化工原理课程设计前言（化工原理课程设计前言换热器）

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本文目录:

• 1、化工原理设计评述怎么写

• 2、化工原理课程设计的内容简介

• 3、化工原理课程设计 分离丙酮-水混合液的填料精馏塔 有满意答案，追加100分

• 4、化工原理课程设计实习换热器

一、化工原理设计评述怎么写

化工原理设计评述可以通过对设计过程的评述和有关问题的讨论来写。《化工原理课程设计》主要介绍了板式精馏塔的设计计算，并就有关流程方案的确定以及附属设备的选型作了介绍，此外给出了设计时所使用的现行技术标准和一些基础数据。

二、化工原理课程设计的内容简介

本书以精馏塔(浮阀塔和筛板塔)设计为主，附以换热器、离心泵及管道设计和选型。主要介绍了板式精馏塔的设计计算，并就有关流程方案的确定以及附属设备的选型作了介绍，此外给出了设计时所使用的现行技术标准和一些基础数据。

本书为化工原理课程教学的配套教材，可作为化工原理课程设计、化工类专业毕业设计的参考资料。

三、化工原理课程设计 分离丙酮-水混合液的填料精馏塔 有满意答案，追加100分

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目：年处理量1.0万吨甲苯-水混合液的填料塔的设计

函授站： 专业： 化工工艺 班级：xx

学生： xx 指导教师：

1．设计（论文）的主要任务及目标

塔设计计算：

a塔工艺计算（物料和能量衡算）

b 塔及塔板主要工艺尺寸的设计计算

⑶ 对苯精馏塔的流体力学验算

⑷ 相关辅助设备选型与计算

⑸ 设计结果及分析讨论

2．设计（论文）的基本要求和内容

⑴ 论文内容符合毕业设计撰写规范。

⑵ 数据可靠、真实，具有一定的代表性。

⑶ 计算过程细化、符合规范要求。

⑷ 要求论文图纸包括：生产工艺流程控制图、塔的部分装配图、X-Y图、塔板负荷性能图。

3．主要参考文献

⑴陆美娟.《化工原理》.化学工业出版社.2001年1月第1版

⑵冯伯华.《化学工程手册》第1、2、3、6卷.化学工业出版社.1989年10月第1版

⑶包丕琴.《华工原理课程设计指导书》.北京化工大学化工原理教研室.1997年4月

⑷陈洪钫.《化工分离过程》.化学工业出版社.1995年5月第1版

⑸陈钟秀.《化工热力学》.化学工业出版社.1993年11月第1

关键词：回流比、精馏、泡点进料、设备、试差

目 录

前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）

第1章 精馏方案的说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）

第1.1节 操作压力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）

第1.2节 进料状态．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）

第1.3节 采用强制回流（冷回流）．．．．．．．．．．．．．．．（8）

第1.4节 塔釜加热方式、加热介质．．．．．．．．．．．．．．（8）

第1.5节 塔顶冷凝方式、冷却介质．．．．．．．．．．．．．．（8）

第1.6节 流程说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）

第1.7节 筛板塔的特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9）

第1.8节 生产性质及用途．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9）

第1.9节 安全与环保．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（11）

第2章 烯烃加氢饱和单元分析．．．．．．．．．．．．．．．．．（12）

第2.1节 反应机理及影响因素分析

第2.2节 物料平衡

第2.3节 能量平衡

第3章 精馏塔设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（12）

第3.1节塔的工艺计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.（12）

第3.2节塔和塔板主要工艺尺寸的设计计算．．．．.（25）

第4章 塔的流体力学验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（31）

第4.1节校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（31）

第4.2节负荷性能图计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（34）

