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文檔簡介
1、<p><b> 化工原理課程設(shè)計</b></p><p> 丙烯-丙烷精餾裝置設(shè)計</p><p> 處 理 量:60kmol/h</p><p> 產(chǎn)品質(zhì)量:(以丙稀摩爾百分?jǐn)?shù)計)</p><p> 進(jìn) 料:xf=65%</p><p> 塔頂產(chǎn)品:xD=98%&l
2、t;/p><p> 塔底產(chǎn)品: xw≤2%</p><p><b> 安裝地點:</b></p><p><b> 總板效率:0.6</b></p><p><b> 塔板位置:塔底</b></p><p><b> 塔板形式:篩板<
3、;/b></p><p><b> 回 流 比:1.2</b></p><p> 班 級: </p><p> 姓 名: </p><p> 學(xué) 號:
4、 </p><p> 指導(dǎo)老師: </p><p> 設(shè)計日期: </p><p> 成 績: </p><p><b> 前 言<
5、/b></p><p> 本設(shè)計說明書包括概述、流程簡介、精餾塔、再沸器、輔助設(shè)備、管路設(shè)計和控制方案共七章。</p><p> 說明中對精餾塔的設(shè)計計算做了詳細(xì)的闡述,對于再沸器、輔助設(shè)備和管路的設(shè)計也做了正確的說明。</p><p> 鑒于本人經(jīng)驗有限,本設(shè)計中還存在許多錯誤,希望各位老師給予指正</p><p> 感謝老師
6、的指導(dǎo)和參閱!</p><p><b> 目錄</b></p><p> 第一章 精餾過程工藝設(shè)計概述- 1 -</p><p> 一、概述- 1 -</p><p> 二、工藝設(shè)計基本內(nèi)容- 1 -</p><p> 1、塔型選擇- 1 -</p><p&g
7、t; 2、板型選擇- 1 -</p><p> 3、進(jìn)料狀態(tài)- 2 -</p><p> 4、回流比- 2 -</p><p> 5、加熱劑和再沸器的選擇- 2 -</p><p> 6、冷凝器和冷卻劑選擇- 3 -</p><p> 三、工藝流程(見丙烯——丙烷工藝流程圖)- 3 -</
8、p><p> 第二章 篩板塔的工藝設(shè)計- 4 -</p><p> 一、物性數(shù)據(jù)的確定- 4 -</p><p> 1、塔頂、塔底溫度確定- 4 -</p><p> 2、回流比計算- 5 -</p><p> 3、全塔物料衡算- 5 -</p><p> 4、逐板計算塔板數(shù)
9、- 6 -</p><p> 5、確定實際塔底壓力、板數(shù):- 6 -</p><p> 二、塔板設(shè)計- 7 -</p><p> 1、塔高計算- 7 -</p><p> 2、塔徑計算- 7 -</p><p> 3、塔板布置和其余結(jié)構(gòu)尺寸的選取- 8 -</p><p>
10、 4、塔板校核- 9 -</p><p> 5、負(fù)荷性能圖- 11 -</p><p> 第三章 立式熱虹吸再沸器的工藝設(shè)計- 14 -</p><p> 一、設(shè)計條件及物性參數(shù)- 14 -</p><p> 二、工藝設(shè)計- 14 -</p><p> 1、估算再沸器面積- 14 -</p&
11、gt;<p> 2、傳熱系數(shù)校核- 15 -</p><p> 3、循環(huán)流量校核- 18 -</p><p> 第四章 管路設(shè)計- 22 -</p><p> 一、物料參數(shù)- 22 -</p><p> 二、設(shè)計- 22 -</p><p> 第五章 輔助設(shè)備的設(shè)計- 24 -&l
12、t;/p><p> 一、儲罐設(shè)計- 24 -</p><p> 二、傳熱設(shè)備- 25 -</p><p> 三、泵的設(shè)計- 26 -</p><p> 第六章 控 制 方 案- 30 -</p><p> 附錄1.理論塔板數(shù)計算- 31 -</p><p> 附錄2.過程工藝
13、與設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書- 33 -</p><p> 附錄3.主要說明符號- 37 -</p><p> 參考資料:- 38 -</p><p> 第一章 精餾過程工藝設(shè)計概述</p><p><b> 一、概述</b></p><p> 化學(xué)工程項目的建設(shè)過程就是將化學(xué)工業(yè)范疇的某
14、些設(shè)想,實現(xiàn)為一個序列化的、能夠達(dá)到預(yù)期目的的可安全穩(wěn)定生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)裝置?;瘜W(xué)工程項目建設(shè)過程大致可以分為四個階段:1)項目可行性研究階段2)工程設(shè)計階段3)項目的施工階段4)項目的開車、考核及驗收</p><p> 單元設(shè)備及單元過程設(shè)計原則:1)技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性2)過程的經(jīng)濟性3)過程的安全性4)清潔生產(chǎn)5)過程的可操作性和可控制性</p><p> 蒸餾是分離液體混合物(含
15、可液化的氣體混合物)常用的一種單元操作,在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。其中,簡單蒸餾與平衡蒸餾只能將混合物進(jìn)行初步的分離。為了獲得較高純度的產(chǎn)品,應(yīng)使得混合物的氣、液兩相經(jīng)過多次混合接觸和分離,使之得到更高程度的分離,這一目標(biāo)可采用精餾的方法予以實現(xiàn)。</p><p> 精餾過程在能量劑驅(qū)動下,使氣、液兩相多次直接接觸和分離,利用液相混合物中各組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移,難揮發(fā)組分由`氣相向液相轉(zhuǎn)移,
