精馏单元操作实训装置指导书.doc
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精馏单元操作实训装置——操作指导书
化工单元实训装置系列之
精馏单元操作实训装置
实训操作指导书
杭州言实科技有限公司
2010.10
目录
一、前言 3
二、理论核心知识点 3
三、技能核心知识点 4
四、主要训练项目 4
五、考核标准(理论核心知识占30%;技能操作训练占70%) 5
1、理论知识由教师组织命题 5
2、实训考核实施方案 5
3、精馏装置技能考核评分表 5
六、实训原理 8
七、实训装置介绍 10
1、精馏生产工艺过程及原理 10
2、精馏分离具有如下特点:
10
3、精馏实训装置组成及工艺流程 11
1) 系统的组成:
11
2) 工艺流程:
11
2. 筛板精馏实训设备配置 14
3. 填料精馏实训设备配置 17
八、操作步骤 21
1、开车准备 21
2、开车 22
3、全回流 22
4、部分回流 22
5、记录数据 24
6、停车 24
九、监控软件 25
1、监控软件操作 25
十、附录:
28
1、附表1乙醇~水溶液体系的平衡数据 28
2、附表2不同温度乙醇~水溶液的组成(101.3KPa) 29
一、前言
职业教育的根本是培养有较强实际动手能力和职业精神的技能型人才,而实训设备是培养这种能力的关键环节。
传统的实验设备更多是验证实验原理,缺乏对学生实际动手能力的培养,更无法实现生产现场的模拟,故障的发现,分析,处理能力等综合素质的培养。
为了实现职业技术人才的培养,必须建立现代化的实训基地,具有现代工厂情景的实训设备。
本精馏塔实训装置把化工技术、自动化技术、网络通讯技术、数据处理等最新的成果揉合在了一起,实现了工厂模拟现场化、故障模拟、故障报警、网络采集、网络控制等培训任务。
按照“工学结合、校企合作”的人才培养模式,以典型的化工生产过程为载体,以液——液传质分离任务为导向,以岗位操作技能为目标,真正做到学中做、做中学,形成“教、学、做、训、考”一体化的教学模式。
以任务驱动、项目导向、学做合一的教学方法构建课程体系,开发设计板式塔精馏操作技能训练装置。
本精馏塔实训装置具有以下特点:
课程体系模块化;实训内容任务化;技能操作岗位化;安全操作规范化;考核方案标准化;职业素养文明化。
二、理论核心知识点
1、掌握精馏分离过程的原理和流程,精馏塔的操作及影响因素。
2、了解筛板塔流体力学性能(塔板压降、液泛、漏液、雾沫夹带)。
3、了解板式塔的结构与类型(泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、喷射塔)
4、掌握精馏塔物料衡算与操作线方程;了解q线方程的物理意义。
5、掌握双组分连续精馏塔理论板数确定、实际塔板数的确定;
6、掌握最小回流比计算、回流比影响及选择,会确定适宜回流比。
7、掌握灵敏板的确定,灵敏板温度的控制、各个参数对灵敏板温度的影响。
8、了解塔压降变化对塔操作的影响。
9、了解进料大小和组分变化对塔操作的影响。
10、了解塔顶冷凝剂量对塔操作的影响。
11、了解塔底采出量大小对塔操作的影响。
12、了解加压、减压对精馏塔操作的影响。
13、了解改变进料口位置对塔操作的影响。
14、了解强制回流和自然回流的优缺点。
15、了解安全及环境保护知识、消防知识相关法律、法规知识。
三、技能核心知识点
1、能识读精馏岗位的工艺流程图、设备示意图、设备的平面图和设备布置图。
2、了解精馏塔、塔釜再沸器、塔顶全凝器等主要设备的结构、功能和布置。
3、了解电器、仪表测量原理及使用方法。
4、掌握精馏操作、故障分析。
5、会正确使用灭火器,处理各种安全事故。
四、主要训练项目
1、能根据生产任务进行最小回流比的计算,根据现场情况选择适宜的回流比。
2、简要叙述精馏操作气—液相流程,指出精馏塔塔板、导流管、塔釜再沸器、塔顶全凝器等主要装置的作用,突出传质与传热过程。
3、能独立地进行精馏岗位开、停车工艺操作;(包括开车前的准备、电源的接通、冷却水量的控制、电源加热温度的控制等)
4、了解塔釜再沸器电加热、导热油加热等不同的加热方式,了解水冷、风冷等不同的冷却方式
5、能进行全回流操作,通过观测仪表对全回流操作的稳定性作出正确的判断。
6、能进行部分回流操作,通过观测仪表对部分回流操作的稳定性作出正确的判断,按照生产要求达到规定的产量指标和质量指标。
7、能及时掌握设备的运行情况,随时发现、正确判断、及时处理各种异常现象,特殊情况能进行紧急停车操作。
8、能正确使用设备、仪表,及时进行设备、仪器、仪表的维护与保养。