第5章 辅助设备选型计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（39）

第5.1节换热器的计算选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（39）

第5.2节 管道尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（44）

第5.3节 原料槽、成品槽的确定．．．．．．．．．．．．．．．．（45）

第6章 设计结果概要及分析讨论．．．．．．．．．．．．．．．（45）

第6.1节数据要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（45）

第6.2节设计特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（46）

第6.3节 存在的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（46）

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（47）

符号说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（48）

附录1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）

附录2．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）

附录3．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）

附录4．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）

前言

本论文是针对工业生产中苯-甲苯溶液这一二元物系中进行苯的提纯精馏方案，根据给出的原料性质及组成、产品性质及组成，对精馏塔进行设计和物料衡算。通过设计核算及试差等计算初步确定精馏塔的进料、塔顶、塔底操作条件及物料组成。同时对精馏塔的基本结构包括塔的主要尺寸进行了计算和选型，对塔顶冷凝器、塔底再沸器、相关管道尺寸及储罐等进行了计算和选型。在计算设计过程中参考了有关《化工原理》、《化学工程手册》、《冷换设备工艺计算手册》、《炼油设备基础知识》、《石油加工单元过程原理》等方面的资料，为精馏塔的设计计算提供了技术支持和保证。

通过对精馏塔进行设计和物料衡算等方面的计算，进一步加深了对化工原理、石油加工单元过程原理等的理解深度，开阔了视野，提高了计算、绘图、计算机的使用等方面的知识和能力，为今后在工作中进一步发挥作用打下了良好的基础。

第1章 精馏方案的说明

本精馏方案适用于工业生产中苯-甲苯溶液二元物系中进行苯的提纯。精馏塔苯塔的产品要求纯度很高，达99.9％以上，而且要求塔顶、塔底产品同时合格，以及两塔顶温度变化很窄(0.02℃)，普通的精馏温度控制远远达不到这个要求。故在实际生产过程控制中只有采用灵敏板控制才能达到要求。故苯塔采用温差控制。

第1.1节 操作压力

精馏操作在常压下进行，因为苯沸点低，适合于在常压下操作而不需要进行减压操作或加压操作。同时苯物系在高温下不易发生分解、聚合等变质反应且为液体（不是混合气体）。所以，不必要用加压减压或减压精馏。另一方面，加压或减压精馏能量消耗大，在常压下能操作的物系一般不用加压或减压精馏。

第1.2节 进料状态

进料状态直接影响到进料线（q线）、操作线和平衡关系的相对位置，对整个塔的热量衡算也有很大的影响。和泡点进料相比：若采用冷进料，在分离要求一定的条件下所需理论板数少，不需预热器，但塔釜热负荷（一般需采用直接蒸汽加热）从总热量看基本平衡，但进料温度波动较大，操作不易控制；若采用露点进料，则在分离要求一定的条件下，所需理论板数多，进料前预热器负荷大，能耗大，同时精馏段与提馏段上升蒸汽量变化较大，操作不易控制，受外界条件影响大。

泡点进料介于二者之间，最大的优点在于受外界干扰小，塔内精馏段、提馏段上升蒸汽量变化较小，便于设计、制造和操作控制。

第1．3节 采用强制回流（冷回流）

采用冷回流的目的是为了便于控制回流比，回流方式对回流温度直接影响。

第1．4节 塔釜加热方式、加热介质

塔釜采用列管式换热器作为再沸器间接加热方式，加热介质为水蒸汽。

第1．5节 塔顶冷凝方式、冷却介质

塔顶采用列管式冷凝冷却器，冷却介质用冷却水。

第1．6节 流程说明

由于上游装置没有后加氢单元，所以在重整反应过程中生成的烯烃会带到本装置原料中， 烯烃的存在，会导致苯、甲苯产品的酸洗比色不合格，因此必须进行烯烃的加氢饱和。

本装置流程包括烯烃加氢反应单元和精馏单元两部分。

烯烃加氢反应单元：原料经过进料泵加压后进入换热器E101与反应生成油交换热量后，进入加热炉L101进行加热，再进入反应器R101，经过烯烃饱和加氢反应后进入热交换器E101冷却后，进入油气分离器V101，油进入精馏原料中间罐。

