化工设计通常又分为以工厂单位和以车间为单位的两种设计。工厂化工设计包括厂址选择、总图设计、化工工艺设计、非工艺设计、技术经济等各项设计工作。车间化工设计分为化工工艺设计和其他非工艺设计两部分。化工工艺设计内容主要有：生产方法的选择、生产工艺流程设计、工艺计算，设备选型、车间布置设计及管道布置设计，向非工艺专业提供设计条件，设计文件以及概(予)算的编制等项设计工作。 新建工厂设计分类1）工程设计工程设计是指没有现成的装置可以参照或仅仅根据中试或其它实验装置来设计工业生产装置。这种设计工作难度大，对设计人员的素质要求高。2）复用设计复用设计是利用已有装置的技术资料进行新装置的设计，这种设计基本没有大的改动。3）因地制宜设计因地制宜设计是在已有装置技术资料的基础上，根据即将建设装置的具体情况进行改进或变更，以适应新装置的要求，这样完成的设计称为因地制宜设计。 1.4 车间工艺设计内容及流程（1）设计准备工作（2）生产方法的选择 （3）生产工艺流程设计（4）工艺计算 （5）车间布置设计（6）管路设计（7）提供设计条件 （8）编写设计说明书 （9）概（预）算书的编制 图1.1车间工艺流程图1.5本设计任务及目标本设计主要是分离苯-甲苯-乙苯的工艺流程，根据苯-甲苯-乙苯的不同物理性质和化学性质，首先分离苯和甲苯-乙苯，苯在塔顶采出，甲苯-乙苯混合物在塔底采出，然后分离甲苯和乙苯，塔顶采出甲苯，塔底采出乙苯。分离过程用Aspen模拟实现。混合物组成： 笨60%-甲苯38%-乙苯2% 处理量为9000/h 混合物温度25分离结果T0101塔顶苯的纯度为99%。T0102塔顶甲苯的纯度为99.5%。符合基本的分离要求。为实现小试或中试提供基本的分离数据和要求。第二章 工艺设计过程2.1工艺流程设计工艺流程设计是化工设计中非常重要的环节，它通过工艺流程图的形式，形象地反映了化工生产由原料进入到产品输出的过程，其中包括物料和能量的变化，物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表。工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌。工艺流程设计也是一项复杂的技术工作，进行工艺流程设计需要从技术、经济、社会、安全和环保等多方面进行综合考虑，必须考虑一下原则：1） 尽可能采用先进设备、先进生产技术及成熟的科学技术成就，以保证产品质量2） 充分利用原料，努力提高原料利用率，提高生产率，采用高效率的设备，降低原材料消耗及水、电、汽（气）消耗，降低产品的生产成本，降低投资和操作费用，以便获得最佳的经济效益。3） 确保安全生产，以保证人身和设备安全，充分预计生产的故障，以便即时处理保证生产的稳定性。4） 尽量减少“三废”排放量，有完善的“三废”治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好“三废”的回收和综合利用。5） 生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。2.2工艺路线流程化1） 首先确定主反应过程；图2.1 工艺流程简图2） 由于没有反应流程，直接用Aspen模拟分离精馏段；3） 根据产品质量要求，确定产物净化分离的过程；4） 产品的计量、包装或后处理工艺流程；图2.2 工艺流程图5） 副产物处理的工艺流程.；6） “三废”排出物的综合治理流程；7） 确定动力使用和公用工程的配套。2.3工艺流程的进一步丰富和完善1. 根据要求，以T0101为基础，建立分离流程，并进行完善 本次设计，是研究以及实现苯-甲苯-乙苯三元混合物的分离，进料采用泡点进料，原料混合液从原料罐V0101径由泵打入换热器E0101，温度加到30之后由加压泵打入精馏塔。塔底设有再沸器。苯由塔顶上部采出，塔釜液进入T0102继续进行分离工作过程如下图所示。 原料预热及进料流程简图2-3-12. 根据要求，以T0102为基础，建立流程，分离甲苯并完善本次设计原料进量为苯60%，甲苯38%，乙苯2%（质量分数）；分离要求为苯99.5%，甲苯99.5%（质量分数）。通过比较由于苯、甲苯、乙苯的相对挥发度差距不是特别大，所以均可采用精馏的方法进行分离。