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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì)</p><p> 題目 苯----甲苯二元物系伏閥精餾塔設(shè)計(jì)</p><p> 教 學(xué) 院 化工與材料工程學(xué)院 </p><p> 專業(yè)班級(jí) </p><p> 學(xué)生姓名 </p><p> 學(xué)生
2、學(xué)號(hào) </p><p> 指導(dǎo)教師 </p><p> 2011年12月 16日 </p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘 要1</b></p><p><b>
3、 緒 論2</b></p><p><b> 設(shè)計(jì)方案的選擇3</b></p><p> 第一章 塔板的工藝的計(jì)算3</p><p> §1.1精餾塔的物料衡算4</p><p> §1.2各段理論塔板數(shù)的計(jì)算5</p><p> 1
4、.2.1相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算5</p><p> 1.2.2最小回流比的計(jì)算............................................</p><p> 1.2.3精餾塔氣液相負(fù)荷11</p><p> 1.2.4操作線方程的確定11</p><p> 1-3-6 精餾塔理論塔板數(shù)的計(jì)算11</
5、p><p> 1-3-7 板效率的計(jì)算12</p><p> 1-3-8 實(shí)際板數(shù)的計(jì)算及全塔效率的計(jì)算14</p><p> 第二章 精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)8</p><p> §2.1精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算8
6、 </p><p> 2.1.1操作壓力計(jì)算8</p><p> 2.1.2操作溫度計(jì)算9</p><p> 2.1.6平均密度的計(jì)算12</p><p> 2.1.7液體平均表面張力的計(jì)算14</p><p> 2.1.3平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算9</p><p>
7、 2.1.4熱量衡算10</p><p> 2.1.8氣液負(fù)荷計(jì)算:14</p><p> §2.2塔體工藝尺寸的計(jì)算15</p><p> 2.2.1精餾塔塔徑的計(jì)算15</p><p> 2.2.2精餾塔有效塔高的計(jì)算16</p><p> §2.3塔板工藝尺寸的計(jì)算16&
8、lt;/p><p> 2.3.1溢流裝置的設(shè)計(jì)16</p><p> 2.3.2浮閥布置設(shè)計(jì)17</p><p> 2.3.3浮閥板流體力學(xué)驗(yàn)算19</p><p> §2.4塔板負(fù)荷性能圖22</p><p> 2.4.1液沫夾帶線的繪制22</p><p> 2.
9、4.2液泛線的繪制22</p><p> 2.4.3漏液線(氣相負(fù)荷線的下限線23</p><p> 2.4.4液相負(fù)荷的下限線的繪制24</p><p> 2.4.5液相負(fù)荷的上限線的繪制24</p><p> 2.4.6小結(jié)25</p><p> 第三章 輔助設(shè)備及選型25</p>
10、<p> §3.1 接管的計(jì)算與選擇25</p><p> 3.1.1進(jìn)料管的選擇25</p><p> 3.1.2回流管的選擇26</p><p> 3.1.3釜底出口管路的選擇26</p><p> 3.1.4塔頂蒸汽管26</p><p> 3.1.5加料蒸汽管的選擇
11、27</p><p> 3.1.6茼體與封頭的設(shè)計(jì)26</p><p> 3.1.7裙座的計(jì)算26</p><p> 3.1.8除沫器的設(shè)計(jì)26</p><p> 3.1.9人孔的設(shè)計(jì)29</p><p> 3.2.0法蘭的設(shè)計(jì)29</p><p> 第四章 塔高的計(jì)算
12、30</p><p> 4.1塔頂高度的計(jì)算30</p><p> 4.2塔底高度的計(jì)算30</p><p> 4.3塔總高度的計(jì)算30</p><p> 第五章 附屬設(shè)備計(jì)算30</p><p> 5.1冷凝器的選擇30</p><p> 5.2再沸器的選擇31<
13、/p><p><b> 總結(jié)語(yǔ)32</b></p><p> 表3-1篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表</p><p><b> 主要符號(hào)說(shuō)明33</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)35</b></p><p> 化工原理課程設(shè)計(jì)教師
14、評(píng)分表36</p><p><b> 摘 要</b></p><p> 本次設(shè)計(jì)的浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的精餾問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算、核算、繪圖,是較完整的精餾設(shè)計(jì)過(guò)程,該設(shè)計(jì)方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。</p><p> 本文設(shè)計(jì)了浮閥精餾塔及其附屬元件的尺寸、管線路線的鋪設(shè),并對(duì)摩爾分?jǐn)?shù)為0.5的苯
15、—甲苯二元溶液進(jìn)行精餾過(guò)程,其中塔頂使用全凝器,部分回流。按逐板計(jì)算理論板數(shù)為16。由平均粘度得到全塔效率為50%,從而得到了塔的精餾段實(shí)際板數(shù)為15塊,提餾段實(shí)際板數(shù)為15。實(shí)際加料位置在第16塊板。確定了塔的主要工藝尺寸,塔板采用單溢流弓型降液管齒型堰如塔徑1.0米等。且經(jīng)過(guò)液泛線,漏液線,液相負(fù)荷上限,液相負(fù)荷下限的校核,確定了操作點(diǎn)符合操作要求。精餾段的操作彈性為4.77,提餾段的操作彈性為4.27,符合操作要求。</p&