16、實現(xiàn)原料中各組分的分離。該過程是同時進(jìn)行的傳質(zhì)、傳熱的過程。為實現(xiàn)精餾過程,必須為該過程提供物流的存儲、輸送、傳熱、分離、控制等的設(shè)備、儀表。由這些設(shè)備、儀表等構(gòu)成精餾過程的生產(chǎn)系統(tǒng),即所要設(shè)計的精餾裝置。</p><p> 二、工藝設(shè)計基本內(nèi)容</p><p><b> 1、塔型選擇</b></p><p> 一個精餾塔的分離能力或分離
17、出的產(chǎn)品純度如何,與原料體系的性質(zhì)、操作條件以及塔的性能有關(guān)。實現(xiàn)精餾過程的氣、液傳質(zhì)設(shè)備,主要有兩大類,板式塔和填料塔。</p><p> 本設(shè)計選取的是板式塔,相比較而言,在塔效率上,板式塔效率穩(wěn)定;在液氣比方面,板式塔適應(yīng)范圍較達(dá),而填料塔則對液體噴淋量有一定要求;在安裝維修方面,板式塔相對比較容易進(jìn)行;由于所設(shè)計的塔徑較大,所以在造價上,板式塔比填料塔更經(jīng)濟一些;而且,板式塔的重量較輕,所以,在本次設(shè)計
18、中,設(shè)計者選擇了板式塔。</p><p> 在眾多類型的板式塔中,設(shè)計者選擇了溢流型篩板塔,相比較其它類型的板式塔,溢流型篩板塔價格低廉,裝卸方便,而且金屬消耗量少,非常適合板間距小、效率較高而且塔單位體積生產(chǎn)能力大的分離要求,同時其操作彈性大、阻力降小、液沫夾帶量少以及板上滯液量少的優(yōu)點也為之提供了廣闊的應(yīng)用市場,這些都是設(shè)計者選擇其作為分離設(shè)備的原因。</p><p><b&g
19、t; 2、板型選擇</b></p><p> 板式塔大致分為兩類:(1)有降液管的塔板,如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板等;(2)無降液管的塔板,如穿流式篩板、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板,如浮閥、篩板、泡罩塔板等。</p><p> 本設(shè)計為篩板塔,其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,制造維修方便,造價低,氣體壓降小,板上液面落差小,相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔,塔板效率接
20、近浮閥塔。其缺點是穩(wěn)定操作范圍窄,小孔徑篩板易堵塞,不適宜處理粘度性大的、臟的和帶固體粒子的料液。</p><p><b> 操作壓力</b></p><p> 精餾操作可以在常壓、加壓或減壓下進(jìn)行,操作壓力的大小應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟上的合理性和物料的性質(zhì)來決定。提壓操作可以減少氣相體積流量,增加塔的生產(chǎn)能力,但也使物系的相對揮發(fā)度降低,不利分離,回流比增加或塔高增加,同時
21、還使再沸器所用的熱源品位增加,導(dǎo)致操作費用與設(shè)備費用的增加。對于我們所要處理的丙烯—丙烷物系來說,加壓操作是有利的。因為本次設(shè)計中,塔頂蒸汽要作為熱源,所以當(dāng)我們在1.6MPa的絕對壓力下進(jìn)行操作時,精餾塔內(nèi)塔頂溫度為42.99℃,塔底溫度為51.22℃,這使得我們在冷凝器中可以使用品位較低的冷劑,再沸器可以使用品位較低廉價的熱源,這樣反而降低了能耗,也就降低了操作費用。</p><p><b> 3
22、、進(jìn)料狀態(tài)</b></p><p> 進(jìn)料可以是過冷液體、飽和液體、飽和蒸汽、氣液混合物或過熱蒸汽。不同的進(jìn)料狀態(tài)對塔的熱流量、塔徑和所需的塔板數(shù)都有一定的影響,通常進(jìn)料的熱狀態(tài)由前一工序的原料的熱狀態(tài)決定。從設(shè)計的角度來看,如果進(jìn)料為過冷液體,則可以考慮加原料預(yù)熱器,將原料預(yù)熱至泡點,以飽和液態(tài)進(jìn)料。這樣,進(jìn)料為飽和液體,汽化每摩爾進(jìn)料所需熱量等于r。這時,精餾段和提餾段的氣相流率接近,兩段的塔徑
23、可以相同,便于設(shè)計和制造,另外,操作上也易于控制。對冷進(jìn)料的預(yù)熱器,可采用比再沸器熱源溫位低的其他熱源或工藝物流作為熱源,從而減少過冷液體進(jìn)料時再沸器熱流量,節(jié)省高品位的熱能,降低系統(tǒng)的有效能損失,使系統(tǒng)的用能趨于合理。但是,預(yù)熱進(jìn)料導(dǎo)致提餾段氣、液流量同時減少,從而引起提餾段液氣比的增加,為此削弱了提餾段各板的分離能力,使其所需的塔板數(shù)增加。</p><p><b> 4、回流比</b>
24、</p><p> 回流比是精餾塔的重要參數(shù),它不僅影響塔的設(shè)備費還影響到其操作費。對總成本的不利和有利影響同時存在,只是看哪種影響占主導(dǎo)。根據(jù)物系的相對揮發(fā)度與進(jìn)料狀態(tài)及組成我們可以算出達(dá)到分離要求所需的最小回流比為 Rmin=11.02。由經(jīng)驗操作,回流比為最小回流比的1.2~2.0倍,根據(jù)任務(wù)書要求,取回流比系數(shù)為1.2,所以計算時所用的回流比為R=13.22。</p><p>