原料经过T0101塔、T0102塔分离，依次得到产品B和T，T0101塔及T0102塔的分别采用外来蒸汽供热。首先原料经过预热后进入苯分离塔（T0101），塔顶分出苯，纯度99.5%以上，并且进入储罐V0102。塔釜溶液经过泵加压进入第二座塔：甲苯分离塔（T0102），通过精馏，塔顶出甲苯，进入储罐V0104，塔釜出乙苯和为蒸出组分,进入储罐V0107。过程如下简图：产品分离简图2-3-22.4工艺流程简化1）尽量采用先进技术，使主反应适应性强，力图使原材料处理简化2）尽量采用先进技术和先进装置，灵活运用化工单元操作，力图使产物的分离净化流程简化，这方面的工作往往会收到很好的效果3）尽量使公用工程和能源动力消耗归一和简化2.5制定流程的操作条件和控制方案为使每个化工过程、每台装置设备起到预期的作用，在设计流程时，就应当确定各个生产装置和设备要求达到和保持的工艺操作条件。为了保证工艺条件的稳定、正确，就必须同时确定控制方案，选定恰当的仪表和控制方案。图2.3 带节点的工艺流程图2.6工艺流程简捷与精确计算流程图比较组成工艺流程色顺序以及组成各化工单元的装置流程、选用的设备等可能有不止一种方案，对这些方案进行综合比较是十分必要的。在综合比较时，要用定量的标准来衡量，通过物料衡算和能量衡算，对全过程的总物料和能量衡算结果进行比较。另外，对控制条件、操作条件、装置投资、运营费用等因素对工艺流程的影响也进行评价。一般要在最佳条件下进行比较，比较经济性、工艺先进性、操作性、可靠性和安全性，选择一个最佳方案。首先利用Aspen模拟软件选择FUG（Fenske-Underwood-Gilliland）法进行简捷计算，分别计算最小理论板数、最小回流比、实际回流比等。由于简捷计算不够准确可以估算精馏塔的大致数据，因此求得所需要数据再进行严格计算采用MESH方程。（M）物料衡算、(E)相平衡关系、（S）每相中各组分的摩尔分数加和式、（H）热量衡算。再经优化最终可以达到设计要求，从而确定该流程的可行性。可得到简捷计算流程简图如下：图2.4 Aspen简捷计算流程图然后再利用Aspen进行精确模拟，将泵和换热器等加入模拟过程，形成简图如下所示图2.5 Aspen精确计算流程图第三章 工艺计算3.1物料衡算3.1.1物料衡算的意义在化学工程中，设计或改造工艺流程和设备，了解和控制生产操作过程，核算生产过程的经济效益，确定原材料消耗定额，确定生产过程的损耗量，对现有的工艺过程进行分析，选择最有效的工艺路线，对设备进行最佳设计以及确定最佳操作条件等都要进行物料衡算。而且，化学工程的开发与放大都以物料衡算为基础的。物料衡算是质量守恒定律的一种表现形式。凡引入某一设备的物料成分、质量或体积比等于操作后所得产物的成分、质量或体积加上物料损失。3.1.2物料衡算的原则对一般的体系而言，物料分布均可表示为：(物料的累积率)=(物料进入率)-(物料流出率)+(反应生成率)-(反应消耗率)特别地，当系统没有化学反应时，则可简化为：(物料的累积率)=(物料进入率)-(物料流出率)在稳定状态下有：(物料进入率)=(物料流出率)3.1.3物料衡算简捷计算结果如下：由Aspen Plus软件模拟得出的苯分离塔物料衡算如图3-1所示。 图3.1 Aspen苯分离塔简图苯分离塔cad图如下所示。图3.2 苯分离塔简图从表3-1可以看出，进、出物料的总体质量保持平衡。表3-1 主苯分离塔物料衡算表345Temperature C 70.380.3116.7Pressure bar0.11.011.2Vapor Frac100Mole Flow kmol/hr10.7946.8813.913Mass Flow kg/hr900538.02361.98Volume Flow cum/hr3072.3430.6570.468Enthalpy Gcal/hr0.1940.0930.025Mass FracBENZE-010.60.9940.015TOLUE-010.380.0060.935ETHYL-010.0200.05Mole Flow kmol/hrBENZE-016.9136.8440.069TOLUE-013.7120.0373.675ETHYL-010.1700.17甲苯分离塔物料衡算如图3-3所示。 