9、能掌握现代信息技术管理能力,采用DCS集散控制系统,应用计算机对现场数据进行采集、监控和处理异常现象。
10、正确填写生产记录,及时分析各种数据。
11、了解掌握工业现场生产安全知识。
五、考核标准(理论核心知识占30%;技能操作训练占70%)
1、理论知识由教师组织命题
2、实训考核实施方案
3、精馏装置技能考核评分表
杭州言实科技有限公司TEL:
0571-85670172第27页共27页
序号
时间(分)
操作阶段
考核内容
操作要求
标准分值
评分标准与说明
得分
1
60
根据任务要求计算出回流比
回流比计算知识
比赛选手进入比赛现场,更换比赛服装;最小回流比的计算,适宜回流比的确定
10
最小回流比(4)
适宜回流比(4)
XF、XD、XW等计算(2)
2
60
开车准备
检查水、电、仪、阀、泵,检查储罐并进料;
1.检查电源和仪表显示;
2.检查各阀门状态;检查冷却水系统;
3.向精流塔进料;
5
1.开启总电源、仪表盘电源,查看电压表、温度显示,实施监控仪;(1分)
2.打开计算机电源,启动计算机并进入计算机采集系统。
(1分)
3.打开冷却水上水阀,检查有无供水,关上水阀或开启冷却风机并关闭。
(1分)
4.确定各阀门正常位置后、启动进料泵向塔内加料至指定位置,(2分)
全回流操作
全回流操作及其稳定状态的判断
1.开全凝器给水阀,调节流量至适宜;
2.打开电加热器,调节塔釜加热电压;
3.观察、记录塔内温度、塔压降;进行全回流操作;
4.取样分析塔顶组成;
10
1.操作步骤(3)
2.升温(2分)
3.如何判断全回流稳定(3)(组长询问给分)
4.全回流在稳定后取样两次(2分)浓度差△C≦0.05减0分
3
60
部分回流生产操作
加料步骤、馏出液
1.确定进料位置后开启进料阀、启动进料泵,以指定进料量进料;
2.调节加热电压,调节回流比控制器;
3.开启出料阀门;
4.通过塔温度、压降判断塔内稳定。
5.部分回流操作稳定后,隔5分钟取样分析一次,共2次。
20
1.操作步骤(每步2分,共10分)。
步骤或顺序错或漏,每步减2分。
2.操作质量(10分,其中取样5分、产品质量稳定5分)。
1)取样(5分,其中取样点、时间、容器、操作和取样量各1分)。
部分回流稳定后,隔5分钟取样分析一次,共两次;
2)产品质量稳定5分,2次分析产品质量浓度差△C按下表减分:
△C≥0.03减0分0.03﹤△C≤0.05减2分△C﹥0.05,减5分
4
15
干扰操作
1.在部分回流完成后,评委制造事故;
2.根据出现的事故现象判断事故原因,采取措施、恢复正常操作。
6
判断干扰2分
采取措施2分
恢复稳定2分
5
15
正常停车
1.关闭进料泵及相应管线上的阀门;
2.关闭再沸器电加热;
3.关闭回流比控制器;
4.关闭上水阀、回水阀;
5.各阀门恢复初始开车状态
6.关仪表电源和总电源
6
评判点及分值,(操作顺序错误,扣相应步骤分)。
1.关进料泵、相应管线上阀门(1分),缺或错一步扣1分
2.关闭再沸器电加热(1分)
3.关闭回流比控制器(1分)
4.关闭上水阀、回水阀(1分)
5.各阀门恢复开车前状态(1分)
6.关计算机电源、仪表电源、总电源(1分)
6
15
安全文明操作
安全、文明、礼貌
1.正确操作设备、使用工具;
2.操作环境整洁、有序;
2
1.正确操作设备、使用工具,测试用取样器(1分)错误扣1分,损坏扣10分
2.操作环境整洁、有序(1分)
7
15
记录与报告
记录与报告
1.记录表的清晰规范,反映操作过程的变化
2.计算塔顶的产品产量与质量
11
1记录规范真实(2分)。
2报告规范、真实、准确(2分)。
3两个指标合格6分,合格一个3分,不合格0分
240
合计
70
选手签字指导教师签字日期:
六、实训原理
精馏分离是根据溶液中各组分挥发度(或沸点)的差异,使各组分得以分离。
其中较易挥发的称为易挥发组分(或轻组分),较难挥发的称为难挥发组分(或重组分)。
它通过汽、液两相的直接接触,使易挥发组分由液相向汽相传递,难挥发组分由汽相向液相传递,是汽、液两相之间的传递过程。
现取第n板(如右图)为例来分析精馏过程和原理。
塔板的形式有多种,最简单的一种是板上有许多小孔(称筛板塔),每层板上都装有降液管,来自下一层(n+1层)的蒸汽通过板上的小孔上升,而上一层(n-1层)来的液体通过降液管流到第n板上,在第n板上汽液两相密切接触,进行热量和质量的交换。
进、出第n板的物流有四种:
1.由第n-1板溢流下来的液体量为Ln-1,其组成为xn-1,温度为tn-1;
