化工原理课程设计
（清水吸收空气中的氨为例）
一 吸收原理
在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。填料塔是一种应用很广泛的气液传质设备，它具有结构简单，压降低，填料易用，耐腐蚀度高等优点。操作时液体与气体经过填料时被填料打散，从而传质与传热效率。 二 工业吸收过程
以清水吸收空气中的氨为例，说明吸收操作的流程。完整的吸收过程包括吸收和解吸两大部分。混合气体在20
C
o
下进入吸收塔底部，清水从塔顶淋下，塔内装有填料以扩大气液接触面积。在气液接触过程中，气体中的氨溶解于清水中，使离开吸收塔顶的气体中氨的含量降至允许值，而溶有较多氨的液体由塔底排出。在一些吸收过程中吸收剂大多是昂贵的液体，考虑到经济要求，一般要进行吸收剂的解吸，使吸收剂能够再次使用，这一过程成为吸收剂的再生。而此处的吸收剂是清水，则不需要解吸，若增加解吸过程则反而不经济。 脱氨气体 回收气体
加 冷
热 却 器 器 过热蒸汽
混合气体
吸收与解吸流程
吸收又包括逆流操作和并流操作它们各有优缺点，表现为：逆流操作的传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多用逆流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。用水吸收NH 3属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以，本设计选用逆流吸收流程。 三 填料的选择
填料种类很多，根据填料方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类。
吸
收 塔
解 吸 塔
1、散装填料
散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种典型的散装填料。
(1)拉西环填料。其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。拉西环填料的气液分布较差，传质速率低，阻力大，通量小，目前工业上已很少用了。
(2)鲍尔环填料。鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气体阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，其通量可增加50%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。
(3)阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的间隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前使用的环形填料中最为优良的一种。
(4)弧鞍填料。弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面来那个侧均匀的流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容易破碎，工业生产应用不多。
(5)矩鞍填料。将弧鞍填料两端的弧形面改成矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被矩鞍填料所取代。
(6)环矩鞍填料。环矩鞍填料是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，是工业应用最为普遍的一种金属散装填料。下图为几种实体填料：
拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍形填料矩鞍形填料
2、规整填料
规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料两大类，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。
金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，是由金属丝网制成的。其特点是压降低、分离效率高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因性能优良
仍得到广泛使用。
金属板波纹填料是板波纹填料的主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多mm mm 6~4φφ的小孔，可起到粗分配板片上的液体，加强横向混和作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大气直径塔及气、液负荷较大的场合。
波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大。其缺点是不适用于处理黏度大、易聚合或有悬浮物的材料，且装卸、清理困难，造价高。
本设计采用阶梯环填料。
表1 阶梯环填料的特性数据
尺寸
材质及堆积方式
比表面积
)/(32m m a
空隙率
)
(33m m ε
堆积密度
()
3m kg P ρ
填料因子
1/-m φ
备注
4
.15.1225??
塑料乱堆 223 0.90 97.8 172
()()()
厚高直径??
.1195.33??
塑料乱堆 132.5 0.91 57.5 115
1.5
3050??
塑料乱堆 114.2
0.927 76.8 143.1
填料选择标准：
有较大的比表面积；
液体在填料表面有较好的分布性能； 气流在填料层中均匀分布； 填料有较大的空隙率；
选择填料时应考虑其机械强度，性能及价格等因素。 四 工艺计算
1.确定塔顶、塔底的气液流量和组成
空气和水的物性常数如下：
空气:粘度：)/(065.01081.15h m kg s pa ?=??=-μ 密度： 3/205.1m kg =ρ
水：密度：3/2.998m kg L
=ρ
mm
mm mm ??
粘度： s pa L
??=-5104.100μ
表面张力：2/940896/6.72h kg cm dyn L
==σ
查表得C o
20
下kpa E 8.99=
2y 2x
如图所示：进塔气相：
1.01=y
出塔气相：
)951(1.0002-?=y =0.005
进塔液相：02
=x (清水）
混合气体的平均摩尔质量为：kmol kg M
/8.2729)1.01(171.0=?-+?= 1y 1x
混合气体摩尔流量：
最小液气比为：
936.00
985.01.0005
.01.0)(
212121*21min =--=--=--=x m y y y x x y y G L
实际液气比取最小液气比的1.1倍：
则 吸收剂用量为：h kmol L
/18.84728.8103.1=?=
又因为：
2
12
1x x y y G L --=
故 :
混合气体的质量流量：
h kg G /038.22728.27728.81=?=ω
液体的质量流量：
h kg L /92.151602.1818.84=?=ω
092.003.1/)005.01.0()(211=-=?
-=L
G
y y x 03.1936.01.1)(1.1min =?=?=G
L
G L h kmol RT P G /728.81)
2515.273(3145.83
.10120002000=+??=?=
985.03
.1018.99===
P E m
液气比为：
2.塔径的计算
混合气体的密度
由1得： 混合气体的质量流量：
h kg G /038.22728.27728.81=?=ω
液体的质量流量：
h kg L /92.151602.1818.84=?=ω
本设计所选填料是塑料阶梯环，尺寸为 1.53050??（
厚高直径??）， 查表1得
比表面积
)/(114.232m m a =
水的粘度 s pa L
??=-5104.100μ
查资料： 填料塔直径计算公式为u V D S π4=
D ——塔径，m ；
S V ——操作条件下混合气体的体积流量，m 3
/s ;
u ——空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s.
S V 由设计任务给出的，故要计算塔径则必须确定空塔气速u ，这里利用泛点气速法来确定空塔气速u 。泛点
气速
F u 是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为
泛点率 F
u u
。
对于散装填料，其泛点率的经验值为 85.0~5.0=F u u
又由经验方程式，贝恩-霍根关联式得
可得泛点气速F u
其中：
F u ——泛点气速，m/s ；
8
14
12.032lg ???
?
?????? ??-=?????????L V G L L L
V t F K A a g u ρρωωμρρε668.0038
.227292.1516==G L ωω3
3
3/136.115
.2983145.8108.27103.101m kg RT M P V =????==-ρ
g ——重力加速度，9．81m/s 2
a t ——填料总比表面积，m 2
／m
3 ε——填料层空隙率，m 3
／m 3； ρV ,ρL ——气相、液相密度，k/m 3
； μL ——液体粘度，mPa ·s;
A,K ——填料关联常数。
一些填料的A,K 值见下表
表2
散装填料 A K 塑料鲍尔环 0.0942 1.75 金属鲍尔环 0.1 1.75 塑料阶梯环 0.204 1.75 金属阶梯环 0.106 1.75 瓷矩鞍
0.176
1.75
由于选用的是塑料阶梯环，故这里取A,K 值分别为0.204,1.75，各参数可由表1查得，一并带入贝恩-霍根关联式：
()322.114m m a t = ,()
33927.0m m =ε
取泛
0.8则
s m u u F /892.4115.68.08.0=?==
由塔径计算公式 u V D S π4=
代入数据得
8
14
18
14
12.032
2.998136.1038.227292.151675.1204.0lg ?
?
?
????? ??-=???
?
???
??