16、gt;<p> 關(guān)鍵詞: 苯 甲苯 精餾塔 浮閥 操作彈性</p><p><b> 緒 論</b></p><p><b> 1.精餾塔概述</b></p><p> 精餾塔(fractionating column)是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置,又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔
17、兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。</p><p> 關(guān)于各種類型塔板的介紹</p><p> 主要的塔板型式有:泡罩塔板;浮閥塔板;篩孔塔板;舌形塔板(斜孔塔板);網(wǎng)孔塔板;垂直浮閥;多降液管塔板;林德浮閥;無(wú)溢流塔板。</p><p><b> ?、?#160;泡罩塔板</b></p><p&
18、gt; 泡罩塔板的氣體通道是由升氣管和泡罩構(gòu)成的。升氣管是泡罩塔區(qū)別于其它塔板的主要結(jié)構(gòu)特征。這種結(jié)構(gòu)不僅結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜,制造成本高,而且氣體通道曲折多變、干板壓降達(dá)、液泛氣速低、生產(chǎn)能力小。 </p><p><b> ?、?#160;浮閥塔板</b></p><p> 浮閥塔板是對(duì)泡罩塔板的改進(jìn),取消了升氣管,在塔板開(kāi)孔上訪設(shè)置了浮閥,浮閥可根據(jù)氣體的流量自行調(diào)
19、節(jié)開(kāi)度。氣量較小時(shí)可避免過(guò)多的漏液,氣量較大時(shí)可使氣速不致過(guò)高,降低了壓降。</p><p><b> ?、?#160;篩孔塔板</b></p><p> 篩孔塔板是最簡(jiǎn)單的塔板,造價(jià)低廉,只要設(shè)計(jì)合理,其操作彈性是可以滿足生產(chǎn)需要的,目前已成為應(yīng)用最為廣泛的一種板型。</p><p><b> ?、?#160;舌形塔板 </
20、b></p><p> 舌形塔板是為了防止過(guò)量液沫夾帶而設(shè)計(jì)的一種塔型,由舌孔噴出的氣流方向近于水平,產(chǎn)生的液滴幾乎不具有向上的初速度。同時(shí)從舌孔噴出的氣流,通過(guò)動(dòng)量傳遞推動(dòng)液體流動(dòng),降低了板上液層厚度和塔板壓降。 </p><p><b> ?、?#160;網(wǎng)孔塔板 </b></p><p> 網(wǎng)孔塔板采用沖有傾斜開(kāi)孔的薄板制造,具
21、有舌形塔板的特點(diǎn),并易于加工。</p><p><b> ?、?#160;垂直浮閥 </b></p><p> 垂直浮閥是在塔板上開(kāi)有若干直徑為100-200mm的大圓孔,孔上設(shè)置圓柱形泡罩,泡罩下緣于塔板有一定的間隙,泡罩側(cè)壁開(kāi)有許多篩孔。氣流噴射方向是水平的,液滴在垂直方向的初速度為零,液沫夾帶量很小。 </p><p><b>
22、; ?、?#160;多降液管塔板 </b></p><p> 在普通浮閥上設(shè)置多根降液管以適應(yīng)大液體量的要求,降液管為懸掛式。</p><p><b> ?、?#160;林德浮閥 </b></p><p> 林德浮閥是專為真空精餾設(shè)計(jì)的高效低壓降塔板,在整個(gè)浮閥上布置一定數(shù)量的導(dǎo)向斜孔,并在塔板入口處設(shè)置鼓泡促進(jìn)裝置。</
23、p><p><b> ?、?#160;無(wú)溢流塔板 </b></p><p> 無(wú)溢流塔板是一種簡(jiǎn)易塔板,只是一塊均勻開(kāi)有一定縫隙或篩孔的圓形平板,無(wú)降液管,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低廉。</p><p><b> 2.儀器的選用</b></p><p> 篩板精餾塔是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的汽
24、液傳質(zhì)設(shè)備。</p><p> 它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是塔板上開(kāi)有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小,分為小孔徑篩板和大孔徑篩板兩類。工業(yè)上以小孔徑篩板為主,大孔徑篩板多用于某些特殊場(chǎng)合(如分離難度大、易結(jié)焦的物系)。</p><p> 篩板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低;板上液面落差小,氣體壓降低,生產(chǎn)能力較大,氣體分散均勻,傳質(zhì)效率較高。合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮髂軡M足要求的操作彈性,而且效率高。 篩板塔
25、制造維修方便,相同條件下生產(chǎn)能力比泡罩塔高10%—15%,板效率亦約高10%—15%,而每板壓力降則低30%左右,適用于真空蒸餾;塔板效率較高,但稍低于浮閥塔。具有較高的操作彈性,但稍低于泡罩塔。其缺點(diǎn)是小孔徑篩板易堵塞,不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液。</p><p><b> 精餾框架簡(jiǎn)圖</b></p><p> 第 1 章 設(shè) 計(jì) 方 案&
26、lt;/p><p> 1.1 裝置流程的確定</p><p> 蒸餾裝置包括精餾塔,原料預(yù)熱器,蒸餾釜(再沸器),冷凝器,釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)。按過(guò)程按操作方式的不同,分為聯(lián)組整流和間歇蒸餾兩種流程。連續(xù)蒸餾有生產(chǎn)能力大,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活,適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),適合于小規(guī)模,多品種或多組分物系的初步分離。</p><p&