图3.3 甲苯分离塔Aspen简图甲苯分离塔cad图如下所示图3.4 甲苯分离塔CAD简图从表3-2可以看出，进、出物料的总体质量保持平衡。表3-2甲苯塔物料衡算表345Temperature C116.7109.7142Pressure bar1.21.011.2Vapor Frac000Mole Flow kmol/hr3.9133.7420.172Mass Flow kg/hr361.98343.82118.159Volume Flow cum/hr0.4680.440.024Enthalpy Gcal/hr0.0250.0240Mass FracBENZE-010.0150.0160TOLUE-010.9350.9840.019ETHYL-010.050.0010.981Mole Flow kmol/hrBENZE-010.0690.0690TOLUE-013.6753.6710.004ETHYL-010.170.0020.168精确计算结果如下：表3-3 主苯分离塔物料衡算表345Temperature C7080.3117Pressure bar2.81.011.21Vapor Frac000Mole Flow kmol/hr10.7946.8763.918Mass Flow kg/hr900537.515362.485Volume Flow cum/hr1.0890.6570.469Enthalpy Gcal/hr0.1090.0930.025Mass FracBENZE-010.60.9950.014TOLUE-010.380.0050.936ETHYL-010.0200.05WATER000Mole Flow kmol/hrBENZE-016.9136.8470.066TOLUE-013.7120.0293.683ETHYL-010.1700.17WATER000表3-4甲苯塔物料衡算表345Temperature C117109.7137.9Pressure bar1.211.011.21Vapor Frac000Mole Flow kmol/hr3.9183.7220.196Mass Flow kg/hr362.485342.11920.366Volume Flow cum/hr0.4690.4380.027Enthalpy Gcal/hr0.0250.0240.001Mass FracBENZE-010.0140.0150TOLUE-010.9360.9830.14ETHYL-010.050.0010.86WATER000Mole Flow kmol/hrBENZE-010.0660.0660TOLUE-013.6833.6520.031ETHYL-010.170.0050.165WATER0003.2 能量衡算说明书3.2.1能量衡算的意义在化工生产中，有些过程需消耗巨大的能量，如蒸发、干燥、蒸馏等；而另一些过程则可释放大量能量，如燃烧、放热化学反应过程等。为了使生产保持在适宜的工艺条件下进行，必须掌握物料带入或带出体系的能量，控制能量的供给速率和放热速率。为此，需要对各生产体系进行能量衡算。能量衡算对于生产工艺条件的确定、设备的设计是不可缺少的一种化工基本计算。化工生产的能量消耗很大，能量消耗费用是化工产品的主要成本之一。衡量化工产品能量消耗水平的指标是能耗，即制造单位质量（或单位体积）产品的能量消耗费用。能耗也是衡量化工生产技术水平的主要指标之一。而能量衡算可为提高能量的利用率，降低能耗提供主要依据。通过能量衡算，可确定整个工艺系统的能耗是否符合设计合同的要求。3.2.2 能量衡算应遵循的原则物流焓的基准状态包括物流的基准压强、基准温度、基准相状态，热量衡算的文字表达式为：输入系统的能量=输出系统的能量+系统积累的能量对于连续生产，系统积累的能量为0，所以有Q + W = Hout - HinQ系统的换热量，即与加热剂或冷却剂的换热量W输入系统的机械能Hin进入系统的物料的焓Hout离开系统的物料的焓。3.2.3热量衡算由Aspen Plus软件模拟得出的苯分离塔热量衡算如图所示。 