? ??-=?????????L V V L L V t F K A a g u L ρρωωμρρε622.02
.032=???L L
V t a g u F
μρρεs m a g u L
V t L
F /115.6004
.1136.12.1142
.998927.081.9622.0622.02
.032
.03=?????=?????=μρρεm
D 38.03600
892.414.32000
4=???=
圆整后取
m D 4.0=（常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）
泛点率校核：
则则则则F u u 符合在85.0~5.0之间范围。
填料规格校核：
表3 塔径与填料公称直径的比值d D 的推荐值
填料种类 D/d 的推荐比值
填料种类 D/d 的推荐比值
拉西环 30~20≥
阶梯环 8> 鞍环 15≥
环矩鞍 8>
鲍尔环
15~10≥
由表3可知
d D 符合8>的范围
液体喷淋密度校核：
对于散装填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算：
()t a U ?=min W min L
式中
min U 最小喷淋密度，()h m m ?3；
()min W L 最小润湿速率，()h m m ?3
；
t a 填料的总比表面积，3
2m m 。
最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。其值可由经验公式计算，也可采用一些经验值。对于直径不超过75mm 的散装填料，可取最小润湿速率()min
W
L 08.0=()h m m ?3
；对于直
径大于75mm 的散装填料，取最小润湿速率
()
min
W
L 12.0=()h m m ?3
。
故在此处 min U 2.11408.0?= 136.9=()h m m ?3
又由于：
=
D
s
m u /423.324.0142.3360020002=?
?
? ???=56.0115
.6423
.3==F
u u 850
400
==d D 2
)2(D L U h
π=
式中
U
液体喷淋密度
()h m m ?3； h L 液体喷淋量 h m /3
； D 填料塔直径 m 。
解之得：
经以上JING
经以上校核可知，填料塔直径选用
m D 4.0=合理。
3.填料层高度的计算
0906.0092.0985.011=?==*mx y 022
==*mx y
解吸因数
956.003.1/985.01===L
mG A 传质单元数：
81
.13956.0005.01.0)956.01(ln 956.0111)11(ln 111
2221=??
?
???+--=
??????+----
=A mx y mx y A A
N OG 传质单元高度：
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：
})()()()(45.1exp{12.02
05.0221.075.0t L L L L t L L t L L c t w a U g
a U a U a a σρρμσσ?????--=- 其中 L V U U , 气、液的质量通量，()h m kg ?2/；
L V μμ, 气、液的粘度，()h m kg ?/；
t a 填料的总比表面积，32/m m ； w a 填料的润湿比表面积，32/m m ；
L σ 液体的表面张力，)/12960/1(/22h kg cm dyn h kg =； c σ 填料材质的临界表面张力，2/h kg ；
V L ρρ, 气、液的密度，3/m kg ；
g 重力加速度，h m /10
27.18
?。
136.910.122
.9984.07855.002
.1818.842
>=???=
U
表4 不同材质的c σ值
材质
钢
陶瓷
聚乙烯
聚氯乙烯
碳
玻璃
涂石蜡的表
面
表面张力，N/m
×103
75 61 33 40 56 73 20
若取阶梯环的材质为聚乙烯，则
2
/518400/40h cm dyn c ==σ查表得，
2
/940896
/6.72h kg cm dyn L ==σ 液体的质量通量为：)/(4172.120774
.0785.002.1818.842
2
h m kg U L ?=??=
气体质量通量为)/(17197.180894
.0785.0136.120002
2
h m kg U V ?=??=
所以：
419.0})2
.1149408962.9984172.12077()1027.12.9982.1144172.12077()6114.32.1144172.12077()940896518400(45.1ex p{12.0205
.08221.075.0=??????????--=-t w a a 得：
85.47419.02.114419.0=?==t w a a 32/m m
)()()(237.031
7.0RT D a D a U V t V V V v t V G
??=ρμμκ 3121
32)()()(0095.0L
L L L L L w L L
g D a U ρμρμμκ??????=- 其中
L V D D , 溶质在气、液两相中的扩散系数，s m /2
查表知， 0
C
，101.3 kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数s cm D /17.02=o
由，
则293k ，101.3kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数为 液相扩散系数s m D L
/1004.229-?=，代入下式：
2
3
))((o
o o T T
P P D D G =s
cm D D G /194.0)15
.27315.298)(3.1013.101(223
==
)
/(1676.0)15
.298314.8103600194.02.114()360010194.0136.1065.0()065.02.11417197.18089(
237.024
3
1
47.0kpa h m kmol G ??=???????????=--κ
1363
.0)2
.9981027.16.3()36001004.22.9986.3()6.385.474172.12077(0095.031
82
19
32=?????????=--L κ 又： )/(069.1245.185.471676.031.11.1kpa h m kmol a a w G G
??=??=??=ψκκ
h a a w L L 1567.745.185.471363.04.04.0=??=??=ψκκ 其中 ψ 填料的形状系数。
常见填料的形状系数
表5 填料类型 球 棒 拉西环 弧鞍 开孔环 Ψ值
0.72
0.75
1
1.19
1.45
本设计中选开孔环，故 45.1=ψ
本设计中5.0>F u u
，故有：
a u u
a a u u
a L F
L
G F
G
κκκκ?-?+='?-?+='])5.0(6.21[])5.0(5.91[2.24.1 解之得：
h
a kpa h m kmol a L
G
1607.7567.7])5.056.0(6.21[)/(302.14069.12])5.056.0(5.91[2
.234.1=?-?+='??=?-?+='κκ
)
/(98.3607
.7725.01
302.1411
111
3kpa h m kmol a H a a K L G
G ??=?+
=
'?+
'=
κκ
m P a K G H G OG 614.198
.33.1014.0785.0728
.812
=???=Ω??=
理论所需塔高：
m N H H OG OG 289.2281.13614.1'=?=?=
填料塔的高度取决于填料层的高度，为了保证工程上的可靠性，计算出的填料层应该留出一定的安全高度。由设计经验，一般填料层的高度为理论值的5.1~2.1倍，这里选1.2
倍，故有：
m m H H 2775.26289.222.12.1'≈=?==
4.填料层的分段
液体沿填料层向下流动时，有向塔壁方向集中的趋势，形成壁流效应。这样就造成填料层上液气分布不均匀，传质效率降低。因此需要将填料层分段。根据下表可进行填料层的分段。
表6 一些填料分段高度推荐值
填料类型
D h
max h
填料类型
D h max h 拉西环 5.2 4≤ 阶梯环 15~8 6≤ 矩鞍 8~5 6≤ 环矩鞍 15~8
6≤
鲍尔环 10~5
6≤
其中 D h
分段高度与塔径之比
max h 允许填料层最大高度
可将填料层分为5段，每段为5.4m ，中间设置4个液体分布器。
D h =13.5，在15~8之间。
5.填料塔的附属高度
填料塔上方和下方高度各取1m ，装液体分布器的空间每段可取0.5m ，则液体分布器的总搞度为2m 。 综上所述，填料塔附属高度总高为4m 。 6.填料层压降的计算
采用Eckert 通用关联图计算填料层压降
通用压降关联图
横坐标为：
0225.0)2
.998136.1(038.227292.1516)(5
.05.0=?=L V V L ρρωω 已知： 1
89-=Φm P
1L
==ρρψ水
纵坐标为：204.0004.12
.998136.181.9189423.42.022
.02=????=??ΦL L V P g u μρρψ
作图得交点为m pa Z
P
/81.910?=? 即每米压降为m pa /1.98
因此填料层的总压降为：
pa P 4.3335341.98=?=?