本精馏方案采用节能型强制回流进行流程设计，并附有在恒定进料量、进料组成和一定分离要求下的自动控制系统以保证正常操作。

精馏过程：30OC原料液从原料罐经进料泵进入原料换热器E102再经原料预热器进行预热进一步预热至泡点（97.65OC，加热介质为水蒸汽），温度升至约97.65oC,从进料口进入精馏塔T101进行精馏，塔顶气温度为81.52oC部分冷凝后的气液混合物进入塔顶冷却器（冷却介质为冷却水），冷凝后的物料进入回流罐V102，然后再通过回流泵，将料液一部分作为回流也打入塔顶，另一部分作为塔顶产品经产品冷却器进入产品储罐V103，再经产品泵P104/AB输送产品。塔釜内液体一部分进入再沸器E103，经水蒸汽加热后，回流至塔釜，另一部分与原料换热器换热后排入甲苯储罐。在整个流程中，所有的泵出口都装有压力表，所有的储槽都装有放空阀，以保证储槽内保持常压。

第1.7节 筛板塔的特性

筛板塔是最早使用的板式塔之一，它的主要优点：

（1）结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60%左右，为浮阀塔的80%左右；

（2）在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%-40%；

（3）塔板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；

（4）气体压力降较小，每板压力降比泡罩塔约低30%左右。

筛板塔的缺点是：小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。

第1.8节 生产性质及用途

1.8.1 苯的性质及用途

苯是一种易燃、易挥发、有毒的无色透明液体，易燃带有特殊芳香气味的液体。分子式C6H6，相对分子量78.11，相对密度0.8794(20℃)，熔点5.51℃，沸点80.1℃，闪点-10.11℃(闭杯)，自燃点562.22℃，蒸气密度2.77kg/m3，蒸气压13.33kPa(26.1 ℃)， 标准比重为0.829。蒸气与空气混合物爆炸限1.4%～8.0%。不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油混溶。遇热、明火易燃烧、爆炸。能与氧化剂，如五氟化溴、氯气、三氧化铬、高氯酸、硝酰、氧气、臭氧、过氯酸盐、(三氯化铝+过氯酸氟)、(硫酸+高锰酸盐)、过氧化钾、(高氯酸铝+乙酸)、过氧化钠发生剧烈反应，不能与乙硼烷共存。苯是致癌物之一。苯是染料、塑料、合成树脂、合成纤维、药物和农药等的重要原料，也可用作动力燃料及涂料、橡胶、胶水等溶剂。质量标准：见表1－1。

表1-1 纯苯质量标准（GB/T2283-93）

项目 指标

特级 一级 二级 三级

外观 室温（18~25℃）下透明液体，不深于每1000mL水中含有0.003g重铬酸钾溶液的颜色

密度（20℃）/kg/m3

沸程/℃

大气压下（80.1℃）

酸洗比色

溴价/(g/100mL)

结晶点/℃

二硫化碳/(gBr/100mL)

噻吩/(g/100mL) 876~880

中性实验 中性

水分 室温（18~20℃）下目测无可见不溶水

1.8.2 甲苯的性质

甲苯有强烈的芳香气味，无色有折射力的易挥发液体,气味似苯。分子式C7H8，相对分子质量92.130，相对密度0.866(20℃/4℃)，熔点-95～-94.5℃，沸点110.4℃，闪点4.44℃(闭杯)，自燃点480℃，蒸气密度3.14 kg/m3，蒸气压4.89kPa(30℃) 比重D 4℃20℃、0.866，，蒸气与空气混合物的爆炸极限为1.27%～7%。几乎不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、冰醋酸、二硫化碳混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。遇明火或与(硫酸+硝酸)、四氧化二氮、高氯酸银、三氟化溴、六氟化铀等物质反应能引起爆炸。流速过快(超过3m/s)有产生和积聚静电危险。甲苯可用氯化、硝化、磺化、氧化及还原等方法之前染料、医药、香料等中间体及炸药、精糖。由于甲苯的结晶点很低，故可用作航空燃料及内燃机燃料的添加剂。质量标准：见表1－2。