25、 5、加熱劑和再沸器的選擇</p><p> 再沸器的熱源一般采用飽和水蒸氣,因為其相對容易生產(chǎn)、輸送、控制,并且具有較高的冷凝潛熱和較大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。所以,設(shè)計者在本次設(shè)計中采用的是100℃下的飽和水蒸氣(1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)。</p><p> 我們所要分離的物系為丙烯—丙烷,加熱劑——熱水不能與塔內(nèi)物料混合,故采用間壁式換熱器。</p><p> 本設(shè)計采
26、用立式熱虹吸式再沸器,該再沸器是利用塔底單相釜液與換熱管內(nèi)氣液混合物的密度差形成循環(huán)推動力,構(gòu)成工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高,結(jié)構(gòu)緊湊,安裝方便,釜液在加熱段停留時間短,不易結(jié)垢,調(diào)節(jié)方便,占地面積小,設(shè)備及運行費用低等顯著優(yōu)點。但由于結(jié)構(gòu)上的原因,殼程不易清洗,因此不適宜用于高粘度的液體或較臟的加熱介質(zhì)。同時由于是立式安裝,因而,增加了塔的裙座高度。</p><p> 6、
27、冷凝器和冷卻劑選擇</p><p> 本設(shè)計用水作為冷卻劑。</p><p> 冷凝器將塔頂蒸氣冷凝成液體,部分冷凝液作塔頂產(chǎn)品,其余作回流液返回塔頂,使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行,最常用的冷凝器是管殼式換熱器。精餾塔選用篩板塔,配合使用立式虹熱吸式再沸器</p><p> 三、工藝流程(見丙烯——丙烷工藝流程圖)</p><p>
28、; 由P-101A/B泵將要分離的丙烯—丙烷混合物從原料罐V-101引出,送入塔T-101中。T-101塔所需的熱量由再沸器E-102加入,驅(qū)動精餾過程后,其熱量由冷凝器E-102從塔頂移出,使塔頂蒸汽全部冷凝。凝液一部分經(jīng)回流泵P-103A/B一部分送至T-101塔頂作為回流,余下部分作為產(chǎn)品送入丙烯產(chǎn)品罐V-104中。T-101塔排出的釜液,由泵P-102A/B送入丙烷產(chǎn)品罐V-103中。</p><p>
29、 第二章 篩板塔的工藝設(shè)計</p><p><b> 設(shè)計條件</b></p><p> 工藝條件:飽和液體進(jìn)料,進(jìn)料量丙烯含量x=65%(摩爾百分?jǐn)?shù))</p><p> 塔頂丙烯含量=98%,釜液丙烯含量≤2%,總板效率為0.6。</p><p> 操作條件:建議塔頂壓力1.62MPa(表壓)</p&g
30、t;<p><b> 安裝地點:大連</b></p><p><b> 設(shè)計方案:</b></p><p><b> 一、物性數(shù)據(jù)的確定</b></p><p> 1、塔頂、塔底溫度確定</p><p> ?、佟⑺攭毫t=1620+101.325=17
31、21.325KPa;</p><p> 假設(shè)塔頂溫度Tto=316K 經(jīng)泡點迭代計算得塔頂溫度Tt=316.145K</p><p> 查P-T-K圖 得KA、KB 因為YA=0.98</p><p><b> 結(jié)果小于10-3。</b></p><p> 所以假設(shè)正確,得出塔頂溫度為316.145。用同樣
32、的計算,可以求出其他塔板溫度。</p><p> α1=KA/KB=1.15</p><p><b> ?、?、塔底溫度</b></p><p> 設(shè)NT=128(含塔釜)則NP=(NT-1)/NT=213</p><p> 按每塊阻力降100液柱計算 pL=470kg/m3</p><p>
33、 則P底=P頂+NP*hf*pL*g=1620+101.325+213*0.1*470*9.81/1000</p><p><b> =1885KPa</b></p><p> 假設(shè)塔頂溫度Tto=324K 經(jīng)泡點迭代計算得塔頂溫度T=324.37K</p><p> 查P-T-K圖 得KA、KB 因為XA=0.02</p&
34、gt;<p><b> 結(jié)果小于10-3。</b></p><p> 所以假設(shè)正確,得出塔頂溫度為324.37。用同樣的計算,可以求出其他塔板溫度。</p><p> α2=KA/KB=1.112</p><p> 所以相對揮發(fā)度α=(α1+α2)/2=1.131</p><p><b>
35、 2、回流比計算</b></p><p> 泡點進(jìn)料:q=1 </p><p> q線:x=xf = 65% </p><p> 代入數(shù)據(jù),解得 xe=0.65;ye=0.677;</p><p> R=1.2Rmin=13.2189;</p><p><b> 3、全塔物料衡算
36、</b></p><p> qnDh+qnWh=qnFh </p><p> qnDhxd+qnWhxw=qnFhxf</p><p> 解得: qnDh =39.375kmol/h ; qnWh=20.625kmol/h</p><p><b> 塔內(nèi)氣、液相流量:</b>&
37、lt;/p><p> 精餾段:qnLh=RqnDh; qnVh =(R+1)qnDh</p><p> 提留段:qnLh’= qnLh+q×qnFh; qnVh’= qnVh-(1-q) × qnFh</p><p><b> 代入回流比R得:</b></p><p><b>
38、 精餾段:</b></p><p> qnLh =520.494kmol/h;qnVh =559.869kmol/h; </p><p><b> 提餾段 :</b></p><p> qnLh’=580.494 kmol/h ;qnVh’=559.869 kmol/h;</p><p> M=
39、xf·MA+(1-xf)·MB=0.65×42+0.35×44=42.7kg/kmol</p><p> MD=xd·MA+(1-xd)·MB=0.98×42+0.02×44=42.04kg/kmol</p><p> MW=xw·MA+(1-xw)·MB=0.02×42+0.