27、gt; 蒸餾通過(guò)物料在塔內(nèi)的多次部分汽化與多次部分冷凝實(shí)現(xiàn)分離,熱量自塔釜輸入,由冷凝器中的冷卻質(zhì) 將余熱帶走。在此過(guò)程中,熱能利用率很低,為此,在確定裝置流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用。譬如,用余料作為塔頂產(chǎn)品(或釜液產(chǎn)品)冷卻器的冷卻介質(zhì),既可以將原料預(yù)熱,又可以節(jié)約冷卻質(zhì)。</p><p> 另外,為保持塔的操作穩(wěn)定性,流程中除用泵這節(jié)送入塔原料外也可以用高位槽送料,以免受泵操作波動(dòng)的影響。</p>
28、<p> 塔頂冷凝裝置可采用全冷凝器,分冷凝器兩種不同的設(shè)置。甲醇和水不反應(yīng),且容易冷凝,故使用全凝器,用水冷凝。塔頂出來(lái)的氣體溫度不高,冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高,無(wú)需進(jìn)一步冷卻,此次分離也是希望得到甲醇,選用全凝器符合要求。</p><p> 總之,確定流程時(shí)要較全面,合理地兼顧設(shè)備,操作費(fèi)用,操作控制及安全諸因素。</p><p> 1.2 操作壓力的選擇<
29、/p><p> 蒸餾過(guò)程中按操作壓力不同,分為常壓蒸餾,減壓蒸餾和加壓蒸餾。一般地,除熱明性物系,凡通過(guò)常壓蒸餾能夠?qū)崿F(xiàn)分離要求,并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來(lái)的物系,都能采用常壓蒸餾;對(duì)熱敏性物系或者混合物泡點(diǎn)過(guò)高的物系,則宜采用減壓蒸餾;對(duì)常壓下餾出物冷凝溫度過(guò)低的物系,需提高塔壓或者采用深井水,冷凍鹽水作為冷卻劑;而常壓下呈氣態(tài)的物系必須采用加壓蒸餾。甲苯和苯在常壓下就能夠分離出來(lái),所以本實(shí)驗(yàn)在常壓下操
30、作就可以。</p><p> 1.3 進(jìn)料狀況的選擇</p><p> 進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料,泡點(diǎn)進(jìn)料。對(duì)于冷液進(jìn)料,當(dāng)組成一定時(shí),流量一定對(duì)分離有利,節(jié)省加熱費(fèi)用。采用泡點(diǎn)進(jìn)料不僅對(duì)穩(wěn)定操作較為方便,且不受季節(jié)溫度影響。綜合考慮,設(shè)計(jì)上采用泡點(diǎn)進(jìn)料。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí),基于恒摩爾流假定,精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等,故精餾段和提餾段塔徑基本相等,制造上較為方便。</p>
31、<p> 1.4 加熱方式的選擇</p><p> 加熱方式可分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱直接由塔底進(jìn)入塔內(nèi)。由于重組分是水,故省略加熱裝置。但在一定的回流比條件下,塔底蒸汽回流液有稀釋作用,使理論板數(shù)增加,費(fèi)用增加。間接蒸汽加熱使通過(guò)加熱器使釡液部分汽化。上升蒸汽回流下來(lái)的冷液進(jìn)行傳質(zhì),其優(yōu)點(diǎn)是釜液部分汽化,維持原來(lái)的濃度,以減少理論塔板數(shù),其缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本設(shè)計(jì)塔釡采用間接
32、加熱蒸汽,塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。</p><p> 1.5 回流比的選擇</p><p> 回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對(duì)于小型塔,回流冷凝器一般安裝在塔頂。其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無(wú)需支持結(jié)構(gòu),其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較。如果需要較高的塔頂處理或塔板數(shù)較多時(shí),回流冷凝器不宜安裝在塔頂。因?yàn)樗斃淠鞑灰寻惭b,檢修和清理。在這種情況下,可采用強(qiáng)制回流,塔頂上蒸汽采用冷凝器冷卻以冷
33、回流流入塔中。由于本次設(shè)計(jì)為小型塔,故采用重力回流。本設(shè)計(jì)物系屬易分離物系,最小回流比較小,故操作回流比卻最小回流比的1.5倍。</p><p> 第一章 塔板的工藝的計(jì)算</p><p> §1.1主要基礎(chǔ)物性參數(shù)</p><p> 表1—1 苯和甲苯的物理性質(zhì)</p><p> 表1—2 液相密度ρkg/m
34、3</p><p> 表1—3 表面張力σmN/m</p><p> 表1—4 粘度μLmPa</p><p> 表1—5 汽化熱γkJ/kg</p><p> §1.2精餾塔實(shí)際塔板的計(jì)算</p><p> 1.2.1精餾塔物料衡算</p><p>
35、; 加料量:F=55Kmol/h 原料組成:XF=0.5 塔頂組成:XD=0.98 塔底組成:XW=0.03</p><p> 總物料衡算 D+W=55</p><p> 輕組分(苯)物料衡算 550.5=0.98D+0.03W </p><p> 聯(lián)立兩式可解得
36、D=27.21kmol/h</p><p> W=27.79kmol/h</p><p> 平均相對(duì)分子質(zhì)量:=78.11×0.5+92.14×﹙1-0.5﹚=85.13㎏/kmol =78.11×0.98﹢92.14×(1-0.98)=78.39㎏/kmol </p><
37、;p> =78.11×0.03+92.14×﹙1-0.03)=91.12㎏/kmol</p><p> 故質(zhì)量流量:= D×=2132.9919㎏/h</p><p> =W×=2548.8988㎏/h</p><p> =F×=4682.15㎏/h</p><p><b&
38、gt; 質(zhì)量分率:=</b></p><p><b> =</b></p><p><b> =</b></p><p> 1.2.2塔板數(shù)的確定</p><p> 1.最小回流比及操作回流比的計(jì)算</p><p> (1)相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算</p