图3.5 换热器Aspen简图换热器cad图如下所示图3.6 换热器CAD简图简捷计算换热器数据如下：表3-5换热器衡算表23Temperature C25.370.3Pressure bar2.80.1Vapor Frac01Mole Flow kmol/hr10.79410.794Mass Flow kg/hr900900Volume Flow cum/hr1.033072.343Enthalpy Gcal/hr0.0930.194Mass FracBENZE-010.60.6TOLUE-010.380.38ETHYL-010.020.02Mole Flow kmol/hrBENZE-016.9136.913TOLUE-013.7123.712ETHYL-010.170.17精确计算换热器数据如下：表3-5换热器衡算表2839Temperature C25.31007082Pressure bar2.81.012.81.01Vapor Frac0000Mole Flow kmol/hr10.79449.95810.79449.958Mass Flow kg/hr900900900900Volume Flow cum/hr1.030.9391.0890.927Enthalpy Gcal/hr0.093-3.3430.109-3.359Mass FracBENZE-010.600.60TOLUE-010.3800.380ETHYL-010.0200.020WATER0101Mole Flow kmol/hrBENZE-016.91306.9130TOLUE-013.71203.7120ETHYL-010.1700.170WATER049.958049.958第四章 设备估算4.1常用的化工典型设备4.1.1离心泵 离心泵的流量调节一般是采用出口节流的方法，但也可以使用旁路调节方法，旁路调节耗费能量，但调节阀的尺寸比直接节流的小是它的优点。在离心泵设有分支路时，即一台泵要分送几支并联管路时，可采用分支调节方案。4.1.2容积式泵容积式泵（往复泵、齿轮泵、螺杆泵和旋涡泵等）当流量减小时容积式泵的压力急剧上升，因此不能在容积式泵的出口管道上直接安装节流装置来调节流量，通常采用旁路调节或改变转速、改变冲程大小来调节流程。4.1.3真空泵真空泵可采用吸入支路调节和吸入管阻力调节的方案。4.1.4换热器换热器的温度控制方案。(1)调节换热介质流量，用流体1的流量作调节参数来控制流体2的出口温度。(2)调节传热面积，适用于蒸汽冷凝换热器，调节阀装在凝液管路上。(3)分流调节，在用工艺流体作载热体回收热量时或冷却水流量不允许改变时，两个流量都不能调节。此时可利用三通阀使其中一个流体走分路，使部分流体走旁路。4.1.5反应釜人工手动控制的间歇反应器的PI流程比较简单。加料、反应和出料皆由人工操作控制，主要控制指标是反应温度（压力）和反应时间。自动控制的间歇反应器的PI流程要复杂得多，控制质量和劳动生产率都要高得多。4.1.6进出料管道釜顶左部为各种原料及试压氮气等进料管道，水和单体自动计量手动遥控进料。在进料总管中部串联一切断阀（球阀），进料完毕后关闭球阀，各管道就形成二道切断阀的密封。安全阀前不能有阀，故它装在切断阀与进口之间。4.1.7轴封系统搅拌轴的密封是釜式反应器的关键问题之一，机械密封是可高而先进的动密封结构，为了保障它的正常工作必须配有液封与冷却系统。密封液罐旁为搅拌电机的运转电流的指示、记录和过载报警回路。4.1.8温度控制系统间歇反应的温度控制是分阶段周期性变化的，热负荷也随着反应时间而变化，这都造成温度控制的困难。为此，设置了热水升温、工业水或冷冻水冷却共三套系统。循环水量大则进出口温差小和传热系数高（流速快），使釜内各点的温度更为均匀，水的流量大还能减少对象的容量滞后。水量恒定可以减少冷却水流量变化这个干扰因素，这些都有助于调节质量的提高。4.1.9蒸馏塔蒸馏是化工厂应用极为广泛的传质过程。以下将简单讨论蒸馏塔的基本控制方案及管道仪表流程实例。A蒸馏塔的基本控制方案蒸馏塔的控制方案很多，但基本形式通常只有两种。按精馏段指标控制取精馏段某点成分或温度为被调参数，而以回流量坛、馏出液量D或塔内蒸气量VB作为调节参数。按提馏段指标控制当对釜液的成分要求较之对馏出液为高时，例如塔底为主要产品时，常用此方案。如对塔顶和塔底产品的质量要求相近，又是液相进料，也往往采用此方案。