40、98×44=43.96kg/kmol</p><p> qmfs= qnfh×M/3600=0.7117kg/s</p><p> qmDs= qnDh×MD/3600=0.4598 kg/s</p><p> qnWs=qnWh×MW/3600=0.25 kg/s</p><p> qmLs=
41、R×qmDs =6.078 kg/s</p><p> qmVs=(R+1) qmDs =6.538 kg/s</p><p> qmLS’= qmLs +q× qmfs =6.7899 kg/s</p><p> qmVs’= qmVs -(1-q) × qmfs =6.538 kg/s</p><p>
42、<b> 4、逐板計算塔板數(shù)</b></p><p><b> 精餾段:</b></p><p> y1=xD=0.98</p><p> 直至xi< xf 理論進(jìn)料位置:第51塊板</p><p><b> 進(jìn)入提餾段:</b></p>
43、<p> 直至xn< xW 計算結(jié)束。理論板數(shù):Nt=128(含釜)</p><p> 由excel計算的如表附錄1.</p><p> 5、確定實際塔底壓力、板數(shù):</p><p> 進(jìn)料板Nf=i/0.6=101, 實際板數(shù)Np=[(Nt-1)/0.6]+1=213;</p><p> 塔底壓力Pb
44、=Pt+0.47×9.81×0.1×213(Np)=1819KPa; (0.47為塔頂丙烯密度)</p><p><b> 二、塔板設(shè)計</b></p><p><b> 1、塔高計算</b></p><p> 取塔板間距HT=0.45m</p><p> 塔的
45、有效高度Z=HT×(NP-1)=0.45×212=95.4</p><p><b> 頂部高度取1.3m</b></p><p> 釜液高度取2m,液面-板取0.6m</p><p> 每20塊板設(shè)一人孔,則共有10個人孔,人孔高為0.6m 10*0.6=6m</p><p> 進(jìn)料板與上一板
46、間距為2HT=0.9m</p><p> 塔體高度=塔有效高度Z+頂部高度+底部高度+其他</p><p> =95.4+1.3+(2+0.6)+6+(0.9-0.45)</p><p><b> =106</b></p><p><b> 2、塔徑計算</b></p><
47、;p><b> 物性參數(shù)確定</b></p><p> 氣相流量:qmVs=6.538kg/s qVVs=qmVs/ρv=0.25146m3/s</p><p> 液相流量:qmLs=6.0782kg/s qVLs=qmLs/ρL=0.0129m3/s</p><p> 兩相流動參數(shù):
48、 =0.219</p><p> 初選塔板間距 HT=0.45m,查《化工原理》(下冊)P237篩板塔泛點關(guān)聯(lián)圖,得:C20=0.062</p><p> 所以,氣體負(fù)荷因子: =0.0465</p><p> 液泛氣速: =0.1923m/s</p><p
49、><b> 取泛點率0.7</b></p><p> 則操作氣速:u = 泛點率 ×uf=0.135 m/s</p><p> 氣體流道截面積: =1.868 m2</p><p> 選取單流型弓形降液管塔板,取Ad / AT=0.103;(查書164)</p><p> 則A /
50、AT=1- Ad / AT =0.897</p><p> 截面積: AT=A/0.88=2.0828 m2</p><p> 塔徑: =1.628m</p><p> 圓整后,取D=1.7m</p><p> 符合化工原理書P237表10.2.6及P231表10.2.2的要求。</p><p&g
51、t; 塔板實際結(jié)構(gòu)參數(shù)校正:</p><p> 實際面積: =2.2698 m2</p><p> 降液管截面積:Ad=AT×0.103= 0.233m2</p><p> 氣體流道截面積:A=AT-Ad=2.036 m2</p><p> 實際操作氣速: = 0.124 m/s <
52、;/p><p> 實際泛點率:u / uf =0.6423(要求在0.6-0.8之間)</p><p> 降液管流速ud=qvLs/Ad=0.55</p><p> 3、塔板布置和其余結(jié)構(gòu)尺寸的選取</p><p> 取進(jìn)、出口安定區(qū)寬度;邊緣寬度</p><p> 根據(jù),由《化工原理》圖10.2.23可查得,&
53、lt;/p><p><b> 故降液管寬度</b></p><p><b> 由</b></p><p> 故,有效傳質(zhì)區(qū)面積 </p><p> 取篩孔直徑,篩孔中心距</p><p><b> 則開孔率</b></p><
54、p><b> 故,篩孔總截面積</b></p><p><b> 篩孔氣速</b></p><p><b> 篩孔個數(shù)(個)</b></p><p> 選取塔板厚度(書241頁),取堰高(書234和238頁)</p><p> 由,查《化工原理》圖6.10.24
55、得,</p><p><b> 液流強度</b></p><p><b> 由式</b></p><p> 考慮到物料比較清潔,且液相流量不大,取底隙(書234)</p><p><b> 降液管低隙液體流速</b></p><p><b&
56、gt; 4、塔板校核</b></p><p><b> 、液沫夾帶量</b></p><p> 由和泛點率0.6243,查《化工原理》圖10.2.27得,</p><p> 則=kg液體/kg氣體</p><p> <0.1kg液體/kg氣體,符合要求。</p><p>
57、;<b> 、塔板阻力</b></p><p> 由式=,式中,根據(jù)查《化工原理》圖10.2.28 得,</p><p><b> 故,液柱</b></p><p><b> 由</b></p><p><b> 氣體動能因子</b><
58、;/p><p> 查《化工原理》圖10.2.29得塔板上液層的充氣系數(shù),</p><p><b> 故,液柱</b></p><p><b> 液柱</b></p><p><b> 故,液柱</b></p><p><b> 、降液管液
59、泛校核</b></p><p><b> 由,取,</b></p><p><b> 又液柱</b></p><p><b> 則</b></p><p> 取降液管中泡沫層的相對密度(書244)</p><p><b>
60、 則</b></p><p><b> ,故不會產(chǎn)生液泛</b></p><p> 、液體在降液管中的停留時間</p><p><b> ,滿足要求</b></p><p><b> 、嚴(yán)重漏液校核</b></p><p><b
61、> ,滿足穩(wěn)定性要求</b></p><p><b> 并可求得漏液點氣速</b></p><p> 各項校核均滿足要求,故所設(shè)計篩板塔可用。</p><p><b> 5、負(fù)荷性能圖</b></p><p><b> 、過量液沫夾帶線</b><