39、><p> 查表3-21得常壓下苯---甲苯氣液平衡組成與溫度關(guān)系如下表:</p><p> 利用表中數(shù)據(jù)由插值法可求得tF,tD,tW </p><p> 得: tD =80.4℃</p><p> XF=0.5時(shí) 得tF =91.4℃</p><p> XW =0.03時(shí) 得
40、tW=108.79℃</p><p> 1-2-2 相對(duì)揮發(fā)度m的計(jì)算</p><p> 苯—甲苯的飽和蒸汽壓可用安托因方程求解,即:</p><p> Lg=A- 式中:t:物系溫度,單位:℃ .:飽和蒸汽壓/Kpa,</p><p> A,B,C,—Antoine常數(shù),見(jiàn)如下表1-2:</p><p>
41、<b> 表1-2</b></p><p> 即:苯-甲苯的安托因方程分別為:</p><p><b> 對(duì)于塔頂:℃,則:</b></p><p><b> 同理塔底:℃,則:</b></p><p><b> 相對(duì)揮發(fā)度</b></p&
42、gt;<p> 從而得到相平衡方程:x= (1)</p><p> 1-2-3 最小回流比的計(jì)算</p><p><b> 最小回流比的確定:</b></p><p> 操作回流比R=1.5Rmin=1.83 </p><p
43、> 2.精餾塔的氣、液相負(fù)荷</p><p> 精餾段 :L=RD=1.83×27.21=49.79kmol/h</p><p> V=(R+1)D=(1.83+1)27.21=77kmol/h</p><p> 提餾段: 49.79+155=104.79 kmol/h</p><p> 77+0=77 kmol/h
44、</p><p> 3.操作線方程的計(jì)算</p><p> 精餾段操作線方程為: 提餾段操作線方程為:</p><p> 4.精餾塔理論塔板的確定</p><p> 由于塔頂是全凝器所以有</p><p> 由精餾段操作線方程y=0.65x+0.35 得y2=0.9682</p><p&g
45、t;<b> 由平衡線方程可得</b></p><p><b> 同理可算出如下值:</b></p><p> 所以總理論板數(shù)為16塊(包含再沸器)</p><p> 精餾段理論板數(shù)為8,第9塊為進(jìn)料板,提餾段理論板數(shù)為8(含再沸器) </p><p> 1-3-7 板效率的計(jì)算:<
46、/p><p> 對(duì)于進(jìn)料,=91.4℃,由安托因方程可得:</p><p><b> ,</b></p><p><b> 又℃, ℃</b></p><p><b> 精餾段平均溫度:</b></p><p><b> 提餾段平均溫度
47、:</b></p><p> 根據(jù)液體平均粘度公式: 可求得不同溫度下苯和甲苯的粘度。</p><p> 對(duì)于苯(A),其中, 即:</p><p><b> ℃時(shí),</b></p><p><b> ℃時(shí),</b></p><p> 對(duì)于甲苯(B)
48、,其中, 即:</p><p><b> ℃時(shí),</b></p><p><b> ℃時(shí),</b></p><p> 又精餾段的液相組成:</p><p> 提餾段的液相組成: </p><p> 精餾段的平均液相粘度:</p><p>
49、 提餾段的平均液相粘度:</p><p><b> 精餾段的板效率</b></p><p><b> 提餾段的板效率</b></p><p> 1-3-8 實(shí)際板數(shù)的計(jì)算及全塔效率的計(jì)算</p><p> 全塔所需實(shí)際塔板數(shù):,實(shí)際加料板為第17塊板.</p><p>
50、; §2.1精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p> 2.1.1操作壓力計(jì)算</p><p> 塔頂壓強(qiáng) =101.325kPa,</p><p> 每層塔板壓降 ΔP=0.7kPa,</p><p> 進(jìn)料板壓力 =101.325+15×
51、0.7=111.8kPa,</p><p> 塔底壓力 =101.325+30×0.7=122.3kPa</p><p> 精餾段平均操作壓強(qiáng) Pm=(101.3+111.8)/2=106.55kPa</p><p> 提餾段平均操作壓強(qiáng) pm’=(111.8+122.3)/2=117.05kPa</p>&
52、lt;p><b> 全塔平均操作壓力</b></p><p> 2.4.11 液相平均表面張力計(jì)算</p><p> 液相平均表面張力計(jì)算依公式 = 計(jì)算</p><p> 表2-8 液體表面張力 [1]</p><p> 用內(nèi)插法求下苯,甲苯的表面張力。</p><p><
53、b> =81.4℃</b></p><p><b> =91.4℃,</b></p><p> = 108.79℃,</p><p> 精餾段液相平均表面張力:</p><p> 提餾段液相平均表面張力:</p><p><b> 2.1.4熱量衡算<
54、/b></p><p><b> 1.加熱介質(zhì)的選擇</b></p><p> 選用飽和水蒸氣,溫度140℃,工程大氣壓為3.9atm.</p><p> 原因:水蒸氣清潔易得,不易結(jié)垢,不腐蝕管道,飽和水蒸氣冷凝放熱值大,而水蒸氣壓力越高冷凝溫差越大,管程數(shù)相應(yīng)減小,但蒸汽壓力不宜過(guò)高。</p><p>&
55、lt;b> 熱量衡算:</b></p><p> 由上面知道塔頂溫=80.4℃,=108.℃,=91.4℃</p><p> 由不同溫度下苯和甲苯的摩爾汽化熱公式:Cp=a+bT+cT2</p><p> 查表得,對(duì)于苯,a=-1.71,b=0.32477,c=-0.00011058</p><p> 對(duì)于甲苯,a
56、=2.41,b=0.391177,c=-0.00013065</p><p> 求得在、、下的苯和甲苯的汽化熱(單位:),和分別代表苯和甲苯的汽化熱。</p><p> tD=80.4℃ </p><p><b> =99.79 </b></p><p> ?。?tW=108.79℃</p&
57、gt;<p><b> ??;</b></p><p><b> =131.96</b></p><p> =91.8℃: </p><p><b> =115.09</b></p><p> =80.6℃: </p>
58、;<p><b> =</b></p><p> =393.49KJ/Kg</p><p> 塔頂 </p><p><b> =</b></p><p> (1)0℃時(shí)塔頂氣體上升的焓&
59、lt;/p><p><b> 塔頂以0℃為基準(zhǔn),</b></p><p><b> ?。?)回流液的焓</b></p><p> 此為泡點(diǎn)回流,據(jù)圖查得此時(shí)組成下的泡點(diǎn),用內(nèi)插法求得回流液組成下的=80.41℃,在此溫度下:</p><p><b> =</b></p&