表1-2 甲苯质量标准（GB/T2284-93）

项目 指标

特级 一级 二级

外观 室温（18~25℃）下透明液体，不深于每1000mL水中含有0.003g重铬酸钾溶液的颜色

密度（20℃）/(kg/m3)

沸程/℃

大气压下（110.6℃）

酸洗比色

溴价/（gBr/100mL） 863~868

中性实验 中性

水分 室温（18~20℃）下目测无可见不溶水

第1.9 安全与环保

1.9.1 安全注意事项

苯类产品是易燃、易爆、有毒的无色透明液体，其蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物，因此，应特别注意防火，强化安全措施。

（1）不准有明火和火花，设备必须密封，以减少苯蒸汽挥发散发入容器中，设备的放散管应通入大气，其管口用细金属网遮蔽，使贮槽或蒸馏设备中的苯类产品不致因散出蒸汽回火而引起燃烧，厂房应设有良好的通风设备，防止苯类蒸汽的聚集。

（2）所有金属结构应按规定在几个地点上接地，为防止液体自由下落而引起静电荷的产生，将引入贮槽中所有管道均应安装到接近贮槽的底部，电动机应放在单独的厂房内。

（3）应设有泡沫灭火器和蒸汽灭火装置，不能用水灭火。

（4）工人进入贮槽或设备进行清扫或修理前,油必须全部放空,所有管道均需切断,设备应用水蒸汽彻底清扫后才允许进入并注意通风,检修人员没有动火证严禁在生产区域内动火。

（5）进入生产区域或生产无关人员，不得乱动设备和计量仪表等。

（6）及时清除设备管线泄漏情况，严防中毒着火、爆炸等事故的发生。

（7）泄漏应急处理迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源，防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用不燃性分散剂制成的乳液刷洗，洗液稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容；用泡沫覆盖，抑制蒸发。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。

1.9.2 环境保护

认真执行环境保护方针、政策、坚持污染防治设施与生产装置同时设计、同时施工、同时投产。现将“三废”治理措施分析述如下：

（1）废水：各设备间接冷却水回收用于炼焦车间熄焦用，工艺产品分离水送往生化装置进行处理。设备冲洗水经初步沉淀和油水分离后送入生化处理。

（2）废气：水凝气体回收引入列管户前燃烧，产品贮槽加水喷淋装置和氮密封措施，防止挥发污染大气环境。

（3）废渣：生产过程中生产的废渣送往回收工段作为原料使用。

定期检测个生产岗位苯含量和生产下水中各污染均含量，严防超标现象的发生。

第2章 烯烃加氢饱和单元分析

2.1 反应机理及影响因素分析

（1）反应机理

单烯烃 CnH2n+H2→CnH2n+2

双烯烃 CnH2n-2+2H2→CnH2n+2

环烯烃

烯烃的加氢饱和反应也为耗氢和放热反应。

(2) 烯烃的加氢饱和反应过程的影响因素

烯烃的加氢饱和反应过程的影响因素除催化剂性能外，主要有原料性质、反应温度、反应压力、氢油比和空速等。

①原料性质

加工烯烃含量较高的原料时，需要较高的反应苛刻度（即较高的反应压力和反应温度，较低的反应空速）。此外一定要注意原料油罐的惰性气体保护，最好是直接进装置，避免中间与空气接触发生氧化生成胶质，导致催化剂失活加快。

②反应温度

反应温度通常是指催化剂床层平均温度。烯烃的加氢饱和反应是一种放热反应，提高反应温度不利于加氢反应的化学平衡，但能明显提高化学反应速度，提高精制深度。过高的反应温度会促进加氢裂化副反应的发生，使产品液体收率下降，导致催化剂上积炭速率加快，降低催化剂使用寿命；反应温度过低，不能保证将杂质除净。