62、;/p><p> 令式=中的=0.1,并將有關(guān)變量與的關(guān)系帶入整理,可得:</p><p> 將前面選取的塔板結(jié)構(gòu)尺寸及有關(guān)值代入,得:</p><p> ?。?①線、液相下限線</p><p><b> 令,得:</b></p><p><b> ?、诰€</b>&l
63、t;/p><p><b> 、嚴(yán)重漏液線</b></p><p> 由式,近似取當(dāng)前計算值不變,并將式以及和關(guān)系代入上式整理之,可得:</p><p><b> ③線</b></p><p><b> 、液相上限線</b></p><p><b
64、> 令,得:</b></p><p><b> ?、芫€</b></p><p><b> 、降液管液相線</b></p><p> 令,將,以及和,和,和,的關(guān)系全部代入前式整理之,可得:</p><p><b> ,式中:</b></p>
65、<p><b> 有: ⑤線</b></p><p> 由所繪出的負(fù)荷性能圖可以看出:</p><p> 設(shè)計點qVVh=905.3; qVLh=45.56位于正常操作區(qū)內(nèi),表明該塔板對氣液負(fù)荷的波動有較好的適應(yīng)能力,但是比較靠近液相上限線。在給定的氣液負(fù)荷比條件下,塔板的氣(液)相負(fù)荷的上下限,分別由降液管液泛線和嚴(yán)重漏液所限制。</p
66、><p><b> 由圖查得</b></p><p><b> 故操作彈性為</b></p><p> 所涉及篩板的主要結(jié)果匯總?cè)缦卤恚?lt;/p><p> 第三章 立式熱虹吸再沸器的工藝設(shè)計</p><p> 一、設(shè)計條件及物性參數(shù)</p><p&g
67、t; 、再沸器殼程與管程的設(shè)計條件</p><p><b> 、物性數(shù)據(jù)</b></p><p> 管程流體在49.6℃下的物性數(shù)據(jù):</p><p> 殼程凝液在定性溫度100℃下的物性數(shù)據(jù):</p><p><b> 二、工藝設(shè)計</b></p><p><
68、;b> 1、估算再沸器面積</b></p><p><b> ?、僭俜衅鞯臒崃髁?lt;/b></p><p> 再沸器的熱流量根據(jù)式,求得</p><p><b> 熱流量W</b></p><p><b> 計算傳熱溫差K</b></p>
69、<p> 假定傳熱系數(shù),則可用式估算傳熱面積為:</p><p> 擬用單程傳熱管規(guī)格為,管長,則可得:</p><p><b> 根</b></p><p> 查表3-6取NT=169根</p><p> 若將傳熱管按正三角形排列,則可得:</p><p><b>
70、 ,求得,</b></p><p><b> 殼體內(nèi)徑,取焊接</b></p><p><b> ,取</b></p><p> 且查表3-16取管程進(jìn)口管直徑,管程出口管直徑</p><p><b> 2、傳熱系數(shù)校核</b></p>&
71、lt;p><b> ?、佟@熱段傳熱系數(shù)</b></p><p> 設(shè)傳熱管出口出氣含率,則用式</p><p> 顯熱段傳熱管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p> 計算傳熱管內(nèi)質(zhì)量流速</p><p><b> 計算雷諾數(shù)</b></p><p><b>
72、; 計算普朗特數(shù)</b></p><p> 計算顯熱段傳熱管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p> 計算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p> 計算蒸汽冷凝的質(zhì)量流量</p><p> 計算傳熱管外單位潤濕周邊上凝液的質(zhì)量流量</p><p><b> 計算冷凝液膜的</b>&l
73、t;/p><p> 計算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p><b> 污垢熱阻及管壁熱阻</b></p><p> 查表3-9至3-11得:</p><p><b> 沸騰側(cè),冷凝側(cè) ,</b></p><p><b> 管壁熱阻</b><
74、/p><p><b> 計算顯熱段傳熱系數(shù)</b></p><p><b> ?、?、蒸發(fā)段傳熱系數(shù)</b></p><p> 計算傳熱管內(nèi)釜液的質(zhì)量流量</p><p> 當(dāng)時,計算Lockhat-Martinell參數(shù)</p><p><b> 計算</
75、b></p><p> 由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》圖3-29,根據(jù)</p><p><b> 及,</b></p><p><b> 得到:</b></p><p><b> 當(dāng),</b></p><p> 得到:,再次查圖3-29
76、,得到:</p><p> 計算泡核沸騰壓抑因數(shù)</p><p> 計算泡核沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p> c、計算以液體單獨存在為基準(zhǔn)的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p> 計算沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p><b> 計算對流沸騰因子</b></p><p&g
77、t; 計算兩相對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p><b> 計算沸騰傳熱膜系數(shù)</b></p><p><b> 計算沸騰傳熱系數(shù)</b></p><p><b> =1124.388</b></p><p> C、顯熱段和蒸發(fā)段的長度</p><p
78、> 計算顯熱段的長度與傳熱管總長的比值</p><p> D、計算平均傳熱系數(shù)</p><p><b> 實際需要傳熱面積</b></p><p><b> E、傳熱面積裕度</b></p><p><b> >30%</b></p><
79、;p> 該再沸器的傳熱面積合適。</p><p><b> 3、循環(huán)流量校核</b></p><p> A、循環(huán)系統(tǒng)的推動力</p><p> 當(dāng)時,計算Lockhat-Martinell參數(shù)</p><p> 計算兩相流的液相分率</p><p> 當(dāng)時,計算Lockhat-M
80、artinell參數(shù)</p><p> 計算兩相流的液相分率</p><p> 計算兩相流的平均密度</p><p> 根據(jù)公式,計算得出循環(huán)系統(tǒng)的推動力</p><p><b> ?。ú楸?-19)</b></p><p><b> B、循環(huán)阻力</b></p