60、gt;<p><b> =100.32</b></p><p> 回流液組成與塔頂組成相同</p><p> ?。?)塔頂餾出液的焓</p><p> 因餾出口與回流口組成一樣,所以</p><p> ?。?)冷凝器消耗的焓</p><p><b> ?。?)進(jìn)料口的
61、焓</b></p><p> ?。?)塔底殘留液的焓</p><p> ?。?)再沸器(全塔范圍列衡算式)</p><p><b> 塔釜熱損失為,則</b></p><p> 設(shè)再沸器損失能量損,損 </p><
62、p><b> 加熱器實(shí)際熱負(fù)荷</b></p><p> 表格1-5 熱量衡算表</p><p> 2-1-3 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><p> 塔頂平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><p><b> 由,可知: </b></p><p> 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量
63、的計(jì)算</p><p><b> 由,可知:</b></p><p> 塔釜平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><p> 由,由相平衡方程得:</p><p> 精餾段平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><p> 提餾段平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><p> 2-1-4 平均密度
64、</p><p> 2.4氣相平均密度計(jì)算</p><p> 表2-5 苯和甲苯的不同溫度下密度[2]</p><p><b> 已知混合液密度:。</b></p><p> 用內(nèi)插法求得苯,甲苯在,,溫度下的密度。</p><p> =81.0020℃ </p>&
65、lt;p><b> ℃</b></p><p><b> =108.79℃</b></p><p><b> 所以精餾段:</b></p><p><b> 提餾段</b></p><p><b> 氣相平均密度計(jì)算</b&
66、gt;</p><p> 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算,即</p><p><b> 精餾段 </b></p><p><b> 提餾段</b></p><p> ?。?)精餾段的氣液體積流率:</p><p> 由精餾段的氣液負(fù)荷:V=77Kmol/h, L=49.79K
67、mol/h 可得: </p><p> ?。?)提餾段的氣液體積流率: </p><p> 由提餾段的氣液負(fù)荷V=77 Kmol/h L=104.79Kmol/h </p><p> 2.2.1精餾塔塔徑的計(jì)算</p><p> (1)精餾
68、段塔徑 D 的計(jì)算</p><p> 選板間距=0.40m,取板上液層高度 =0.06m ,故-=0.34m</p><p> 查化工原理課程設(shè)計(jì)P 得 ,C20=0.078</p><p> 依式校正到物系張力為20.7118mN/m時(shí)的C:</p><p> 取安全系數(shù)為0.70 = 0.70=1.2120.70=0.848m
69、/s </p><p><b> 則精餾段塔徑D=</b></p><p> 按標(biāo)準(zhǔn)塔經(jīng)圓整為D=1.2m</p><p> 則精餾段塔截面積為AT=</p><p><b> 實(shí)際空塔氣速為U=</b></p><p> (2)提餾段塔徑D 的計(jì)算:</p&
70、gt;<p> 選板間距=0.40m,取板上液層高度 =0.06m ,故-=0.34m</p><p> 查化工原理課程設(shè)計(jì)P 得 ,C20=0.07 </p><p> 依式校正到物系張力為19.3831mN/m時(shí)的C:</p><p> 取安全系數(shù)為0.70 = 0.70=1.0830.70=0.781m/s </
71、p><p><b> 提餾段塔徑D=</b></p><p> 按標(biāo)準(zhǔn)塔經(jīng)圓整為D=1.0m</p><p> 提餾段塔截面積為At=</p><p><b> 實(shí)際空塔氣速為</b></p><p><b> U= </b></p>
72、;<p> 2.2.2精餾塔有效塔高的計(jì)算</p><p> 精餾段有效塔高的計(jì)算</p><p> Z精=(N精-1) HT=(15-1) 0.40=5.6m</p><p> 提餾段有效塔高的計(jì)算</p><p> Z提=(N提-1) HT=(15-1) 0.40=5.6m</p><p>
73、 選取進(jìn)料板上方、精餾段一處及提餾段一處各留一人孔且人孔高度h=0.8m</p><p> 所以可知精餾塔有效塔高: Z=Z精+Z提+3h=5.6+5.6+3*0.8=13.6m</p><p> §2.3塔板工藝尺寸的計(jì)算</p><p> 2.3.1溢流裝置的設(shè)計(jì)</p><p> 由精餾段塔徑D=1.0m則溢流裝置
74、可采用單溢流,弓型降液管,平行受液盤及平直溢流堰,不設(shè)進(jìn)口堰。各項(xiàng)計(jì)算如下:</p><p> 溢流堰長(zhǎng) =0.70D=0.70×1.0=0.7m</p><p> 出口堰高 h=h-h</p><p> 式中 :h ——板上液層高,取0.06m</p><p> h——板上方液頭高度</p><p&
75、gt; 選用平行堰,則堰上液頭高度可由下式計(jì)算:</p><p> 式中溢流收縮系數(shù)E可近似取為1</p><p><b> 對(duì)于精餾段:</b></p><p> 所以出口堰高:h=0.06-0.0011=0.049m</p><p><b> 對(duì)于提餾段:</b></p>
76、<p> 出口堰高:h=0.06-0.011=0.049m</p><p> 降液管的寬度Wd與降液管的面積Af</p><p> 由 查圖得 Wd/D=0.151,Af/AT=0.094</p><p> 故 Wd=0.151×1.0=0.151m </p><p>
77、; Af=0.094×0.785=0.0738m2</p><p> 計(jì)算液體在降液管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積,即</p><p> 故降液管設(shè)計(jì)符合要求。</p><p> 降液管底隙高度h的計(jì)算</p><p> 取液體通過(guò)降液管底隙的流速,則降液管底隙高度h可依下式計(jì)算:</p><p>