在很高温度下，烯烃饱和度有一个明显的限制，结果使在高温操作比低温操作的产品中有更多的残存烯烃，当原料中有明显的轻组分，使用新催化剂时硫化氢与烯烃反应生成醇，在较低温度下操作可避免硫醇的生成。

根据催化剂活性和原料油中的烯烃含量，一般预加氢的反应温度为150～180℃。随着运转时间的延长，逐步提高反应温度，以补偿催化剂的活性降低。

③反应压力

当要求一定的产品质量时，压力的选择主要是考虑催化剂的使用寿命和原料油中的烯烃含量。一般而言，压力愈高，催化剂操作周期愈长；原料油烯烃含量愈高，选择操作压力也愈高。提高反应压力将促进加氢反应速度，增加精制深度，并可保持催化剂的活性。但压力过高会促进加氢裂解反应，使产品总液收下降，同时过高的反应压力会增加投资及运转费用。

④氢油比

所谓氢油比是反映标准状态时，氢气流量与进料量的比值。可用H2/HC表示。提高氢油比，不仅有利于加氢反应的进行，并能防止结焦，起到保护催化剂的作用。但是，在原料油进料一定的情况下，氢油比过大会减少原料油与催化剂接触时间，反而对加氢反应不利，导致精制深度下降，产品质量下降，同时也增大了系统压降和压缩机负荷，操作费用增加。

⑤空速

空速指单位（质量或体积）催化剂在单位时间内处理的原料量，简写为h-1 。空速分为质量空速和体积空速。常用体积空速（LHSV），它的倒数相当于反应接触时间，称为假接触时间。因此空速的大小意味着原料与催化剂接触时间的长短。空速过大，即单位催化剂处理的原料量越多，其接触时间应越短，影响了精制深度；空速过小增加了加氢裂解反应，使产品液收率下降，运转周期缩短，降低了装置的处理量。

2.2 物料平衡

表2-1烯烃加氢反应单元物料数据 单位：吨/日

入 方 出 方

原料油 43.2 精馏进料 42.32

氢气 0.52 损失 1.40

合计 43.72 合计 43.72

2.3 能量平衡（以加热炉为例）

2.3.1 原料进出加热炉数据

原料进出加热炉数据见表2-2。

表2-2 原料进出加热炉数据

入 方（80℃） 出 方（160℃）

单位

项目 组成 数据 焓值 热量 单位

项目 组成 数据 焓值 热量

m% Kcal/kg wkcal m% Kcal/kg wkcal

原

料

油 苯 0.7 130 16.38 原

料

油 苯 0.7 154 19.40

甲苯 0.3 128 6.912 甲苯 0.3 158 8.532

烯烃 烯烃

氢气 540 1.170 氢气 1090 2.362

合计 24.462 合计 30.294

注：原料中烯烃含量很少在计算过程中可忽略不计。

2.3.2 加热炉热平衡

由表2-2可以知道，原料油经过加热炉后，热量增加值为：5.832wkcal/t.