2.由第n板上升的蒸汽量为Vn,组成为yn,温度为tn;
3.从第n板溢流下去的液体量为Ln,组成为xn,温度为tn;
4.由第n+1板上升的蒸汽量为Vn+1,组成为yn+1,温度为tn+1。
因此,当组成为xn-1的液体及组成为yn+1的蒸汽同时进入第n板,由于存在温度差和浓度差,汽液两相在第n板上密切接触进行传质和传热的结果会使离开第n板的汽液两相平衡(如果为理论板,则离开第n板的汽液两相成平衡),若汽液两相在板上的接触时间长,接触比较充分,那么离开该板的汽液两相相互平衡,通常称这种板为理论板(yn,xn成平衡)。
精馏塔中每层板上都进行着与上述相似的过程,其结果是上升蒸汽中易挥发组分浓度逐渐增高,而下降的液体中难挥发组分越来越浓,只要塔内有足够多的塔板数,就可使混合物达到所要求的分离纯度(共沸情况除外)。
加料板把精馏塔分为二段,加料板以上的塔,即塔上半部完成了上升蒸汽的精制,即除去其中的难挥发组分,因而称为精馏段。
加料板以下(包括加料板)的塔,即塔的下半部完成了下降液体中难挥发组分的提浓,除去了易挥发组分,因而称为提馏段。
一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段。
精馏段操作方程为:
提馏段操作方程为:
其中,R为操作回流比,F为进料摩尔流率,W为釜液摩尔流率,L为提馏段下降液体的摩尔流率,q为进料的热状态参数,部分回流时,进料热状况参数的计算式为:
式中tF——进料温度,℃。
tBP——进料的泡点温度,℃。
Cpm——进料液体在平均温度(tF+tBP)/2下的比热,J/(mol℃)。
rm——进料液体在其组成和泡点温度下的汽化热,J/mol。
Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2
rm=r1M1x1+r2M2x2
式中Cp1,Cp2——分别为纯组份1和组份2在平均温度下的比热容,kJ/(kg.℃)。
r1,r2——分别为纯组份1和组份2在泡点温度下的汽化热,kJ/kg。
M1,M2——分别为纯组份1和组份2的摩尔质量,kg/kmol。
x1,x2——分别为纯组份1和组份2在进料中的摩尔分率。
精馏操作涉及气、液两相间的传热和传质过程。
塔板上两相间的传热速率和传质速率不仅取决于物系的性质和操作条件,而且还与塔板结构有关,因此它们很难用简单方程加以描述。
引入理论板的概念,可使问题简化。
所谓理论板,是指在其上气、液两相都充分混合,且传热和传质过程阻力为零的理想化塔板。
因此不论进入理论板的气、液两相组成如何,离开该板时气、液两相达到平衡状态,即两温度相等,组成互相平衡。
实际上,由于板上气、液两相接触面积和接触时间是有限的,因此在任何形式的塔板上,气、液两相难以达到平衡状态,即理论板是不存在的。
理论板仅用作衡量实际板分离效率的依据和标准。
通常,在精馏计算中,先求得理论板数,然后利用塔板效率予以修正,即求得实际板数。
引入理论板的概念,对精馏过程的分析和计算是十分有用的。
对于二元物系,如已知其汽液平衡数据,则根据精馏塔的原料液组成,进料热状况,操作回流比及塔顶馏出液组成,塔底釜液组成可由图解法或逐板计算法求出该塔的理论板数NT。
按照下式可以得到总板效率ET,其中NP为实际塔板数。
七、实训装置介绍
1、精馏生产工艺过程及原理
混合物的分离是化工生产中的重要过程。
混合物可分为非均相物系和均相物系。
非均相物系的分离主要依靠质点运动与流体流动原理实现分离。
而化工中遇到的大多是均相混合物,例如,石油是由许多碳氢化合物组成的液相混合物,空气是由氧气、氮气等组成的气相混合物。
均相物系的分离条件是必须造成一个两相物系,然后依据物系中不同组分间某种物性的差异,使其中某个组分或某些组分从一相向另一相转移,以达到分离的目的。
精馏是分离液体混合物的典型单元操作,它是通过加热造成气、液两相物系,利用物系中各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的。
通常,将低沸点的组分称为易挥发组分,高的称为难挥发组分。
根据精馏原理可知,单有精馏塔还不能完成精馏操作,必须同时有塔底再沸器和塔顶冷凝器,有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备,才能实现整个操作。
再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流,冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相回流,因而使精馏能连续稳定的进行。