78、 對(duì)于精餾段: </p><p><b> 故有</b></p><p><b> 對(duì)于提餾段:</b></p><p> 所以可知降液底隙高度設(shè)計(jì)合乎要求,且選用凹形受液盤深度為50mm。</p><p> 2.3.2浮閥布置設(shè)計(jì)</p><p> 浮
79、閥的形式很多,如F1型、十字架型、V-4型、A型、V-O型等,目前應(yīng)用最廣泛的是F1型(相當(dāng)于國(guó)外V-1型)。F1型又分為重閥(代號(hào)為Z)和輕閥(代號(hào)為Q)兩種,分別由不同厚度薄板沖壓而成,前者重約32克,最為常用;后者阻力略小,操作穩(wěn)定性也略差,適用于處理量大并要求阻力小的系統(tǒng),如減壓塔。V-4型基本上和F1型相同,除采用輕閥外,其區(qū)別僅在于將塔板上的閥孔制成向下彎的文丘里型以減小氣體通過(guò)閥孔阻力,主要用于減壓塔。兩種形式閥孔的直徑d
80、0均為39mm。</p><p> 閥孔一般按正三角形排列,常用中心距有75、100、125、150mm等幾種,它又分為順排和錯(cuò)排兩種,通常認(rèn)為錯(cuò)排時(shí)兩相接觸情況較好,采用較多。對(duì)于大塔,當(dāng)采用分塊式結(jié)構(gòu)時(shí),不便于錯(cuò)排,閥孔也可按等腰三角形排列。此時(shí)多固定底邊尺寸B,例如B為70、75、80、90、100、110mm等。如果塔內(nèi)氣相流量變化范圍大,可采用一排重閥一排輕閥方式相間排列,以提高塔的操作彈性。<
81、/p><p> 當(dāng)氣體流量已知時(shí),由于閥孔直徑給定,因而塔板上浮閥的數(shù)目N即浮閥數(shù)就取決于閥孔的氣速,并可按下式求得:</p><p> 閥孔的氣速常根據(jù)閥孔的動(dòng)能因子來(lái)確定。反映密度為的氣體以速度通過(guò)閥孔時(shí)動(dòng)能的大小。綜合考慮對(duì)塔板效率、壓力降和生產(chǎn)能力等的影響,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可取=8~12,即閥孔剛?cè)_(kāi)時(shí)比較適宜,由此可知適宜的閥孔氣速為</p><p><b&
82、gt; ?、偎宸謮K</b></p><p> 因D=1000mm>800mm,故采用分塊塔板,查表的分為三塊。</p><p> ?、谶吘壈捕▍^(qū)寬度的確定</p><p> 取WS=WS=0.10m WC=0.050m</p><p> ?、鄹¢y數(shù)目,閥孔排列及塔板布置</p><p>
83、預(yù)選取發(fā)空功能因子 F0=12</p><p><b> 精餾段:</b></p><p> 每層塔板上的浮閥數(shù)目</p><p> 其中 R=D/2–WC=1.0/2–0.05=0.45m</p><p> x=D/2–(Wd+WS)=1.0/2–0.151=0.349m</p><p
84、><b> 提餾段:</b></p><p> 2.3.3浮閥板流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p> 氣體通過(guò)浮閥塔板的靜壓頭降</p><p><b> 因?yàn)?</b></p><p> ?、诎迳下幼枇?即塔板上含氣液層靜壓頭降</p><p> 選充氣因數(shù) ε
85、0=0.5</p><p> ==0.5×0.06=0.03m</p><p> ③液體表面張力造成的靜壓頭降</p><p> 對(duì)浮閥塔板,克服鼓泡時(shí)液體表面張力阻力很小,計(jì)算時(shí)一般可以忽略。</p><p> 所以氣體通過(guò)浮閥塔板的靜壓頭=0.049+0.03=0.079m</p><p> 換
86、算成單板壓降 △Pf=hfg=0.079×807.4196×9.81=625.742Pa<700 Pa</p><p><b> 提餾段: </b></p><p><b> 因?yàn)?</b></p><p> ?、诎迳下幼枇?即塔板上含氣液層靜壓頭降</p><p
87、> 選充氣因數(shù) ε0=0.5</p><p> ==0.5×0.06=0.03m</p><p> ?、垡后w表面張力造成的靜壓頭降</p><p> 對(duì)浮閥塔板,克服鼓泡時(shí)液體表面張力阻力很小,計(jì)算時(shí)一般可以忽略。</p><p> 所以氣體通過(guò)浮閥塔板的靜壓頭=0.0345+0.03=0.0645m</p>
88、;<p> 換算成單板壓降 △Pf=hfg=0.0645×780.964×9.81=494.15Pa<700 Pa</p><p> 降液管液面高度的計(jì)算</p><p> 單層氣體通過(guò)塔板的壓降相當(dāng)于液柱高度hp1=0.084m </p><p> ②液體通過(guò)降液管的靜壓頭降</p>
89、<p> 因不設(shè)進(jìn)口堰,所以可用式</p><p><b> 式中</b></p><p><b> m</b></p><p><b> ?、郯迳弦簩痈叨龋?lt;/b></p><p><b> hL=0.07m,</b></p>
90、;<p> 從而可知,符合防止液泛的要求。</p><p> ?。?)提餾段: </p><p> 單層氣體通過(guò)塔板的壓降相當(dāng)于液柱高度hp2=0.0645m </p><p> ②液體通過(guò)降液管的靜壓頭降</p><p> 因不設(shè)進(jìn)口堰,所以可用式</p><p><
91、b> 式中</b></p><p><b> m</b></p><p><b> ?、郯迳弦簩痈叨龋?lt;/b></p><p><b> hL=0.07m,</b></p><p> 從而可知,符合防止液泛的要求</p><p>
92、;<b> 液沫夾帶量計(jì)算</b></p><p> 判斷液沫夾帶量是否在小于10%的合理范圍內(nèi),是通過(guò)計(jì)算泛點(diǎn)率F1來(lái)完成的。泛點(diǎn)</p><p><b> 塔板上液體流程長(zhǎng)度</b></p><p><b> 塔板上液流面積</b></p><p><b>
93、; m2</b></p><p> 苯和甲苯混合液可按正常物系處理,取物性系數(shù)K值,K=1.0,在從泛點(diǎn)負(fù)荷因數(shù)圖中查得負(fù)荷因數(shù)CF=0.127,將以上數(shù)值 分別代入上式,得泛點(diǎn)率F1為</p><p> 為避免霧沫夾帶過(guò)量,對(duì)于大塔,泛點(diǎn)需控制在80%以下。從以上計(jì)算的結(jié)果可知,其泛點(diǎn)率都低于80%,所以霧沫夾帶量能滿足<0.1kg(液)/kg(干氣體)的要求。&