B塔顶的流程与调节方案塔顶方案的基本要求是：把出塔蒸气的绝大部分冷凝下来，把不凝性气体排走；调节LR和D的流量和保持塔内压力稳定。4.2 化工设备的选用4.2.1 泵的选用与设计程序泵是化工厂最常用的液体输送设备，根据此设计的需要，采用离心泵输送流体。一共需要12个泵。（1）确定泵型。根据工艺条件及泵的特性，首先决定泵的型式再确定泵的尺寸。从被输送物料的基本性质出发，如物料的温度、粘度、挥发性、毒性、化学腐蚀性、溶解性和物料是否均一等因素来确定泵的基本型式。在选择泵的型式时，应以满足工艺要求为主要目标。确定选泵的流量和扬程。（2）流量的确定和计算。选泵时以最大流量为基础。（3）扬程的确定和计算。先计算出所需要的扬程，即用来克服两端容器的位能差，两端容器上静压力差，两端全系统的管道、管件和装置的阻力损失，以及两端（进口和出口）的速度差引起的动能差。（4）确定泵的安装高度。（5）确定泵的台数和备用率。（6）校核泵的轴功率。（7）确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量。（8）选用电动机。（9）填写选泵规格表。以T0101进料泵选型为例选型计算：由Aspen Plus 软件模拟出的数据，表T0101物料衡算表知，处理量为11000kg/h,混合物的摩尔流率为134.231kmol/h,体积流量为13.293m3/h,P=2.5kpa.选进口管径为80mm,出口管径为50mm。密度：流速： 雷诺数：（湍流）图4.1 数据表影响因素弯头球阀止回阀突然缩小突然扩大个数12111阻力系数1.39.59.50.51新的无缝钢管、镀锌铁管的相对粗糙度为0.10.2mm，本设计取0.1。解得釜液泵的进口管选3m,出口管选3m。泵进口是真空表，出口是压力表取进口压力0.1MPa，出口压力1MPa离心泵局部阻力：离心泵扬程：有效功率：表4.1离心泵的选型型号转速/r/min扬程/m功率KW必需汽蚀余量效率%轴功率电动机功率IS50-32-160145013.10.250.552.035经Aspen模拟以及查阅书籍后，本次泵的实际选择如下表4.2 泵的选型序号流程图号设备名称主要规格型号材料面积/m2h或容积/m31P0101苯塔进料泵40FMG-40H=39.5m,Q=12.7m3/h2P0102苯塔顶回流泵40FMG-16H=16m, Q=12.2m3/h3P0103苯塔底出料泵40FMG-16H=16m, Q=6.8m3/h4P0104甲苯塔进料泵40FMG-40H=39.5m,Q=6.8m3/h5P0105甲苯塔顶回流泵25FMG-41H=25m, Q=7.2m3/h6P0106甲苯塔底出料泵25FMG-25H=25m, Q=0.2m3/h4.2.2 传质设备的设计加料管管径取u=1.5m/s, 根据工艺标准，将其圆整到D=0.065m，选取规格的热轧无缝钢管。料液排出管管径取u=0.6m/s,根据工艺标准，将其圆整到D=0.05m。选取规格的热轧无缝钢管。序号流程图号设备名称主要规格型号材料面积/m2h或容积/m31T0101苯精馏塔碳钢d=1m h=16m 2T0102甲苯精馏塔碳钢d=1.4m h=15m 4.2.3传热设备的设计及选型冷凝器的选择，以T0101塔冷凝器选择为例。有机物蒸汽冷凝器设计选用的总体传热系数范围500-1500 本设计取k=1000 ）出料液温度：80（饱和气相）80（饱和液相），冷却水温度取2035，逆流操作：,2. 传热面积：根据全塔热量衡算得，取安全系数为1.00，则所需传热面积3 初选换热器型号由于两流体温差大于50，且流速为一般流体，即流速较小，可选用管壳式换热器。有管壳式换热器的系列标准，初选换热器型号为公称直径/管程数排管数管程流通面积/换热面积A/换热管长度L/10002190.0952327.646000排列方式：三角形排列根据本次Aspen模拟得出实际换热器的型号为下表所示表4.3 换热器的选择16E0101原料预热器AESX(Y)325-2.5-5-3/25-2REa(b)A= 7.4m2/325*300017E0102苯精馏塔顶冷却器AESX(Y)500-1.0-35-3/19-4REa(b)A=33.6m2/500*300018E0103苯精馏塔底再沸器AESX(Y)400-4.0-15-3/25-4REa(b)A=15.4m2/400*300019E0104甲苯精馏塔顶冷却器AESX(Y)700-1.0-50-3/25-6REa(b)A=51.3m2/700*300020E0105甲苯精馏塔底再沸器AESX(Y)325-4.0-5-3/25-4REa(b)A= 6.4m2/325*26004.2.4储罐的选择1贮罐的选择按使用目的的不同，可分为贮存容器的计量、回流、中间周转、缓冲、混合等工艺容器2设计贮罐的一般程序a汇集工艺设计数据。