2、精馏分离具有如下特点:
1、通过精馏分离可以直接获得所需要的产品;
2、精馏分离的适用范围广,它不仅可以分离液体混合物,而且可用于气态或固态混合物的分离;
3、精馏过程适用于各种组成混合物的分离;
4、精馏操作是通过对混合液加热建立汽液两相体系进行的,所得到的汽相还需要再冷凝化。
因此,精馏操作耗能较大。
长期以来,乙醇多以精馏法生产,但是由于乙醇-水体系有共沸现象,普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。
但是由于常用的多为其水溶液,因此,研究和改进乙醇-水体系的精馏设备是非常重要的。
塔设备是最常采用的精馏装置,无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用,在此我们以板式塔为例向大家介绍精馏设备。
3、精馏实训装置组成及工艺流程
1)系统的组成:
系统由框架系统;装置主体;检测传感控制装置;仪表电控系统;分析仪器单元组成
2)工艺流程:
精馏实训装置工艺流程图见:
筛板精馏塔实训装置见图1,填料精馏塔实训设备见图2。
图1筛板精馏塔工艺流程图
2.筛板精馏实训设备配置
装置配置单:
序号
符号
名称
1
AI01
塔釜取样口
2
AI02
成品取样口
3
AI03
进料取样口
4
AI04
原料1取样口
5
AI05
原料2取样口
6
TI01
塔釜温度
7
TI02
第十五层塔板温度
8
TI03
回流温度
9
TI04
第十二层塔板温度
10
TI05
第八层塔板温度
11
TI06
第五层塔板温度
12
TI07
第四层塔板温度
13
TI08
塔顶温度
14
TI09
进料1温度
15
TI10
进料2温度
16
TI12
再沸器温度
17
E101
塔底冷却器
18
E102
精馏再沸器
19
E103
原料预热器
20
E104
塔顶冷却器
21
F01
进料流量
22
F02
回流流量
23
F03
成品流量
24
F04
塔底残液流量
25
F05
冷凝水流量
26
LI01
再沸器液位
27
LI02
原料罐1液位
28
LI03
原料罐2位液位
29
LI04
回流罐液位
30
LI05
残液罐液位
31
LI06
产品罐液位
32
P101
进料泵
33
P102
回流泵
34
P103
塔顶采出泵
35
P104
循环泵
36
P105
真空泵
37
P106
冷凝水泵
38
PI01
塔釜压力
39
PI02
塔顶压力
40
PI03
真空度
41
TIC11
进料温度控制
42
TIC12
再沸器温度控制
43
FIC01
进料流量控制
44
FIC02
回流流量控制
45
FIC03
成品采出流量控制
46
FIC04
塔底残液流量控制
47
FIC05
冷凝水流量控制
48
VA001
原料罐1放料阀
49
VA002
原料罐2放料阀
50
VA003
原料罐1出口阀
51
VA004
原料罐2出口阀
52
VA005
进料泵出口阀
53
VA006
精馏塔1#进料口阀门
54
VA007
精馏塔2#进料口阀门
55
VA008
原料罐1进口阀
56
VA009
原料罐2进口阀
57
VA010
原料罐1加料阀
58
VA011
原料罐1放空阀
59
VA012
原料罐2加料阀
60
VA013
原料罐2放空阀
61
VA014
再沸器出口阀
62
VA015
塔底残液罐出口阀
63
VA016
产品罐出口阀
64
VA101
塔釜出口阀
65
VA102
塔釜放料阀
66
VA103
再沸器出口阀
67
VA104
再沸器加料阀
68
VA105
再沸器进口阀
69
VA106
残液放料电磁阀
70
VA107
残液放料阀
71
VA108
残液罐进料阀
72
VA109
残液罐放空阀
73
VA110
残液罐放料阀
74
VA111
进料取样阀
75
VA201
回流液罐放空阀
76
VA202
回流液罐进口阀
77
VA203
塔顶产品罐进料阀
78
VA204
塔顶采出泵出口阀
79
VA205
塔顶采出泵放料阀
80
VA206
塔顶采出泵进口阀
81
VA207
回流液泵进口阀
82
VA208
回流液罐放料阀
83
VA209
回流液泵出口阀
84
VA210
回流液罐真空阀
85
VA211
真空罐放空阀
86
VA212
真空泵出口阀
87
VA213
真空罐放料阀
88
VA214
塔顶产品罐放空阀
89
VA301
冷凝水泵进口阀
90
VA302
塔底冷却器进口阀
91
VA303