94、lt;/p><p> 提餾段:取系數(shù)k=1.0,泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)CF=0.131</p><p> 由以上計(jì)算可知,符合要求</p><p> 根據(jù)以上塔板的各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算,可以認(rèn)為精餾段塔徑和各項(xiàng)工藝尺寸是合適的。</p><p> §2.4塔板負(fù)荷性能圖</p><p> 2.4.1液沫夾帶線的繪制&
95、lt;/p><p> 液沫夾帶線上線時(shí),ev=0.10Kg液/Kg干氣,泛點(diǎn)是80%.</p><p> 則有 = </p><p><b> (1)精餾段:</b></p><p><b> 整理可得:</b></p><p><b>
96、?。?)提餾段:</b></p><p><b> 整理得:</b></p><p> 2.4.2液泛線的繪制</p><p> 當(dāng)降液管中泡沫總高度=(HT+)時(shí)將出現(xiàn)液沫</p><p><b> 由此確定液泛線</b></p><p> 而式中閥孔
97、氣速U0與體積流量有如下關(guān)系。即</p><p><b> 對(duì)于精餾段:</b></p><p><b> 解得液泛方程 </b></p><p><b> 對(duì)于提餾段: </b></p><p><b> 解得液泛方程</b></p>
98、;<p> 2.4.3漏液線的繪制</p><p> 精餾段計(jì)算 取動(dòng)能因數(shù)F=5 </p><p><b> 提餾段計(jì)算</b></p><p> 因此不會(huì)產(chǎn)生漏液現(xiàn)象m3/s</p><p> 2.4.4液相負(fù)荷的下限線的繪制</p><p> 對(duì)于平直堰,取堰上
99、液層高度=0.006m作為最小液體符合標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b> ==0.006</b></p><p> 式中 E=1 </p><p> 2.4.5液相負(fù)荷的上限線的繪制</p><p> 液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3-5秒,液體在降液管中停留時(shí)間為</p><
100、;p> 以 t=5s座為液體在降液管中停留時(shí)間的下限</p><p><b> 圖表1</b></p><p><b> 圖表 2</b></p><p><b> 2.4.6小結(jié)</b></p><p> 從塔板負(fù)荷性能圖中可看出,按生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣相和液相流
101、量所得到的操作點(diǎn)P在適宜操作區(qū)的適中位置,說(shuō)明塔板設(shè)計(jì)合理。</p><p> 因?yàn)橐悍壕€在霧沫夾帶線的上方,所以塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制,操作下限由漏液線控制。</p><p> 按固定的液氣比,從負(fù)荷性能圖中可查得</p><p> 精餾段氣相負(fù)荷上限Vsmax=1.05 m3/s,氣相負(fù)荷下限Vsmin=0.22 m3/s,所以可得</p&
102、gt;<p> 精餾段氣相負(fù)荷上限Vsmax=1.00475 m3/s,氣相負(fù)荷下限Vsmin=0.28 m3/s,所以可得</p><p> 塔板的這一操作彈性在合理的范圍(3~5)之內(nèi),由此也可表明塔板設(shè)計(jì)是合理的。</p><p> 第三章 輔助設(shè)備及選型</p><p> §3.1 接管的計(jì)算與選擇</p>&
103、lt;p> 3.1.1進(jìn)料管的選擇</p><p><b> 進(jìn)料的質(zhì)量流率:</b></p><p><b> 進(jìn)料的體積流率:</b></p><p> 則進(jìn)料管的直徑可由以下公式計(jì)算:</p><p> 式中:為料液在進(jìn)液管內(nèi)的流速,且取=1.6m/s</p>&
104、lt;p> 同時(shí)設(shè)置兩個(gè)進(jìn)料管不同時(shí)間內(nèi)進(jìn)料,且每個(gè)進(jìn)料管的進(jìn)料量均為:</p><p> 3.1.2回流管的選擇</p><p> 冷凝器安裝在塔頂時(shí),回流液在管道中的流速一般不能過(guò)高,否則冷凝器高度也要相應(yīng)提高。 </p><p><b> 即回流管設(shè)計(jì)如下:</b></p><p><b>
105、 回流管的質(zhì)量流率:</b></p><p> 回流管直徑依下式計(jì)算:</p><p> 式中:為液料在回流管內(nèi)的流速,且取=1.6m/s</p><p> 3.1.3釜底出口管路的選擇</p><p><b> 釜底料液的質(zhì)量流量</b></p><p> 釜底料液的體積
106、流量 </p><p> 釜底出口管直徑依下式計(jì)算:</p><p> 式中:為液料在釜底出口管內(nèi)的流速,且取=1.6m/s</p><p> 3.1.4塔頂蒸汽管</p><p> 從塔頂至冷凝器的蒸汽管,尺寸必須適合,以免產(chǎn)生過(guò)大壓降,特別在減壓過(guò)程中,過(guò)大壓降會(huì)影響塔的真空度。</p><p> 即
107、塔頂蒸汽管設(shè)計(jì)如下:</p><p> 塔頂蒸汽管直徑依下式計(jì)算:</p><p> 式中:為液料在塔頂蒸汽管內(nèi)的流速,且取=20m/s;</p><p> 近似取為精餾段的體積流率,且=0.6。</p><p> 3.1.5 加料蒸汽管的選擇</p><p> 加料蒸汽管直徑依下式計(jì)算:</p>
108、<p> 式中:為液料在塔頂蒸汽管內(nèi)的流速,且取=23m/s;</p><p><b> 3.1.6封頭</b></p><p> (2) 封頭的設(shè)計(jì)</p><p> 封頭分為橢圓形封頭、蝶形封頭等幾種,本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭,由公稱直徑D=1000mm,可查得曲面高h(yuǎn)l=250mm,直邊高度h0=40mm,內(nèi)表面積1.