包括物料衡算和热量衡算，贮存物料的温度、压力，最大使用压力、最高使用温度、最低使用温度，腐蚀性、毒性、蒸汽压、进出量、贮罐的工艺方案等。b选择容器材料。对有腐蚀性的物料可选用不锈钢等金属材料，在温度压力允许时可用非金属贮罐、搪瓷容器或由钢制压力容器衬胶、搪瓷、衬聚四氟乙烯等。c容器型式的选用。我国已有许多化工贮罐实现了系列化和标准化。在贮罐型式选用时，应尽量选择已经标准化的产品。d容积计算。容积计算是贮罐工艺设计和尺寸设计的核心，它随容器的用途而异。e确定贮罐基本尺寸根据物料密度、卧式或立式的基本要求、安装场地的大小，确定贮罐的大体直径。依据国家规定的设备零部件即筒体与封头的规范，确定一个尺寸。据此计算贮罐的长度，核实长径比，如长径比太大（即偏长）或太小（即偏圆），应重新调整，直到大体满意。f选择标准型号各类容器有通用设计图系列。根据计算初步确定它的直径、长度和容积，在有关手册中查出与之符合或基本相符的标准型号。g开口和支座在选择标准图纸之后，要设计并核对设备的管口。h绘制设备草图标注尺寸，提出设计条件和订货要求。以回流罐为例， 设凝液在回流罐中停留的时间为10min，罐的填充系数为0.7，则该罐的容积计算如下： 故回流罐容积可取V=14.2.5 塔器的选型与设计一.型选择基本原则1产能力大，弹性好。2满足工艺要求，分离效率高。3运转可靠性高，操作、维修方便。4结构简单，加工方便，造价较低。5塔压降小。对于真空塔或要求塔压降低的塔来说，压降小的意义更为明显。通常选择塔型未必能满足所有的原则，应抓住主要矛盾，最大限度满足工艺要求。二.料塔设计程序汇总设计参数和物性数据处理。选用填料。填料是填料塔内汽一液接触的核心元件。填料类型和填料层的高度直接影响 传质效果。因而，选择填料是填料塔设计的一个重要内容。三.定塔径D计算填料塔压降。验算。塔内的喷淋密度应按实际塔径验算塔内的喷淋密度是否大于最小喷淋密度。如果喷淋密度太小，将不能保证填料充分润湿，应重新调整计算。计算填料层高度Z。填料层高度的计算是填料塔设计中重要的一环。有许多计算方法和经验公式，通常采用“传质单元法”和“等板高度法”。计算塔的总高度H H=Hd+Z+(n-1)Hf+Hb式中 Hd塔顶空间高度（不包括封头） ，m Hf液体再分布器的空间高度，m Hb塔底空间高度，m n填料层分层数。利用Aspen来确定塔的直径塔1直径根据Aspen模拟得出约为1.4m。图4.2 Aspen模拟数据1塔2直径根据Aspen模拟得出约为0.8m。图4.3 Aspen模拟数据24.2.6塔的其他附件设计和选定1.支撑板填料层底部支撑板常被设计者忽视，而造成阻力过大，特别是孔板式支撑尤为明显。一般要求满足两个条件，即自由截面积不小于填料的空隙率，支撑板强度足以支承填料重量。2.液体喷淋装置它直接影响到塔内填料表面的有效利用率。喷淋装置形式很多，常见的有弯管式、缺口管式、多孔直管式、莲蓬头式喷洒器、分布盘等。3.液体再分布装置为了防止液相沿塔壁运行，每隔一定高度要有液体再分布装置。常见的有截锥式和升气管式分布器。4.气体分布器为保证气体分布的均匀性，对于价500mm以下的小塔，进气管可伸至塔中心，末端截成45o向下，使气流转折而上；对于大塔，可以制成向下的喇叭形扩大口，或制成盘管式。5.除雾器当空塔气速较大时，塔顶喷淋装置可能产生溅液或者工艺过程严格要求气相中不允许夹带雾沫，则应设计除雾装置。常用除雾装置有折板除雾器、丝网除雾器、旋流板除雾器，或者在液相喷淋装置与气体出口之间装有一段干填料实施填料除雾等。6.绘制塔设备结构图向设备专业提供工艺设计条件绘制塔设备简图，并标注必要的尺寸，注明各管口的位置等。32第五章 车间平面设计5.1.