加热炉需要燃烧瓦斯进行提供。加热炉用瓦斯组成见表2-3。

表2-3 加热炉用瓦斯组成及焓值计算表

　 成份组成 体积热值 分析数据 焓值

1 氢气 2650 44.91 1190.115

2 氧气 0 11.73 0

3 氮气 0 40.56 0

4 二氧化碳 　 0.02 0

5 一氧化碳 3018 0 0

6 甲烷 8529 1.61 137.3169

7 乙烷 15186 0.48 72.8928

8 乙烯 14204 0.42 59.6568

9 丙烷 21742 0.05 10.871

10 丙烯 20638 0.07 14.4466

11 异丁烷 26100 0.03 7.83

12 正丁烷 28281 0.03 8.4843

13 正丁烯 27160 0.02 5.432

14 异丁烯 27160 0.01 2.716

15 反丁烯 27160 0.02 5.432

16 顺丁烯 27160 0.01 2.716

17 碳五以上 34818 0.03 10.4454

　 合计 　 100 1528.3548

第七章 参考文献

1 化工原理》上下册.化学工业出版社.2006年5月第3版

2 冯伯华.《化学工程手册》第1、2、3、6卷.化学工业出版社.1989年10月第1版

3 包丕琴.《华工原理课程设计指导书》.北京化工大学化工原理教研室.1997年4月

4 陈洪钫.《化工分离过程》，化学工业出版社，1995年5月第1版

5 陈钟秀.《化工热力学》.化学工业出版社.1993年11月第1版

6 沈复等.《石油加工单元过程原理》上下册.中国石化出版社.2004年8月第1版

7.刘巍等.《冷换设备工艺计算手册》.中国石化出版社.2003年9月第1版

8.马秉骞主编.《炼油设备基础知识》中国石化出版社.2003年1月第1版

9.周志成等.《石油化工仪表自动化》中国石化出版社.1994年5月第1版

10.田顾慧.《化工设备》中国石化出版社.1996年6月第1版

11.沈复 李阳初.《石油加工单元过程原理》中国石化出版社.2004年8月第1版

12.陆美娟.《化工原理》化学工业出版社. 2006年1月第10版

符号说明

A换热面积m2

Aa 　鼓泡区面积　m2

Af　 　降液管横截面积m2

An　 　有效传质区面积m2

Ao 　筛孔面积m2

AT　塔横截面积　m2

A 质量分率-

C 负荷系数-

CP 　比热KJ/Kg．OC(KJ/Kg．K)

D　 塔顶产品流率Kmol/h(Kg/h)

Dg　 公称直径m

DT　塔径　m

D 　管内径　 mm

d1　 　 管外径　 　mm

do 孔径 mm

dm 　 管平均直径mm

E 　液流收缩系数　-

ET全塔板效率-

ev　 雾沫夹带量　Kg液体/Kg气体

F 　进料流率 　Kmol/h(Kg/h)

H　 　 塔高　m

HL板上清夜层高度mm

HT板间距 　m

Hd　降液管内清夜层高度　m

HD　塔顶空间高度 m

HB　塔底空间高度　 m

hd 气体通过干板压降m

ho 　降液管下沿到塔板间距离m

how　 溢流堰上液头高 m

hp　 　气体通过塔扳压降m

hr 　液体通过降液管的压降　m

hw 溢流堰高度m

hσ　液体表面张力引起的压降　m

Ko 　以内壁为基准的总传热系数　Kcal/m2．H．oC

K　稳定系数

L 液体流量　 Kmol/h(Kg/h,m3/h)

lW溢流堰堰长　

ms 冷却剂质量流量 Kg/h

N 实际塔板数 -

NT 理论塔板数 -

Nt 换热器总管数 -

N 开孔数

Q 换热器热负荷 W

R 回流比 -

Rmim 最小回流比 -

Rsi 换热管内垢阻系数 m2•h•oC/Kcal

r 气化潜热 KJ/Kg

Tc 临界温度 K

T 孔间距 mm

Tp 板厚度 mm

ua 以鼓泡区面积为基准的气速 m/s

uf 液泛气速 m/s

un 空塔气速 m/s

uo 以筛孔面积为基准的气速 m/s

uow 漏液点气速 m/s

V 塔内上升气体流量 Kmol/h(Kg/h,m3/h)

W 塔釜采出液体量 Kmol/h(Kg/h)

Wc 边缘区宽度 m(mm)

Wd 降液管宽度 m(mm)

Ws 塔板入口安定区宽度 m(mm)

Ws’ 塔板出口安定区宽度 m(mm)