81、><p> 管程進(jìn)口管阻力的阻力</p><p> 計算釜液在管程進(jìn)口管內(nèi)的質(zhì)量流速</p><p> 計算釜液在進(jìn)口管內(nèi)的流動雷諾數(shù)</p><p> 計算進(jìn)口管長度與局部阻力當(dāng)量長度</p><p> 計算進(jìn)口管內(nèi)流體流動的摩擦系數(shù)</p><p><b> =0.0496
82、</b></p><p><b> 計算管程進(jìn)口管阻力</b></p><p><b> 傳熱管顯熱段阻力</b></p><p> 計算釜液在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速</p><p> 計算釜液在傳熱管內(nèi)流動時的雷諾數(shù)</p><p> 計算進(jìn)口管內(nèi)流體流動
83、的摩擦系數(shù)</p><p> 計算傳熱管顯熱段阻力</p><p> 傳熱管蒸發(fā)段阻力 汽相流動阻力的計算</p><p> 計算汽相在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速</p><p> 計算汽相在傳熱管內(nèi)的流動雷諾數(shù)</p><p> 計算傳熱管內(nèi)汽相流動的摩擦系數(shù)</p><p> 計算傳熱
84、管內(nèi)汽相流動阻力</p><p><b> 液相流動阻力的計算</b></p><p> 計算液相在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速</p><p> 計算液相在傳熱管內(nèi)的流動雷諾數(shù)</p><p> 計算傳熱管內(nèi)液相流動的摩擦系數(shù)</p><p> 計算傳熱管內(nèi)液相流動阻力</p>&
85、lt;p> 計算傳熱管內(nèi)兩相流動阻力</p><p> 蒸發(fā)段管程內(nèi)因動量變化引起的阻力</p><p> 計算蒸發(fā)段管內(nèi)因動量變化引起的阻力系數(shù)</p><p> 計算蒸發(fā)段管程內(nèi)因動量變化引起的阻力</p><p> 管程出口管阻力 氣相流動阻力的計算</p><p> 計算管程出口管中汽、液相
86、總質(zhì)量流速</p><p> 計算管程出口管中汽相質(zhì)量流速</p><p> 計算管程出口管的長度與局部阻力的當(dāng)量長度之和</p><p> 計算管程出口管中汽相質(zhì)量流動雷諾準(zhǔn)數(shù)</p><p> 計算管程出口管汽相流動的摩擦系數(shù)</p><p> 計算管程出口管汽相流動阻力</p><p
87、><b> 液相流動阻力的計算</b></p><p> 計算管程出口管中液相質(zhì)量流速</p><p> 計算管程出口管中液相流動雷諾準(zhǔn)數(shù)</p><p> 計算管程出口管中液相流動的摩擦系數(shù)</p><p> 計算管程出口液相流動阻力</p><p> 計算管程出口管中的兩相流
88、動阻力</p><p><b> 計算系統(tǒng)阻力</b></p><p> 循環(huán)推動力與循環(huán)阻力的比值為</p><p> 循環(huán)推動力略大于循環(huán)阻力,說明所設(shè)的出口氣化率Xe=0.215基本正確,因此所設(shè)計的再沸器可以滿足傳熱過程對循環(huán)流量的要求。</p><p><b> 第四章 管路設(shè)計</b&
89、gt;</p><p><b> 一、物料參數(shù)</b></p><p> 查P-T-K圖,用求塔頂溫度的方法得進(jìn)料出溫度為45.9℃,第62快理論版為進(jìn)料板,第101塊為實際進(jìn)料板。</p><p> 進(jìn)料出壓力:P=1620+470*9.81*0.1*101/1000=1658.26kpa.</p><p>
90、此溫度下,丙烯的密度ΡLa=517kg/m3</p><p> 丙烷的密度ΡLb=499 kg/m3</p><p> 平均密度ρ=510.19 kg/m3</p><p><b> 二、設(shè)計</b></p><p><b> ?、龠M(jìn)料管線</b></p><p>
91、取流體流速u=0.5</p><p> 液體密度ρ=510.19 kg/m3</p><p> qVfs= qnfh×42.7/510.19/3600=0.001395m3/s</p><p> 則管內(nèi)徑0.0596m</p><p> 選取管規(guī)格Φ70×3.5</p><p> 實際流速
92、0.4475m/s</p><p><b> 塔頂蒸汽管線</b></p><p><b> 取流體流速u=10</b></p><p> 液體密度ρ=26 kg/m3</p><p> qVVS= qmVs/26=0.25146 m3/s</p><p> 則管內(nèi)
93、徑0.1789m</p><p> 選取管規(guī)格Φ197×6</p><p> 實際流速9.66m/s</p><p><b> 塔頂產(chǎn)品接管線</b></p><p> 取流體流速u=0.5</p><p> 液體密度ρ=470kg/m3</p><p>
94、; qVDS= qmDs/470=0.4598/470=0.00097 m3/s</p><p> 則管內(nèi)徑0.0497m</p><p> 選取管規(guī)格Φ57×3</p><p> 實際流速0.474m/s</p><p><b> 回流管線</b></p><p> 取流體
95、流速u=0.5</p><p> 液體密度ρ=470kg/m3</p><p> qVLS= qmLs/470=0.014447 m3/s</p><p> 則管內(nèi)徑0.1918m</p><p> 選取管規(guī)格Φ219×8</p><p> 實際流速0.446m/s</p><p
96、><b> 釜液流出管線</b></p><p> 取流體流速u=0.5</p><p> 液體密度ρ=447kg/m3</p><p> qvWs= qmWs/447=4.5206/447=0.000563 m3/s</p><p> 則管內(nèi)徑0.037878m</p><p>
97、 選取管規(guī)格Φ45×2</p><p> 實際流速0.42676m/s</p><p><b> 塔底蒸汽回流管</b></p><p><b> 取流體流速u=10</b></p><p> 液體密度ρ=26kg/m3</p><p> qVVS’=
98、qmvS/26=4.5206/26=0.1852m3/s</p><p> 則管內(nèi)徑0.154m</p><p> 選取管規(guī)格Φ194×6</p><p> 實際流速7.11m/s</p><p><b> 儀表接管</b></p><p> 選取規(guī)格為Φ25×2.5