车间布置设计概述车间布置设计包括车间各个工段、各设施在车间场地范围内的布置和车间设计（包括电气、仪表等设施）在车间中的布置两部分，前者称车间厂房布置设计，后者称车间设备布置设计，二者总称车间布置设计。车间布置设计是在设计进行到一定阶段后才开始进行，只有具备了一定的条件即有了一定的设计依据后才着手进行车间布置设计。5.2.车间布置设计的依据在进行车间布置设计前，首先需要完成和熟悉下述各个项准备工作。 要有厂区总平面布置图，并且在总图上已经明确规定了本车间所处的具体位置和区划。 已掌握本车间与其他各个生产车间、辅助生产车间、生活设施以及车间与车间内外的道路、铁路、码头、输电、消防等的关系。了解有关防火、防雷、防爆、防毒和卫生等常用的设计规范和规定。 熟悉本车间的生产工艺并且已设计完成管道及仪表流程图；熟悉有关产品的物性数据、原材料和主、副产品的储存、运输方式和特殊要求。 熟悉本车间各个设备的特点、要求及日后的安装、检修、操作所需空间、位置。 了解与本车间工艺有关的试验、配电、控制仪表等其他专业和办公、生活设施方面的要求。 具有车间设备一览表和车间定员表。5.3.车间布置设计的内容车间布置设计主要包括车间厂房布置设计和车间设备布置设计两部分内容。(1)车间厂房的整体布置设计在进行厂房的整体布置设计时，首先要推敲并确定车间设备的基本组成部分，防止遗漏不全，车间的组成一般包括以下五个部分： 生产设备：包括各生产工段|原料和产品的仓库、控制室、露天堆场和储罐区等。 生产辅助设备：包括除尘通风室、配电室、机修间、化验室等。 生活行政设施：包括车间办公室|更衣室、浴室、休息室、厕所等。 其他特殊用室：如劳动保护室、保健室等。 近期发展用地：如考虑近期扩建或增加部分设备等所需要的场地。(2)车间设备布置设计车间设备布置设计就是确定各个设备在车间范围内平面与车间立面上的准确的具体的位置，同时确定场地与建、构筑物的尺寸；安排工艺管道、电气仪表管线、采暖通风管线的位置。(3)绘制车间布置图本车间建筑面积360，柱距6m，跨度6m，层高6m；其中，转装置区占276，按照化工装置安全规范，装置区布置在车间的下风侧。车间布置设计简图如下所示一楼为图5.1所示在南侧设置泵房，实行实行封闭布置，按照安全要求，开设两道门，阳面开窗；外设楼梯连接二楼泵房，泵与泵之间距离大于0.7m，泵离墙的距离大于1.2m；北侧进行精馏塔布置，两精馏塔(T0101和T0102)和附属再沸器实行顺序直线排列，实行框架内布置，精馏塔贯穿一楼、二楼、三楼。图5.1 一楼平面设计图二楼为图5.2室内有储罐（V0102、V0103、V0105），三楼为图5.3露天，设有塔顶冷凝器E0102， E0104。精馏塔贯穿一楼、二楼、三楼；塔顶冷凝器并列布置在三层楼板上，冷凝液回流罐并列布置在二楼。图5.2二楼平面设计图图5.3 三楼平面设计图结 论通过这次苯-甲苯-乙苯混合物分离工艺设计，我熟悉了使用Aspen模拟软件进行工艺设计以及使用AotoCAD进行厂区和设备图的绘制，在这次的学习中我收获了很多。我觉得学习Aspen模拟软件对我以后的工作和学习都很有帮助，利用软件就可以进行稳态模拟，使我更加理解单元操作的形式。而AotoCAD更是与我日后的工作息息相关，利用CAD绘图可以使绘出的设备图较手绘更加精确，也更能节省时间。经过这段时间的学习，我也明白了合作的重要性，在自己某一方面不足时就去询问同学，这样使自己能学到知识，也使同学能更加巩固那些知识。我觉得这种工艺设计在大学期间很有必要，在设计的过程中可以学习到很多知识，学习的效率也很高。希望学校能更多的开设这样的课程，对我们的学习有很大的帮助。参考文献1 王志魁主编：化工原理M，化学化工出版社，1992。2 刁玉玮等主编：化工机械设备基础（第五版）M，大连理工大学出版社，20033 国家医药管理局上海设计院：化工工艺设计手册M，化学工业出版社，1994。4 谭弘主编：基本有机化工工艺学M，化学化工出版社，2000。5 陈英南等主编：常用化工单元的设计M，华南理工大学出版社，2004。6 傅户民主编：化工设计M，中国科学技术大学出版社，1995。7 邝生鲁主编：化学工程师技术全书（下册）M，化学工业出版社，2001。 -精品范文 -精品范文 精品范文 34 / 37