X 液相摩尔分率 -

Y 气相摩尔分率 -

A 相对挥发度 -

Ai 以内壁为基准的传热膜系数 Kcal/m2•h•oC

Ao 以外壁为基准的传热膜系数 Kcal/m2•h•oC

β 充气系数 -

σ 表面张力 dyn/cm2

ρL 液相密度 Kg/m3

ρv(g) 气相密度 Kg/m3

μ 粘度 Cp

开孔率 -

Ф 装料系数 -

τ 停留时间 s

λ

四、化工原理课程设计实习换热器

《化工原理课程设计》教学大纲(2005)0 一、 课程的性质、目的与任务 性质：课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试；是对学生在规定的时间内完成指定的化工单元操作设计任务的初步训练。 目的、任务： （1）通过化工原理课程设计，培养学生能综合运用本课程和前修课程的基础知识，进行融会贯的独立思考能力，巩固和强化化工原理有关课程的基本理论和基本知识； （2）培养学生化工工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题的能力，了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的主要程序和方法，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练； （3）培养学生分析和解决工程实际问题的能力，树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风，为学生后续课程及毕业设计打下一定的基础。 （4）使学生熟悉查阅并能综合运用各种有关的设计手册、规范、标准、图册等设计技术资料；进一步掌握识图、制图、运算、编写设计说明书等基本技能；完成作为工程技术人员在工艺设计方面所必备的设计能力的基本训练。 二、 课程设计的内容与安排 1. 课程设计课题目的选择 本课程的设计包括列管式换热器、板式精馏塔、板式吸收塔、填料精馏塔、填料吸收塔或其它典型化工设备的设计，学生可从中选择一种化工设备进行设计。 2．课程设计的内容及要求 2．1内容 A.列管式换热器（或其它换热器）的设计 ①主要技术要求和指标 a. 选择列管式换热器的结构 b. 计算传热平均温差 c. 计算总传热系数 d. 计算总传热面积 ②方案选择及原理 e. 列管式换热器型式的选择：主要依据换热系数及流过管壳程流体的温差来确定。 f. 流体流动空间的选择：主要从传热系数、设备结构、清洗方便来确定。 g. 流体流速的选择：由设备费和操作费的总和决定，即由经济衡算确定，同时流速的选择还应使管长和管程适当。 h. 流体流动管程的选择：主要从操作费用、设备费用综合考虑。 i. 流体的出口温度:主要依据操作费用及设备参数来确定。 j. 管程数与壳程数的确定:管内流体流量较小时,管内流速较低,对流传热系数较小,为提高管内流速可采用多管程数，但程数过多，流体流动阻力增大且平均温差下降，故设计时应综合考虑各因素来确定程数。 B. 板式塔的设计:筛板塔、浮阀塔或其它塔（精馏或吸收） ①主要技术要求和指标 a. 塔径 b.理论塔板数 c.实际塔板数 d.塔高、塔板的设计，溢流装置与流体流型、筛板的流体力学验算 ②方案选择及原理 a． 装置流程的确定：要较全面、合理地兼顾设备费用、操作费用、操作控制方便及安全因素。 b． 操作压强的选择：根据冷凝温度决定。 c． 进料状态的选择：原则上，在供热量一定的情况下，热量应尽可能由塔底进入，使产生的气相回流在全塔发挥作用，即宜冷进料。但为使塔的操作稳定，免受季节气温影响，提馏段采用相同塔径以便于制造，则常采用饱和液体（泡点）进料，但需增设原料预热器。若工艺要求减少塔釜加热量避免釜温过高，料液产生结焦或聚合，则应采用气态进料。 d． 加热方式的选择：大多采用间接蒸汽加热，设置再沸器；当塔釜残留液的主要成分为水分时，可以用直接水蒸气加热，此时可省掉加热设备，但需要增加提馏段的塔扳数。 e． 