7.液气相进出口管径的计算
为防止流速过大引起管道冲蚀、磨损、震动和产生巨大的噪音，液体流速一般不超过s m /3，气体流速一般
不超过
s m /100。
1）对于气体：
设计中氨与空气的混合气体总流量为h m /20003s m /556.03=，若取流速为s m u /12=，可
以做如下计算：
m
u q d d u uA q V V 243.012
785.0556
.0785.0785.02=?=?=?
??== 其中 d 管道直径
V q 气体体积流量
查表 878163
-GB 无缝钢管表，可选取规格为 10273?φ 的热轧无缝钢管，其内径为：
mm d 25320273=-=，此时实际流速为：s m u /07.11253
.0785.0556
.02
=?=
对所选管道进行校核：m d 53.2085
.7007.1156.50=?=内径
，符合。
2）对于液体： 若取液体流速为
s m u /2=，所以所选管道内径为：
m d 0164.03600
214.3.29982
.915164=????=
内径
查表 888163
-GB 无缝钢管表，选规格为222?φ的无缝钢管，其内径为
mm d 18422=-=
因此实际流速为：
s m u /66.1018
.014.336002.99892
.151642
=????=
m d 18.006
.614.133600.29982
.915164=????=
内径
综上所述，液相进出口管道选择规格为222?φ的无缝钢管，气相进出口管道选择规格为10273?φ的无缝
钢管。
五 填料塔内件的类型与设计
1）液体分布装置：液体分布器的作用：液体分布装置设于填料层顶部，用于将塔顶液体均匀分布在填料表面上，液体的分布装置性能对填料塔效率影响很大，特别是大直径、低填料层的填料塔，尤其需要性能良好的液体分布装置。
由于液体在填料塔内分布均匀，可以增大填料的润湿表面积，以提高分离效果。因此，液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。从喷淋密度考虑，应保证每602
m 的塔截面上约有一个喷淋点，这样，可以防止塔内壁流和沟流现象.
常用的液体分布装置有莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔管式分布器等。
莲蓬式喷淋器:液体经半球形喷头的小孔喷出。小孔直径为3~10m ，做同心圆排列，喷洒角不超过?80。这种喷淋器结构简单，但只适用于直径小于600mm 的塔中，且小孔易堵塞。
盘式分布器:盘低开有筛孔的称为塞孔式，盘底装有垂直短管的称为溢流管式。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流短管流下。筛孔式的 液体分布效果好，而溢流管式自由截面积较大，且不易堵塞。盘式分布器常用于直径较大的塔中，基本可保证液体分布均匀，但其制造较麻烦。
齿槽式分布器:液体先经过主干齿槽向其下个条形做第一级分布，然后再向填料层上面分布。这种分布自由截面积大，不易堵塞，多用于直径较大的填料塔。
多孔环管式分布器:由多孔圆形盘管、联接管及中央进料管组成。这种分布器气体阻力小，特别使用于液量小而气量大的填料吸收塔。
液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。
近年来的实践表明，大直径填料塔的放大问题主要是保证液体初始分布均匀，若能保证单位塔截面的喷淋点数目与小塔相同，大型填料塔的传质效率将不会低于小型塔。
液体分布装置的安装位置，须高于填料层表面200mm,以提供足够的自由空间，让上升气流不受约束地穿过分布器。根据氨气易溶解的性质，可选用目前应用较为广泛的多孔型布液装置中的排管式喷淋器。多孔型布液装置能提供足够均匀的液体分布和空出足够大的气体通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆结构。
液体引入排管喷淋器的方式采用液体由水平主管一侧引入，通过支管上的小孔向填料层喷淋。 排管式喷淋器采用塑料制造。 2）填料支撑装置：
填料支承装置用于支承塔填料及其所持有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及气体均布作用。故在 设计支承板是应满足下列三个基本条件：1、自由截面与塔截面之比不小于填料的空隙率；2、要有足够的强度承受填料重量及填料空隙的液体；3、要有一定的耐腐蚀性。 3）填料压紧装置：
填料上方安装压紧装置可防止在气体作用下填料发生松动或跳动。填料压紧装置分为压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等。对于散装填料，可选用压紧栅板，在其下方根据填料的规格敷设一层金属网，并将其与压紧栅板固定。 六 设计一览表
吸收塔类型：聚乙烯塑料阶梯环吸收填料塔
混合气处理量： 2000m 3
/h
名称 工艺参数
物料名称 清水 混合气体 操作压力，kPa 101.3 101.3 操作温度，℃ 20 25 流体密度，kg/m3
998.2
1.136
黏度 s pa ??-5104.100
)/(065.0h m kg ?