99、的管子</p><p><b> 管路設(shè)計結(jié)果表</b></p><p> 第五章 輔助設(shè)備的設(shè)計</p><p><b> 一、儲罐設(shè)計</b></p><p> 容器填充系數(shù)取:k=0.7</p><p> 1.進(jìn)料罐(常溫貯料)</p><
100、p> 20℃丙稀 ρL1 =499kg/m3 </p><p> 丙烷 ρL2 =517kg/m3 </p><p> 壓力取p=1.819MPa</p><p> 由上面的計算可知 進(jìn)料 Xf=65% Wf=63.93% </p><p> 則 =510.1
101、9 kg/m3</p><p> 進(jìn)料質(zhì)量流量:qmfh=3600 qmfs=2562kg/h</p><p> 取 停留時間:x為2天,即x=48h</p><p> 進(jìn)料罐容積: 344.34m3</p><p> 圓整后 取V=345 m3</p><p> 2.回流罐(43℃)&l
102、t;/p><p> 質(zhì)量流量qmLh=3600R·qmDs =21881.52kg/h</p><p> 設(shè)凝液在回流罐中停留時間為0.25h,填充系數(shù)φ=0.7</p><p> 則回流罐的容積 16.627 m3</p><p><b> 取V=17m3</b></p>
103、<p><b> 3.塔頂產(chǎn)品罐</b></p><p> 質(zhì)量流量qmDh=3600qmDs =1653.75 kg/h;</p><p> 產(chǎn)品在產(chǎn)品罐中停留時間為72h,填充系數(shù)φ=0.7</p><p> 則產(chǎn)品罐的容積 340.88m3</p><p><b>
104、 取V=340m3</b></p><p><b> 4.釜液罐</b></p><p><b> 取停留時間為72h</b></p><p> 質(zhì)量流量qmWh=3600qmWs =906.67kg/h </p><p> 則釜液罐的容積
105、 186.88 m3</p><p><b> 取V=190m3</b></p><p><b> 儲罐容積估算結(jié)果表</b></p><p><b> 二、傳熱設(shè)備</b></p><p><b> 1.進(jìn)料預(yù)熱器</b></
106、p><p> 用90℃水為熱源,出口約為70℃走殼程</p><p> 料液由20℃加熱至46℃,走管程傳熱溫差:</p><p> 管程液體流率:qmfh=3600 qmfs=2562kg/h</p><p> 管程液體焓變:ΔH=370kj/kg</p><p> 傳熱速率:Q= qmfsΔH=2562
107、15;370/3600=263.317kw</p><p> 殼程水焓變:ΔH’=175kj/kg</p><p> 殼程水流率:q=5416.8kg/h</p><p> 假設(shè)傳熱系數(shù):K=600w/(m2?K)</p><p><b> 則傳熱面積:</b></p><p> 圓整后
108、取A=10m2 </p><p><b> 2.塔頂冷凝器</b></p><p> 擬用10℃水為冷卻劑,出口溫度為30℃。走殼程。</p><p><b> 管程溫度為43℃</b></p><p> 管程流率:qmVs=4.52kg/s</p><p> 取潛
109、熱r=504kj/kg</p><p> 傳熱速率:Q= qmVs?r=2278.371kw</p><p> 殼程取焓變:ΔH=128kj/kg</p><p> 則殼程流率:qc=Q/ΔH=64079.19kg/h</p><p> 假設(shè)傳熱系數(shù):K=700 w/(m2?K)</p><p> 則傳熱面積
110、: </p><p> 圓整后 取A=152m2</p><p> 根據(jù)計算再沸器傳熱面積的相同方法,可獲得其他換熱設(shè)備的傳熱面積A,其結(jié)果列與表中:</p><p><b> 三、泵的設(shè)計</b></p><p> 1.進(jìn)料泵(兩臺,一用一備)</p><p> 液體流
111、速:u=0.4475m/s</p><p> 液體密度: kg/ m3 </p><p> 選用Φ70×3.5 di=63mm</p><p><b> 液體粘度 </b></p><p><b> 取ε=0.2</b></p><p&
112、gt; 相對粗糙度:ε/d=0.003175</p><p> 查得:λ=0.025</p><p> 取管路長度:l=100m </p><p> 取90度彎管4個,截止閥一個,文氏管流量計1個</p><p> 取△Z=N*HT+2=83*0.45+2≈40</p><p> △P=0.06MPa<
113、;/p><p><b> 則</b></p><p> qVLh =5.021m3/h</p><p> 選取泵的型號:GL 揚程:10~1500m 流量:0.1~90m3 /h</p><p> 參考(化工原理上冊400頁)</p><p> 2.回流泵(兩臺,一開一用)</p>
114、;<p> 取液體流速:u=0.48248m/s</p><p> 液體密度: kg/ m3 </p><p> 選用Φ159×4 di=151mm</p><p><b> 液體粘度 </b></p><p><b> 取ε=0.2</b>
115、</p><p> 相對粗糙度:ε/d=0.001325</p><p><b> 查得:λ=0.02</b></p><p> 取管路長度:l=100m </p><p> 取90度彎管4個,截止閥一個,文氏管流量計1個</p><p><b> 取</b><
116、;/p><p> △P=0.005MPa</p><p><b> 則</b></p><p> qVLh =31.104m3/h</p><p> 選取泵的型號:HY 揚程:1~200m 流量:15~220m3 /h</p><p> 3.釜液泵(兩臺,一開一用)</p>
117、;<p> 取液體流速:u=0.388741m/s</p><p> 液體密度: kg/ m3 </p><p> 選用Φ194×6 di=182mm</p><p><b> 液體粘度 </b></p><p><b> 取ε=0.02</b>
118、</p><p> 相對粗糙度:ε/d=0.0011</p><p><b> 查得:λ=0.02</b></p><p> 取管路長度:l=40m </p><p> 取90度彎管4個,截止閥一個,文氏管流量計1個</p><p> 取=70*0.45+2≈35</p>
119、<p><b> △P=0.1MPa</b></p><p><b> 則</b></p><p> qVLh =36.407m3/h</p><p> 選取泵的型號:HY 揚程:1~200m 流量:15~220m3 /h</p><p><b> 4.塔頂產(chǎn)品
120、泵</b></p><p> 取液體流速:u=0.474848m/s</p><p> 液體密度: kg/ m3 </p><p> 選用Φ57×3 di=51mm</p><p><b> 液體粘度 </b></p><p><b>