109、2096,容積V=0.1623</p><p> 3.1.9人孔的設(shè)計(jì)</p><p> 人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道,人孔的設(shè)置應(yīng)便于人進(jìn)出任何一層塔板。由于設(shè)置人孔處塔間距離大,且人孔設(shè)備過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難以達(dá)到要求,一般每隔6-8塊板開(kāi)設(shè)一個(gè)孔,本塔分別在第8、14、21塊板處(從上往下數(shù))開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔,即可。在設(shè)置人孔處,每個(gè)人孔直徑為450mm,板間距為80
110、0mm,人孔深入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平,其邊緣需倒棱和磨圓。3.2.0 法蘭</p><p> 由于近似常壓操作,所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭,帶頸平焊鋼管法蘭,由不同的公稱直徑,選用相應(yīng)的法蘭。</p><p> 進(jìn)料管接管法蘭:DN15PN105HG20592-97</p><p> 回流管接管法蘭:DN15PN105HG20592-97</p>
111、<p> 塔底出料管法蘭:DN20PN105HG20592-97</p><p> 塔頂蒸汽管法蘭:DN150PN105HG20592-97</p><p> 塔釜蒸汽進(jìn)氣法蘭:DN150PN105HG20592-97</p><p> 第五章 附屬設(shè)備計(jì)算</p><p> 即代 入已得數(shù)據(jù)可得 H=14.98m
112、第五章 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)</p><p> 5.1 冷凝器的選擇</p><p> 有機(jī)蒸氣冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為500-1500kcal/(℃)本設(shè)計(jì)取℃)=2926kJ/(℃)</p><p> 出料液溫度:80.4℃(飽和氣)80.4℃(飽和液)</p><p> 冷卻水溫度:20℃35℃</p>
113、<p><b> 逆流操作:</b></p><p> 傳熱面積:根據(jù)全塔熱量衡算,得</p><p><b> 設(shè)備型號(hào):</b></p><p> 5.2 再沸器的選擇</p><p> 選用120℃飽和水蒸氣加熱,傳熱系數(shù)取。</p><p> 料
114、液溫度:80.4℃100℃,水蒸汽溫度120℃120℃</p><p><b> 逆流操作: ℃</b></p><p><b> ℃</b></p><p> 換熱面積:根據(jù)全塔熱量恒算,得 </p><p><b> 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表:</b></p>
115、<p><b> 總結(jié)語(yǔ)</b></p><p> 經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的查閱文獻(xiàn)、計(jì)算數(shù)據(jù)和上機(jī)敲電子版,化工原理課程設(shè)計(jì)的基本工作已經(jīng)完成,并得出了可行的設(shè)計(jì)方案,全部計(jì)算過(guò)程已在前面的章節(jié)中給以體現(xiàn)。</p><p> 首先我要再這里十分感謝我的指導(dǎo)教師張福順老師和張振坤老師以及幫助過(guò)我的同學(xué)們,在你們的幫助下使我對(duì)化工原理單元操作有了更深刻的認(rèn)識(shí),使我
116、通過(guò)自己動(dòng)手動(dòng)腦的設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)工程師有了新的體驗(yàn)。也更一步憧憬那樣的工作。非常感謝你們。</p><p> 課程設(shè)計(jì)是對(duì)以往學(xué)過(guò)的知識(shí)加以檢驗(yàn),能夠培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力,尤其是這次精餾塔設(shè)計(jì)更加深入了對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程的理解和認(rèn)識(shí),使我們所學(xué)的知識(shí)不局限于書本,并鍛煉了我們的邏輯思維能力,同時(shí)也讓我深深地感受到工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性以及我了解的知識(shí)的狹隘性。所有的這些為我今后的努力指明了具體的方向。</p>
117、<p> 設(shè)計(jì)過(guò)程中培養(yǎng)了我的自學(xué)能力,設(shè)計(jì)中的許多知識(shí)都需要查閱資料和文獻(xiàn),并要求加以歸納、整理和總結(jié)。通過(guò)自學(xué)及老師的指導(dǎo),不僅鞏固了所學(xué)的化工原理知識(shí),更極大地拓寬了我的知識(shí)面,讓我更加認(rèn)識(shí)到實(shí)際化工生產(chǎn)過(guò)程和理論的聯(lián)系和差別,這對(duì)將來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作無(wú)疑將起到重要的作用.</p><p> 在此次化工原理設(shè)計(jì)過(guò)程中,我的收獲很大,感觸也很深,更覺(jué)得學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)的重要性。同時(shí)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)
118、,我深深地體會(huì)到與人討論的重要性。因?yàn)橥ㄟ^(guò)與同學(xué)或者是老師的交換看法很容易發(fā)現(xiàn)自己認(rèn)識(shí)的不足,從而讓自己少走彎路。 </p><p><b> 感謝您的閱讀。</b></p><p> 主要符號(hào)說(shuō)明號(hào)說(shuō)明主要符號(hào)說(shuō)明主要符號(hào)說(shuō)明</p><p><b> 參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)</b></p><p>
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