流量，kg/h 1516.92 2272.038 接管尺寸（直径,mm ）
18
253
塔径，mm 400 填料层高度，m 27 压降，KPa 3.3354 操作液气比
0.668
七 设计过程的评述
为期两周的化工原理课程设计结束了，在这个课程设计过程当中，我综合地运用了我们所学习过的流体力学，吸收等方面的化工基础知识，设计了一款可应用于吸收氨的填料塔。在设计的过程当中，有很多数据设计出来不一定能如人意，有些要反复试算很多遍，很能考验耐性。有些人可能会为了美观或省事而在图上面改数据或者采用跟计算不一致的画法，但是本人认为，应当实事求是，该是怎样的就怎么样。毕竟这是一个训练的过程，如果我们都不抱着实事求是的态度的话，那么这个训练的意义就没有那么大了。整个设计的过程绝大部分数据都是有书可查，有标准可参照的。
两周的设计短暂而紧张，但使我明白了一个问题，我们必须学会将书本中的知识运用到实际中去，可能我们已经掌握了一些关于化工方面的基本知识，也从理论上具备了完成一些设计的的能力，但我们不会将理论联系实际，那我们学过的知识又有什么用呢？
参考文献
[]1 王国胜 化工原理课程设计.大连理工大学出版社，2006
[]2 程敏恒等 化工原理. 化学工业出版社，2009
[]3 刘家祺 分离过程. 化学工业出版社，2002
课程设计 课程名称化工原理课程设计 题目名称热水泠却器的设计 专业班级XX级食品科学与工程（X）学生姓名XXXX 学号XXXXXXXX 指导教师 二O一年月日
锯齿形板式热水冷却器的设计任务书一、设计题目： 锯齿形板式热水冷却器的设计 二、设计参数： （1）处理能力：7.3×104t/Y热水 （2）设备型式：锯齿形板式热水冷却器 （3）操作条件： 1、热水：入口温度80℃，出口温度60℃。 2、冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃。 3、允许压降：不大于105Pa。 4、每年按330天，每天按24小时连续运行。 5、建厂地址：蚌埠地区。
目录 1 概述 (1) 1. 1 换热器简介 (1) 1. 2 设计方案简介 (2) 1. 3 确定设计方案 (2) 1. 3. 1 设计流程图 (3) 1. 3. 2 工艺流程简图 (4) 1. 3. 3 换热器选型 (4) 1. 4 符号说明 (4) 2 锯齿形板式热水冷却器的工艺计算 (5) 2.1 确定物性数据 (5) 2.1.1 计算定性温度 (5) 2.1.2 计算热负荷 (6) 2. 1. 3 计算平均温差 (6) 2. 1. 4 初估换热面积及初选板型 (6) 2. 1. 5 核算总传热系数K (7) 2. 1. 6 计算传热面积S (9) 2. 1. 7 压降计算 (10) 2.2 锯齿形板式热水冷却器主要技术参数和计算结果 (10) 3 课程设计评述 (11) 参考文献 (12) 附录 (13)
1 概述 1.1 换热器简介 换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器种类很多，若按换热器传热面积形状和结构可分为管式换热器和特殊形式换热器。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各一相同，故换热器的类型很多，特点不一、可根据生产工艺要求进行选择。 1.2 设计方案简介 根据设计要求:用入口温度30 ℃，出口温度40℃的循环水冷却热水（热水的入口温度80℃，出口温度60℃），通过传热量、阻力损失传热系数、传热面积的计算，并结合经验值确定换热器的工艺尺寸、设备型号、规模选定，然后通过计算来确定各工艺尺寸是否符合要求，符合要求后完成工艺流程图和设备主体条件图，进而完成设计体系。 设计要求：选择一台适宜的锯齿形换热器并进行核算。下图中左面的为板式换热器外形，右边的是板式换热器工作原理图。
绪论 1.1换热器在工业中的应用 换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可或缺的工艺设备之一。因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机爆发以来，各国都在下大力量寻找新的能源及在节约能源上研究新途径。在研究投入大、人力资源配备足的情况下，一批具有代表性的高效换热器和强化元件诞生。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成就，得到了大量的回报，如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、T型翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热界专家的首肯，社会效益非常显著，大大缓解了能源的紧张情况。 换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。 随着环境保护要求的提高，近年来加氢装置的需求越来越多，如加氢裂化，煤油加氢，汽油、柴油加氢和乳化油加氢装置等建设量增加，所需的高温、高压换热器数量随之加大。螺纹锁紧环换热器、Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器、蜜蜂盖板式换热器技术发展越来越快，不仅在承温、承压上满足装置运行要求，而且在传热与动力消耗上发展较快，同时亦适用于乙烯裂解、化肥中合成氨、聚合和天然等场合，可满足承压高达35MPa，承温达700℃的使用要求。在这些场合，换热器占有的投资占50%以上。 1.2换热器的研究现状 20世纪80年代以来，换热器技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。各种新型、高效换热器的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益，市场经济的发展、私有化比例的加大，降低成本已成为企业追求的最终目标。因而节能设备的研究与开发备受瞩目。能源的日趋紧张、全球环境气温的不断升高、环境保护要求的提高和换热器及空冷式换热器及高温、高压换热器带来了日益广阔的应用前景。在地热、太阳能、核能、余热回收、风能的利用上，各国政府都加大了投入资金力度。 国内各研究机构和高等院校研究成果不断推陈出新，在强化传热元件方面华南理工
课程设计任务书 设计题目：水冷却环己酮换热器的设计 一、设计条件 1、处理能力53万吨/年 2、设备型式列管式换热器 3、操作条件 a．环己酮：入口温度120℃，出口温度为43℃ b．冷却介质：自来水，入口温度20℃，出口温度40℃ c．允许压强降：不大于1×105Pa d．每年按330天计，每天24小时连续运行 4、设计项目 a．设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 b．换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。 c．换热器的主要结构尺寸设计。 d．主要辅助设备选型。 e．绘制换热器总装配图。 二、设计说明书的内容 1、目录； 2、设计题目及原始数据(任务书)； 3、论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择； 4、换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直 径等)； 5、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)； 6、主体设备设计计算及说明；
目录 1. 前言 (1) 1.换热器简介 (1) 2. 列管式换热器分类： (2) 2. 设计方案简介 (2) 2.1换热器的选择 (2) 2.2流程的选择 (2) 2.3物性数据 (2) 3. 工艺计算 (3) 3.1试算 (3) 3.1.1计算传热量 (3) 3.1.2计算冷却水流量 (3) 3.1.3计算两流体的平均传热温度 (3) 3.1.4计算P、R值 (3) 3.1.5假设K值 (4) 3.1.6估算面积 (5) 3.1.7拟选管的规格、估算管内流速 (5) 3.1.8计算单程管数 (5) 3.1.9计算总管数 (5) 3.1.10管子的排列 (6) 3.1.11折流板 (6) 3.2核算传热系数 (6) 3.2.1计算管程传热系数 (6) 3.2.2计算壳程传热系数 (7) 3.2.3污垢热阻 (7) 3.2.4计算总传热系数 (7) 3.3核算传热面积 (7) 3.3.1计算估计传热面积 (7) 3.3.2计算实际传热面积 (8) 3.4压降计算 (8) 3.4.1计算管程压降 (8) 3.4.2计算壳程压降 (8) 3.5附件 (9) 3.5.1接管 (9) 3.5.2拉杆 (9) 4. 换热器结果一览总表 (10) 5. 设计结果概要 (11) 1.结果 (11) 6. 致谢 (12)
《化工原理》课程设计报告精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 指导教师