121、 取ε=0.02</b></p><p> 相對粗糙度:ε/d=0.003922</p><p><b> 查得:λ=0.25</b></p><p> 取管路長度:l=100m </p><p> 取90度彎管4個,截止閥一個,文氏管流量計1個</p><p><b&g
122、t; 取</b></p><p><b> 則</b></p><p> qVLh =3.492m3/h</p><p> 選取泵的型號:HY 揚程:1~200m 流量:15~220m3 /s</p><p><b> 5. 塔底產(chǎn)品泵</b></p>&
123、lt;p> 為了方便儲罐中的產(chǎn)品運輸出去,在兩個儲罐中還設(shè)置了兩個料液輸出泵。</p><p><b> 泵設(shè)備及主要參數(shù)</b></p><p> 第六章 控 制 方 案</p><p> 精餾塔的控制方案要求從質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗三個方面進(jìn)行綜合考慮。精餾塔最直接的質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品濃度。由于檢測上的困難,難以直接按產(chǎn)品
124、純度進(jìn)行控制。最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)是溫度。</p><p> 將本設(shè)計的控制方案列于下表</p><p> 附錄1.理論塔板數(shù)計算</p><p> 附錄2.過程工藝與設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b> (二)</b></p><p> 丙烯——丙烷精餾裝置設(shè)計</p&g
125、t;<p> 學(xué)生姓名 胡洪 班級 化機0802 學(xué)號 200642006 </p><p> 表1中圈上序號的設(shè)計方案包括了個人本次課程設(shè)計的參數(shù)。</p><p><b> 一、設(shè)計條件</b></p><p> 工藝條件:飽和液體進(jìn)料,進(jìn)料丙烯含量(摩爾百分?jǐn)?shù))</p><p&
126、gt; 塔頂丙烯含量,釜液丙烯含量,總板效率為0.6。</p><p> 操作條件:建議塔頂操作壓力1.62MPa(表壓)。</p><p><b> 安裝地點:大連。</b></p><p><b> 設(shè)計方案</b></p><p><b> 二、工藝設(shè)計要求</b&g
127、t;</p><p> 1 完成精餾塔的工藝設(shè)計計算;</p><p><b> (1) 塔高、塔徑</b></p><p> (2) 溢流裝置的設(shè)計</p><p><b> (3) 塔盤布置</b></p><p> (4) 塔盤流動性能的校核</p>
128、;<p><b> (5) 負(fù)荷性能圖</b></p><p> 2 完成塔底再沸器的設(shè)計計算;</p><p> 3 管路尺寸的確定、管路阻力計算及泵的選擇;</p><p> 4 其余輔助設(shè)備的計算及選型;</p><p> 5 控制儀表的選擇參數(shù);</p><p>
129、 6 用3#圖紙繪制帶控制點的工藝流程圖及主要設(shè)備(精餾塔和再沸器)的工藝條件圖各一張;</p><p> 7 編寫設(shè)計說明書。</p><p><b> 三、其它要求</b></p><p> 本課程的設(shè)計說明書分兩本裝訂,第一本為工藝設(shè)計說明書,第二本為機械設(shè)計說明書。</p><p> 1-2周完成工藝設(shè)計
130、后,將塔的計算結(jié)果表交由指導(dǎo)老師審核簽字合格后,方可進(jìn)行3-4周的機械設(shè)計。</p><p> 圖紙一律用計算機(電子圖板)出圖。</p><p><b> 四、參考資料</b></p><p> 《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》,匡國柱、史啟才主編,化學(xué)工業(yè)出版社,2002年。</p><p> 《化學(xué)化工物性數(shù)
131、據(jù)手冊》(有機卷),劉光啟、馬連湘、劉杰主編,化學(xué)工業(yè)出版社,2002年。</p><p> 《化工物性算圖手冊》,劉光啟、馬連湘、劉杰主編,化學(xué)工業(yè)出版社,2002年。</p><p> 《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》,盧煥章,劉光啟、馬連湘、劉杰主編,化學(xué)工業(yè)出版社,1982年。</p><p> 《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》(續(xù)篇),馬沛生,化學(xué)工業(yè)出版社,199
132、3年。</p><p> 《石油化工設(shè)計手冊》,王松漢,化學(xué)工業(yè)出版社,2002年。</p><p><b> 時間安排</b></p><p> 1. 6月20日上午8點上課,地點化工綜合B202</p><p> 2. 6月21日上午8點上課,地點待定</p><p> 答疑時間,見
133、化院通知</p><p> 4. 7月1日下午提交報告,每人自行提交,在提交報告同時進(jìn)行面試,提交報告同時帶塔的計算結(jié)果表經(jīng)老師審核簽字,考試時間見附件。塔計算結(jié)果表</p><p> ?。?)操作條件及物性參數(shù)</p><p> 操作壓力:塔頂 17213.25MPa(絕壓) 塔底 1819.4MPa(絕壓)</p><p
134、> 操作溫度:塔頂 42.9 ℃ 塔底 51.22 ℃</p><p> (2) 塔板主要工藝尺寸及水力學(xué)核算結(jié)果</p><p> 再沸器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表</p><p> 附錄3.主要說明符號</p><p><b> 參考資料:</b></p&
135、gt;<p> 1.《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》,匡國柱、史啟才主編,化學(xué)工業(yè)出版社,2002年。</p><p> 2.《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》劉光啟,劉杰主編,化學(xué)化工出版社,2002年。</p><p> 3.《化工物性算圖手冊》,劉光啟、馬連緗、劉杰主編,化學(xué)工業(yè)出版社,2002年。</p><p> 4.《化工原理》(下冊),大連理
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