回流比的选择：力求使总费用最低，一般经验值为R=(1.1～1.2)Rmin，对特殊物系与场合应根据实际情况选择回流比。 C. 填料塔的设计（精馏或吸收） 主要技术要求和指标 a. 合理选择填料种类、规格、材质； b. 塔径、填料层高度； c. 填料层压降计算； d. 填料塔内件选择，液体分布器设计，液体分布器布液能力的计算 2.2设计成果 (1)完成主要设备的工艺设计，设计说明书1份，按要求完成课程设计说明书。 (2)完成主要设备设计（包括外形图和剖面图各1张，零部件图1-2张）。 2.3设计成果要求 a. 按要求认真、仔细、完成课程设计说明书。说明书书面整洁，结构力求合理、完整； b. 设计合理、实用、经济、工艺性好,能理论联系实际，综合考虑问题， c. 查阅、计算、处理数据准确； d. 所绘图纸要求表达清晰、图面整洁，符合制图标准； 3.教学安排 本课程设计时间一周。 向学生布置课程设计有关任务， 学生也可以自己立题（相同题目少于5人），提出有关要求，讲解与设计有关的主要内容(2学时)；熟悉设计内容并查询有关资料（1天）；从事课程设计具体工作（2天）；绘制课程设计图纸（1天）；整理课程设计说明书（1天）。 课程设计的步骤和进度： 3.1准备阶段 1）设计前应预先准备好设计资料、手册、图册、计算和绘图工具、图纸及报告纸等； 2）认真研究设计任务书，分析设计题目的原始数据和工艺条件，明确设计要求和设计内容； 3）设计前应认真复习有关教科书、熟悉有关资料和设计步骤； 4）应结合现场参观，熟悉典型设备的结构，比较其优缺点。 3.2设计阶段 化工原理课程设计主要是对单元操作中主要设备进行工艺设计。根据单元操作中的工艺条件（压力、温度、介质特性、物料量等）及原始数据，查取有关数据，进行物料衡算；围绕着设备内、外附件的工艺尺寸进行选型、设计；并对设计结果进行校核。这一步往往通过“边算、边选、边改”的做法来进行。 3.3设计说明书 设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计计算的整理和总结，是审核设计的技术文件之一。其内容大致包括： 1） 封面： 包括课程设计题目、系别、班级、学生姓名、设计时间等。 2） 目录 3） 设计任务 4） 概述与设计方案的分析和和拟定, 工艺流程简图与主体设备工艺条件图 5） 设计条件及主要物性参数表 6） 按设计任务顺序说明(有关参数计算、物料衡算，主要设备各部分工艺尺寸的确定和设计计算、设计结果校核) 7） 设计结果汇总表 8） 对本设计的评述 本部分主要介绍设计者对本设计的评价及设计者的学习体会。 9 ）参考文献 10） 附录 3.4制图 根据计算结果，选取一定比例，按要求进行制图。 3.5课程设计答辩 课程设计的图样及说明书全部完成后，须经指导教师审阅，得到认可后，方能参加答辩。 4.课程设计的成绩评定 课程设计的成绩要根据图样、说明书和答辩所反映的设计质量和能力，以及设计过程中的学习态度综合加以评定。 总体表现：态度认真，积极思考，独力分析问题、解决问题能力强 20% 设计说明书: 40% 其中 书写工整，结构合理、完整 10% 设计方案正确，思路清晰 10% 设计计算正确，条理清楚 20% 设计图图纸正确、清晰、整洁 25% 答辩 15% 教学建议： 希望能将课程设计与生产实习、毕业实习相结合，使该课程更好地发挥其作用。 四．教材及教学参考资料 教材：柴诚敬，刘国维，李阿娜主编.化工原理课程设计,天津:天津科学技术出版社,2002 (4) 参考资料： [1] 郑帜等.化工工艺设计手册,北京:化学工业出版社,1994(8) [2] 时钧等.化学工程手册 ,北京:化学工业出版社,1996(2) [3] 姚玉英主编.化工原理,天津:天津大学出版社,1999(1) 责 任 表 执笔人 邹丽霞 专业负责人 熊国宣 院长 罗明标 参加 讨论 人员 黄国林、熊国宣、刘峙嵘、许文苑、黄海清、陈中胜、孟利娜、梁喜珍，杨婥 日期 2005年1月10日

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