目录 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 (3) 一．设计题目 (3) 二．操作条件 (3) 三．塔设备型式 (3) 四．工作日 (3) 五．厂址 (3) 六．设计内容 (3) 设计方案 (4) 一．工艺流程 (4) 二．操作压力 (4) 三．进料热状态 (4) 四．加热方式 (4) 精馏塔工艺计算书 (5) 一．全塔的物料衡算 (5) 二．理论塔板数的确定 (5) 三．实际塔板数的确定 (7) 四．精馏塔工艺条件及相关物性数据的计算 (8) 五．塔体工艺尺寸设计 (10) 六．塔板工艺尺寸设计 (12) 七．塔板流体力学检验 (14) 八．塔板负荷性能图 (17) 九．接管尺寸计算 (19) 十．附属设备计算 (21) 设计结果一览表 (24) 设计总结 (26) 参考文献 (26)
苯-氯苯精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程精馏塔设计任务 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.6%的氯苯140000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于0.1%。原料液中含氯苯为22%（以上均为质量%）。 二．操作条件 1.塔顶压强自选； 2.进料热状况自选； 3.回流比自选； 4.塔底加热蒸汽压强自选； 5.单板压降不大于0.9kPa； 三．塔板类型 板式塔或填料塔。 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 五．厂址 厂址为天津地区。 六．设计内容 1.设计方案的确定及流程说明 2. 精馏塔的物料衡算； 3.塔板数的确定； 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 5.精馏塔主要工艺尺寸；
青岛科技大学 化工课程设计 设计题目：乙醇-正丙醇溶液连续板式精馏塔的设计指导教师： 学生姓名： 化工学院—化学工程与工艺专业135班 日期:
目录一设计任务书 二塔板的工艺设计 （一）设计方案的确定 （二）精馏塔设计模拟 （三）塔板工艺尺寸计算 1）塔径 2）溢流装置 3)塔板分布、浮阀数目与排列 （四）塔板的流体力学计算 1）气相通过浮阀塔板的压强降2）淹塔 3)雾沫夹带 （五）塔板负荷性能图 1）雾沫夹带线 2）液泛线 3）液相负荷上限 4）漏液线 5）液相负荷上限 （六）塔工艺数据汇总表格 三塔的附属设备的设计 （一）换热器的选择 1)预热器 2)再沸器的换热器 3)冷凝器的换热器 （二）泵的选择 四塔的内部工艺结构 （一）塔顶 （二）进口 ①塔顶回流进口 ②中段回流进口 （三）人孔 （四）塔底 ①塔底空间 ②塔底出口 五带控制点工艺流程图 六主体设备图 七附件 （一）带控制点工艺流程图 （二）主体设备图 八符号表 九讨论 十主要参考资料
一设计任务书 【设计任务】设计一板式精馏塔，用以完成乙醇-正丙醇溶液的分离任务 【设计依据】如表一 表一 【设计内容】 1）塔板的选择； 2）流程的选择与叙述； 3）精馏塔塔高、塔径与塔构件设计； 4）预热器、再沸器热负荷及加热蒸汽消耗量，冷凝器热负荷及冷却水用量，泵的选择； 5）带控制点工艺流程图及主体设备图。 二塔板的工艺设计 （一）设计方案的确定 本设计的任务是分离乙醇—正丙醇混合液，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，运用Aspen软件做出乙醇—正丙醇的T-x-y 相图，如图一：
图一：乙醇—正丙醇的T-x-y相图 由图一可得乙醇—正丙醇的质量分数比为0.5:0.5时，其泡点温度是84.40o C （二）精馏塔设计模拟 1.初步模拟过程 运用Aspen软件精馏塔Columns模块中DSTWU模型进行初步模拟，并不断进行调试，模拟过程及结果如下：
中南大学 化工原理课程设计 2010年01月22日 <
目录 一、设计题目及原始数据（任务书） (3) 二、设计要求 (3) 三、列环式换热器形式及特点的简述 (3) 四、论述列管式换热器形式的选择及流体流动空间的选择 (8) 五、换热过程中的有关计算（热负荷、壳层数、总传热系数、传热 面积、压强降等等） (10) ①@ 14 ②物性数据的确定……………………………………………… ③总传热系数的计算 (14) ④传热面积的计算 (16) ⑤工艺结构尺寸的计算 (16) ⑥换热器的核算 (18) 六、设计结果概要表（主要设备尺寸、衡算结果等等） (22) 七、主体设备计算及其说明 (22) 八、主体设备装置图的绘制 (33) 九、? 33十、课程设计的收获及感想………………………………………… 十一、附表及设计过程中主要符号说明 (37) 十二、参考文献 (40)
一、设计题目及原始数据（任务书） 1、生产能力：17×104吨/年煤油 # 2、设备形式：列管式换热器 3、设计条件： 煤油：入口温度140o C，出口温度40 o C 冷却介质：自来水，入口温度30o C，出口温度40 o C 允许压强降：不大于105Pa 每年按330天计，每天24小时连续运行 二、设计要求 1、选择适宜的列管式换热器并进行核算 【 2、要进行工艺计算 3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等） 4、编写设计任务书 5、进行设备结构图的绘制（用420*594图纸绘制装置图一张：一主视图，一俯视图。一剖面图，两个局部放大图。设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。） 三、列环式换热器形式及特点的简述 换热器概述
化工原理课程设计报告样本
《化工原理课程设计》报告 48000吨/年乙醇~水精馏装置设计 年级 专业 设计者姓名 设计单位 完成日期年月日 7
目录 一、概述 (4) 1.1 设计依据 (4) 1.2 技术来源 (4) 1.3 设计任务及要求 (5) 二：计算过程 (6) 1. 塔型选择 (6) 2. 操作条件的确定 (6) 2.1 操作压力 (6) 2.2 进料状态 (6) 2.3 加热方式 (7) 2.4 热能利用 (7) 3. 有关的工艺计算 (7) 3.1 最小回流比及操作回流比 的确定 (8) 3.2 塔顶产品产量、釜残液量及 7
加热蒸汽量的计算 (9) 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量9 3.4 热能利用 (10) 3.5 理论塔板层数的确定 (10) 3.6 全塔效率的估算 (11) 3.7 实际塔板数P N (12) 4. 精馏塔主题尺寸的计算 (12) 4.1 精馏段与提馏段的体积流 量 (12) 4.1.1 精馏段 (12) 4.1.2 提馏段 (14) 4.2 塔径的计算 (15) 4.3 塔高的计算 (17) 5. 塔板结构尺寸的确定 (17) 5.1 塔板尺寸 (18) 5.2 弓形降液管 (18) 5.2.1 堰高 (18) 5.2.2 降液管底隙高度h019 7
5.2.3 进口堰高和受液盘 19 5.3 浮阀数目及排列 (19) 5.3.1 浮阀数目 (19) 5.3.2 排列 (20) 5.3.3 校核 (20) 6. 流体力学验算 (21) 6.1 气体通过浮阀塔板的压力 降(单板压降) h (21) p 6.1.1 干板阻力 h (21) c 6.1.2 板上充气液层阻力1h (21) 6.1.3 由表面张力引起的阻 (22) 力h 6.2 漏液验算 (22) 6.3 液泛验算 (22) 6.4 雾沫夹带验算 (23) 7. 操作性能负荷图 (23) 7.1 雾沫夹带上限线 (23) 7
化工原理课程设计任务书示例一 1 设计题目分离苯―甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计 2 设计参数 （1）设计规模：苯――甲苯混合液处理量________t/a （2）生产制度：年开工300天，每天三班8小时连续生产 （3）原料组成：苯含量为40％（质量百分率，下同） （4）进料状况：热状况参数q为_________ （5）分离要求：塔顶苯含量不低于_____%，塔底苯含量不大于_____％ （6）建厂地区：大气压为760mmHg、自来水年平均温度为20℃的某地 3 设计要求和工作量 （1）完成设计说明书一份 （2）完成主体精馏塔工艺条件图一张（A1） （3）完成带控制点的工艺流程简图（A2） 4 设计说明书主要内容（参考） 中文摘要，关键词 第一章综述 1．精馏原理及其在工业生产中的应用 2．精馏操作对塔设备的要求（生产能力、效率、流动阻力、操作弹性、结构、造价和工艺特性等） 3．常用板式塔类型及本设计的选型