塔顶冷却器进口阀
92
VA304
冷却水出口阀
93
V101
原料罐1
94
V102
原料罐2
95
V103
塔底残液罐
96
V104
产品罐
97
V105
真空罐
98
V106
回流罐
99
V107
水箱
装置仪表及控制系统一览表
位号
仪表用途
仪表位置
规格
执行器
PI01
塔底压力
就地
指针压力表40KPa,1.5级
无
PI02
塔底压力
就地
指针压力表,-100-40KPa,1.5
无
PI03
真空罐压力
就地
指针压力表,-100KPa,1.5
真空泵
TIC11
进料温度显示控制
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
电加热管
TIC12
再沸器问温度显示控制
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
电加热管
TI09
1#进料口温度显示
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
无
TI10
2#进料口温度显示
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
无
TI08
塔顶温度显示
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
无
TI07
第4层塔板温度显示
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
无
TI06
第6层塔板温度显示
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
无
TI05
第8层塔板温度显示
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
无
TI04
第12层塔板温度显示
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
无
TI03
回流温度
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
无
TI02
第14层塔板温度显示
就地+集中
热电阻+智能仪表,1级
无
LI01
再沸器罐液位
就地
精度1cm
无
LI02
回流罐罐液位
就地
精度1cm
无
LI03
原料罐1液位
就地
精度1cm
无
LI04
原料罐2液位
就地
精度1cm
无
LI05
残液罐液位
就地
精度1cm
无
LI06
产品罐液位
就地
精度1cm
无
LIC01
再沸器液位控制
就地
精度1cm
电磁阀
FIC01
进料流量显示控制
就地+集中
转子流量计+蠕动泵,1.5级
蠕动泵
FIC02
回流流量显示控制
就地+集中
转子流量计+蠕动泵,1.5级
蠕动泵
FIC03
产品流量显示控制
就地+集中
转子流量计+蠕动泵,1.5级
蠕动泵
FI04
残液流量显示
就地
转子流量计,1.5级
无
FI05
冷却水流量显示
就地+集中
涡轮流量计+智能仪表,1级
无
设备能耗一览表
名称
耗量
名称
耗量
名称
额定功率
原料液
3~12L/h
冷却水
300~1000L/h
进料泵
180W
循环泵
370W
回流泵
180W
采出泵
180W
塔釜加热器
4.5KW
原料预热器
1KW
总计
3~12L/h
总计
300~1000L/h
总计
5.41KW
八、操作步骤
1、开车准备
1)检查公用工程水电是否处于正常供应状态(水压、水位是否正常、电压、指示灯是否正常)。
2)熟悉设备工艺流程图,各个设备组成部件所在位置(如加热釜、原料罐、)。
3)熟悉各取样点、温度测量、压力测量与控制点的位置。
4)确认设备所有阀门初始状态为关闭状态。
5)在精馏现场电力控制柜上,合上总电源空气开关,在现场电力控制柜上检查总电源电压表电压是否正确如出现缺相,欠压等问题应及时按序检查电压表接线是否接触不良,打开仪表电源开关。
6)启动计算机点击桌面”筛板精馏塔实训”快捷方式启动监控软件。
并将所有现场控制参数设置为初始状态零。
7)配料.
l如果是第一次配料,打开原料罐上阀门VA010、VA011,VA012、VA013按体积浓度15%在容器中配好料,从原料罐V101的加料漏斗倒入原料罐中,达2/3位置,按体积浓度30%在容器中配好料,从原料罐V102的加料漏斗
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