4．本设计所选塔的特性 第二章工艺条件的确定和说明 1．确定操作压力 2．确定进料状态 3．确定加热剂和加热方式 4．确定冷却剂及其进出、口温度 第三章流程的确定和说明（附以流程简图） 1．流程的说明 2．设置各设备的原因（精馏设备、物料的储存和输送、必要的检测手段、操作中的调节和重要参数的控制、热能利用） 第四章精馏塔的设计计算 1．物料衡算 2．回流比的确定 3．板块数的确定 4．汽液负荷计算（将结果进行列表） 5．精馏塔工艺尺寸计算（塔高塔径溢流装置塔板布置及浮阀数目与排列） 6．塔板流动性能校核（液沫夹带量校核、塔板阻力校核、降液管液泛校核、液体在降液管中停留时间校核以及严重漏液校核） 7．塔板负荷性能图 8．主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口管、塔顶蒸汽管、塔底蒸汽管、人孔等） 9．塔顶冷凝器/冷却器的热负荷
中南大学《化工原理》课程设计说明书 题目：煤油冷却器的设计 学院：化学化工学院 班级：化工0802 学号： 1505080802 姓名： ****** 指导教师：邱运仁 时间：2010年9月
目录 §一.任务书 (2) 1.1.题目 1.2.任务及操作条件 1.3.列管式换热器的选择与核算 §二.概述 (3) 2.1.换热器概述 2.2.固定管板式换热器 2.3.设计背景及设计要求 §三.热量设计 (5) 3.1.初选换热器的类型 3.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定 3.3.确定物性数据 3.4.计算总传热系数 3.5.计算传热面积 §四. 机械结构设计 (9) 4.1.管径和管内流速 4.2.管程数和传热管数 4.3.平均传热温差校正及壳程数 4.4.壳程内径及换热管选型汇总 4.4.折流板 4.6.接管 4.7.壁厚的确定、封头 4.8.管板 4.9.换热管 4.10.分程隔板 4.11拉杆 4.12.换热管与管板的连接 4.13.防冲板或导流筒的选择、鞍式支座的示意图(BI型) 4.14.膨胀节的设定讨论 §五.换热器核算 (21) 5.1.热量核算 5.2.压力降核算 §六.管束振动 (25) 6.1.换热器的振动 6.2.流体诱发换热器管束振动机理 6.3.换热器管束振动的计算 6.4.振动的防止与有效利用 §七. 设计结果表汇 (28) §八.参考文献 (29) §附：化工原理课程设计之心得体会 (30)
§一.化工原理课程设计任务书 1.1.题目 煤油冷却器的设计 1.2.任务及操作条件 1.2.1处理能力：40t/h 煤油 1.2.2.设备形式：列管式换热器 1.2.3.操作条件 (1).煤油：入口温度160℃，出口温度60℃ (2).冷却介质：循环水，入口温度17℃，出口温度30℃ (3).允许压强降：管程不大于0.1MPa,壳程不大于40KPa (4).煤油定性温度下的物性数据ρ=825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.2kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃) 1.3.列管式换热器的选择与核算 1.3.1.传热计算 1.3. 2.管、壳程流体阻力计算 1.3.3.管板厚度计算 1.3.4.膨胀节计算 1.3.5.管束振动 1.3.6.管壳式换热器零部件结构 §二.概述 2.1.换热器概述 换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。 换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，如表2-1所示。 表2-1 传热器的结构分类
湖南师范大学 《化工原理》课程设计说明书 设计题目年产量112000吨NaOH水溶液蒸发装置的设计学生姓名周鹏 指导老师罗大志 学院树达学院 学号 200721180135 专业班级 07制药工程1班 完成时间2009年10月
《化工原理》课程设计成绩评定栏 评定基元评审要素评审内涵 满 分指导教师 实评分 评阅教师 实评分 设计说明书，40% 格式规范 设计说明书是否符 合规定的格式要求 5 内容完整 设计说明书是否包 含所有规定的内容 5 设计方案 方案是否合理及符 合选定题目的要求 10 工艺计算 过程 工艺计算过程是否 正确、完整和规范 20 设计图纸， 40% 图纸规范图纸是否符合规范 5 标注清晰标注是否清晰明了 5 与设计吻合 图纸是否与设计计 算的结果完全一致 10 图纸质量 设计图纸的整体质 量的全面评价 20 平时成绩， 10% 上课出勤上课出勤考核 5 制图出勤制图出勤考核 5 答辩成绩， 10% 内容表述答辩表述是否清楚 5 回答问题回答问题是否正确 5 100 综合成绩成绩等级
指导教师评阅教师答辩小组负责人 (签名) (签名) (签名) 年月日年月日年月日 说明: 评定成绩分为优秀(90-100)，良好(80-89)，中等(70-79)，及格（60-69）和不及格(<60) 目录 1前言 (1) 2设计任务 (2) 2.1设计任务 (2) 2.2操作条件 (2) 3设计条件及设计方案说明 (3) 4物性数据及相关计算 (3) 4.1估计各效蒸发量和完成液浓度 (3) 4.2估计各效蒸发溶液的沸点和有效总温度差 (4) 4.3加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的初步计算 (7) 4.4蒸发器传热面积的估算 (8) 4.5有效温度的再分配 (8) 4.6重复上述计算步骤 (9) 4.7计算结果列表 (12) 5主体设备计算和说明 (12) 5.1加热管的选择和管数的初步估计 (13) 5.2循环管的选择 (13) 5.3加热管的直径以及加热管数目的确定 (13)
《化工原理课程设计任务书》（1） 一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件： 1.苯：入口温度80℃，出口温度40℃。 2.冷却介质：循环水，入口温度35℃。 3.允许压强降：不大于50kPa。 4.每年按300天计，每天24小时连续运行。 三、设备型式： 管壳式换热器 四、处理能力： 1. 99000吨/年苯 五、设计要求： 1.选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2.管壳式换热器的工艺计算和主要工艺尺寸的设计。 3.设计结果概要或设计结果一览表。 4.设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸） 5.对本设计的评述及有关问题的讨论。 一、选定管壳式换热器的种类和工艺流程 1.选定管壳式换热器的种类 管壳式换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。与其他种类的换热器相比，其主要优点是：单位体积具有的传热面积较大以及传热效果较好；此外，结构简单，制造的材料范围较广，操作弹性也较大等。因此在高压高温和大型装置上多采用管壳式换热器。 管壳式换热器中，由于两流体的温度不同，管束和壳体的温度也不相同，因此他们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温度差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。根据热补偿方法的不同，管壳式换热器有下面几种形式。
（1）固定管板式换热器 这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一些列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或是管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60-70℃和壳程流体压强不高的情况下。一般壳程压强超过0.6MPa时，补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿作用，就要考虑其他结构。其结果如下图所示： （2）浮头式换热器 换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”,所以这种换热器称为浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体约束，因此当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点是结构复杂，造价高。其结构如下： （3） U型管换热器 这类换热器只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。其结构如下图所示： （4）填料函式换热器 这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低廉。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理一易挥发、易燃易爆和有毒的介质。其结构如下： 由设计书的要求进行分析: 一般来说，设计时冷却水两端温度差可取为5℃~10℃。缺水地区选用较大的温度差，水资源丰富地区选用较小的温度差。青海是“中华水塔”，水资源 相对丰富，故选择冷却水较小的温度差6℃，即冷却水的出口温度为31℃。T m -t m =80+4025+31 -=32 22 ℃<50℃，且允许压强降不大于50kPa，可选择固定管板式换 热器。 2.工艺流程图 主要说明：由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，所以选定循环水走管程，苯走壳程。如图所示，苯经泵抽上来，经加水器加热后，再经管道从接管C进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管A进入换热器管程。两物质在换热器中进行换热，苯从80℃被冷却至40℃之后，由接管D流出；循环冷却水则从25℃变为31℃，由接管B流出。 二、管壳式换热器的工艺计算和主要工艺尺寸的设计 1.估算传热面积，初选换热器型号 （1）基本物理性质数据的查取
化工原理课程设计 学院： 班级： 姓名： 学号：（长号） 指导教师： 2016年11月
化工原理课程设计 《列管式换热器》设计任务书 班级姓名 一、设计题目：列管式柴油冷却器的工艺设计 二、设计任务及操作条件 （1）设计任务 非标准系列列管式柴油冷却器的工艺设计。 说明：对于非标准系列列管式换热器的设计，因是非标，显然不能按照标准系列列管式换热器在标准系列规格中进行选型设计，而应按照非标准系列列管式换热器的设计程序进行。 （2）操作条件 ①处理能力（班级×0.3）×104t/a柴油 ②设备型式列管式换热器（或立式、或卧式）。 ③操作条件 柴油入口温度：100＋班级＋学号℃，出口温度：25＋班级＋学号℃冷却介质：自来水，入口温度：29 ℃，出口温度：49 ℃ 允许压降：不大于105Pa 每年按330天计，每天24h连续运行 已知柴油的有关物性数据：密度ρ1=994kg/m3；定压热比容c p，1=2.22kJ/(kg·℃)；热导率λ1=0.14W/(m·℃)；黏度μ1=7.15×10-4 Pa·s 三、设计项目(说明书格式) 1、封面、任务书、目录。 2、设计方案简介：对确定的换热器类型进行简要论述。 3、换热器的工艺计算： 1)确定物性数据 2)估算传热面积 3)工艺结构尺寸 4)换热器核算：包括传热面积核算和换热器压降核算 4、换热器的机械设计 5、绘制列管式换热器结构图（CAD）。 6、对本设计进行评述。 7、参考文献 成绩评定指导教师 2016年月日
课程设计内容1设计方案简介 1.1选择换热器类型 1.2冷热流体流动通道的选择 2工艺设计计算 2.1 确定物性数据 2.2估算传热面积 2.3 工艺结构尺寸 2.3.1 管径和管内流速 2.3.2 管程数和传热管数 2.3.3 管子排列方式和分程方法 2.3.4 平均传热温差校正及壳程数 2.3.5 壳体内径 2.3.6 折流板 2.4 换热器核算 2.4.1 传热面积校核 2.4.2 换热器内流体流动阻力 2.5 换热器主要结构尺寸和计算结果 3换热器机械设计 3.1 壳体壁厚 3.2 管板尺寸 3.3 接管尺寸 3.4 换热器封头选择 3.5 膨胀节选择（根据设计可选可不选） 3.6其他部件 4评述 4.1 可靠性评价 4.2 个人感想 5参考文献 附表换热器主要结构尺寸和计算结果 附录换热器结构图 时间安排： 2016-11-1 发任务书，设计指导 6 2016-12-0 完成计算 6 2016-12-1 完成初稿（包括绘图） 6
化工原理课程设计 设计题目：列管式换热器的设计 指导教师 专业班级 学生姓名 学 号 2009 年 1 月 5 日 目录 1．设计任务书及操作条件 2．前言 2.1 设计方案简介 2.2工艺流程草图及说明 3 工艺设计及计算 3.1、铺助设备计算及选型 3.2、设计结果一览表 4.设计的评述 5、主要符号说明
6、参考文献 7.主体设备条件图及生产工艺流程图（附后） 1．设计任务书及操作条件 （1）处理能力：1×104吨/年正己烷。 （2）设备型式：列管式换热器 （3）操作条件 1 正己烷（含水蒸汽20%）：入口温度1000C， 出口温度350C。 2 冷却介质：循环水，入口温度250C，出口温 度350C。
3 允许压降：不大于105Pa。 4 每年按330天计。 5 建厂地址广西 （三）设计要求 1.选择适宜的列管式换热器并进行核算。 2.要进行工艺计算 3.要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、衡算结果等） 4.编写任务设计书 5.进行设备结构图的绘制（用420*594图纸绘制装置图一张） 2．前言
2.1 设计方案简介 固定管板式换热器 换热管束固定在两块管板上，管板又分别焊在外壳的两端，管子、管板和壳体都是刚性连接。当管壁与壳壁的壁温相差大于50℃时，为减小或消除温差产生的热效应力，必须设有温差补偿装置，如膨胀节。 固定管板式换热器结构比较简单，制造简单，制造成本低，管程可用多种结构，规格范围广，在生产中广泛应用。因壳侧不易清洗，故不适宜较脏或有腐蚀性的物流的换热，适用于壳壁与管壁温差小于70℃、壳程压力不高、壳程结垢不严重、并可用化学方法清洗的场合。 本设计任务为正己烷冷却器的设计，两流体在传热过程中无相的变化，且冷、热流体间的温差不是太大或温差较大但壳程压力不高的场合。当换热器传热面积较大，所需管子数目较多时，为提高管流速，常将换热管平均分为若干组，使流体在管内依次往返多次，即为多管程，从而增大了管内对流传热系数。固定管板式换热器的优点是结构简单、紧凑。在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。 2.2工艺流程草图及说明 工艺流程草图附后 流程图说明： 正己烷和循环冷却水经泵以一定的流速（由泵来调控）输入换热器中经换热器进行顺流换热。正己烷由100℃降到35℃，循环冷水由25℃升到35℃，且35℃的冷水回到水槽后，由于冷水的量多，回槽的水少，且流经管路时也有被冷凝，因此不会引起槽中水温太大的变化从而使水温保持25℃左右。 3 工艺设计及计算 (1) 确定设计方案 1. 选择换热器的类型 两流体温度变化情况：热流体进口温度100℃，出口温度35℃；冷
《化工原理》课程设计报告 真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计 学院天津大学化工学院 专业化学工程与工艺 班级 学号 姓名 指导教师
化工流体传热课程设计任务书 专业化学工程与工艺班级姓名学号（编号） （一）设计题目：真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计 （二）设计任务及条件 1、蒸发系统流程及有关条件见附图。 2、系统生产能力：40 万吨/年。 3、有效生产时间：300天/年。 4、设计内容：Ⅱ效预热器（组）第 3 台预热器的设计。 5、卤水分效预热器采用单管程固定管板式列管换热器，试根据附图中卤水预热的温度要求对预热器（组）进行设计。 6、卤水为易结垢工质，卤水流速不得低于0.5m/s。 7、换热管直径选为Φ38×3mm。 （三）设计项目 1、由物料衡算确定卤水流量。 2、假设K计算传热面积。 3、确定预热器的台数及工艺结构尺寸。 4、核算总传热系数。 5、核算压降。 6、确定预热器附件。 7、设计评述。 （四）设计要求 1、根据设计任务要求编制详细设计说明书。 2、按机械制图标准和规范，绘制预热器的工艺条件图（2#），注意工艺尺寸和结构的清晰表达。
设计说明书的编制 按下列条目编制并装订：（统一采用A4纸，左装订） （1）标题页，参阅文献1附录一。 （2）设计任务书。 （3）目录。 （4）说明书正文 设计简介：设计背景，目的，意义。 由物料衡算确定卤水流量。 假设K计算传热面积。 确定预热器的台数及工艺结构尺寸。 核算总传热系数。 核算压降。 确定预热器附件。 设计结果概要或设计一览表。 设计评述。 （5）主要符号说明。 （6）参考文献。 （7）预热器设计条件图。 主要参考文献 1. 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津: 天津大学出版社, 2002 2. 柴诚敬，张国亮. 化工流体流动和传热. 北京: 化学工业出版社, 2007 3. 黄璐，王保国. 化工设计. 北京: 化学工业出版社, 2001 4. 机械制图 自学内容： 参考文献1，第一章、第三章及附录一、三； 参考文献2，第五~七章； 参考文献3，第1、3、4、5、11部分。
化工原理课程设计 课程名称: ____填料塔设计____ 设计题目: ____水吸收丙酮____ 院系: ___ 化工学院_____ 学生姓名: _____ 马学成______ 学号: ____ 201007042____ 专业班级: ____化艺1001班____ 指导教师: ______张玉洁______
化工原理课程设计任务书 （一）设计题目：水吸收空气中的丙酮填料塔的工艺设计（二）设计条件 1．生产能力:每小时处理混合气体8000Nm3 /h 2．设备形式:填料塔 3．操作压力：101.3KPa 4．操作温度:298K 5．进塔混合气体中含丙酮6%（体积比） 6．丙酮的回收率为99% 7．每年按330天计，每天按24小时连续生产 8．建厂地址：兰州地区 9．要求每米填料的压降都不大于103Pa。 （三）设计步骤及要求 1．确定设计方案 （1）流程的选择 （2）初选填料的类型 （3）吸收剂的选择 2．查阅物料的物性数据 （1）溶液的密度、粘度、表面张力、丙酮在水中的扩散系数（2）气相密度、粘度、表面张力、丙酮在空气中的扩散系数
（3）丙酮在水中溶解的相平衡数据 3．物料衡算 （1）确定塔顶、塔底的气流量和组成 （2）确定泛点气速和塔径 （3）校核D/d>8~10 （4）液体喷淋密度校核：实际的喷淋密度要大于最小的喷淋密度。4．填料层高度计算 5．填料层压降核算 如果不符合上述要求重新进行以上计算 6．填料塔附件的选择 （1）液体分布装置 （2）液体再分布装置 （3）填料支撑装置 （4）气体的入塔分布. (四）参考资料 1、《化工原理课程设计》贾绍义柴诚敬天津科学技术出版 2、《现代填料塔技术》王树盈中国石化出版 3、《化工原理》夏清天津科学技术出版 （五）计算结果列表（见下页）
化工原理课程设计设计题目：空气中丙酮的回收工艺操作 学院：化学化工学院 班级：化工 0902 姓名（学号）：侯祥祥 3091303039 朱晓燕 3091303036 熊甜甜 3091303035 周利芬 3091303033 指导教师：吴才玉 2012年01月
化工原理课程设计 目录 一、前言 (3) 二、设计内容 (5) （一）设计对象 (5) （二）工艺路线设计 (5) 1.路线选择 (5) 2.流程示意图 (8) 3.流程说明 (9) （三）工艺的设计计算 (10) 1.物料衡算 (10) 2.热量衡算 (12) （四）设备的设计计算 (21) 1.主要参数 (21) 2.直径 (21) 3.附加条件 (21) （五）设备示意图 (23) 三、总结体会 (24) 四、参考文献 (29) 五、附录 (31)
江苏大学化学化工学院
化工原理课程设计 前言 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设 计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使 用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画 出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还 要考虑生产上的安全性、经济合理性。 在化工生产中，常常需要进行混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的 目的，吸收和精馏两个单元操作为此提供了重要措施。气体吸收过程是化工生 产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用气体混合物中各组分在 特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。精馏是常用 的液体混合物的分离操作，它利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于 多次部分汽化和部分冷凝，从而达到轻重组分分离的目的。 塔设备是一种重要的单元操作设备，其作用实现气—液相或液—液相之间 的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的过程。它广泛用于吸收、精馏、萃取等单元操作，随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型设计将越来 越受到关注和重视。塔设备一般分为连续接触式和阶跃接触式两大类。前者的 代表是填料塔，后者的代表则为板式塔。在本次课程设计中，吸收操作采用的 是填料塔，而精馏操作采用的则为板式塔。 填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀 材料制造等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔 多推荐用于0.6～0.7m以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他高性能 塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究， 使填料塔技术得到了迅速发展。 筛板塔是1932年提出的，当时主要用于酿造，其优点是结构简单，制造 维修方便，造价低，气体压降小，板上液面落差较小，相同条件下生产能力高 于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的料液。但设计良好的筛板塔仍
化工原理课程设计 1 引言 塔设备是化工﹑石油化工﹑生物化工﹑制药等生产过程中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可以分为板式塔和填料塔。 本设计的目的是设计符合设计任务的苯-甲苯分离过程板式精馏塔以及附属设备。通过设计工艺流程草图板式塔主体设备计算及选型、辅助设备的计算及选型等阶段，最终完成各项参数的设计、验算，认为设计符合设计任务要求。并作出相关装配图和工艺流程图。 2 设计方案简介 确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点、满足工艺和操作的要求、满足经济上的要求、保证安全生产。在化工原理课程设计中，对第一个原则作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。 本设计按以下几个阶段进行： 1)设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备 型式及其材质的选取等进行论述。 2)蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。 3)塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸、泵等， 并画出塔的操作性能图。 4)管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。 5)抄写说明书。 6)绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。 本设计任务将采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷
专业：化学工程与工艺 班级：黔化升061 姓名：唐尚奎 指导教师：王瑾老师 设计时间: 2007年1月 前言 在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。 塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。 筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。本次设计就是针对水乙醇体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望各位老师指出，以便订正。 目录 一、设计任务 二、方案选定 三、总体设计计算-------------------------------05 3.1气液平衡数据------------------------------ 05 3.2物料衡算------------------------------------- 05 3.3操作线及塔板计算------------------------- 06 3.4全塔Et%和Np的计算----------------------06 四、混合参数计算--------------------------------07 4.1混合参数计算--------------------------------07 4.2塔径计算--------------------------------------08 4.3塔板详细计算-------------------------------10 4.4校核-------------------------------------------12 4.5负荷性能图----------------------------------14 五、筛板塔数据汇总-----------------------------16 5.1全塔数据-------------------------------------16 5.2精馏段和提馏段的数据-------------------17 六、讨论与优化-----------------------------------18 6.1讨论-------------------------------------------18 6.2优化--------------------------------------------18