四川理工学院
化工原理课程设计书
院别机械工程学院
专业过程装备与控制
班级072班
题目填料吸收塔设计
教师毛润琦
学生崔根波
四川理工学院化工原理课程设计考核表（指导教师填写）
四川理工学院《化工原理课程设计》任务书
机械工程系过控专业2007.2 班学生姓名：崔根波
指导老师：毛润琦
教研室主任：崔益顺
设计时间2010 年7 月14 日至2010年7 月25 日
一、设计任务
题目：填料吸收塔设计
条件：1.原料气氨—空气混合气
组成V NH3 =9.5%; V空气=90.5%
温度30℃；压强P= 0.23atm(表) ；流量1650m3/h
2.吸收剂清水
温度26℃
操作压强P= 常压（自贡地区大气压735mmHg）
吸收率95%
二、设计内容
(一)设计说明书，内容包括
1.目录
2.题目及条件（任务书）
3.流程及方案的选择说明
4.主题设备工艺尺寸的计算
5.附属设备的计算选型
6.工艺结果概览及结构设计结果概览
7.设计评述
8.参考文献
(二)绘图
1.工艺流程图
2.主体设备装配图
化工原理课程设计书
目录
一目录 (1)
二题目及条件 (3)
三流程及方案的选择说明 (4)
3-1 填料塔结构及特点概述 (4)
3-2 吸收塔的逆流操作 (4)
3-3 填料的选择 (4)
3-4 填料塔的流体力学特性 (5)
3-3-1 填料层的持液量 (5)
3-3-2 气体通过填料层时的压强降 (5)
3-3-3 液泛 (5)
3-3-4填料表面的润湿及液体喷淋密度 (5)
3-5流程图 (6)
四主题设备工艺尺寸的计算 (7)
4-1 数据转换 (7)
4-2 气液平衡曲线的绘制 (7)
4-3 操作线方程的确定 (9)
4-4 物性数据 (9)
4-5填料的选择及填料的参数 (10)
4-6塔径的计算 (10)
4-6-1. 空塔气速的确定 (10)
4-6-2. 喷淋密度核算 (11)
4-7 填料层高度的计算 (11)
4-7-1 传质单元数HOG的计算 (11)
4-7-2 传质单元数NOG的计算 (12)
4-7-3填料层高度的计算 (13)
4-8塔壁厚度计算 (14)
五附属设备的计算选型 (15)
5-1 封头的选择 (15)
5-2 接管 (15)
5-3 喷淋装置 (17)
5-4 填料支承装置 (18)
5-5 床层限制板 (19)
5-6 除沫装置 (19)
5-7 法兰 (20)
5-8 缓冲高度 (21)
5-9 手孔 (21)
5-10 裙座 (21)
5-11离心泵的选择 (22)
六工艺结果概览 (24)
七结构设计结果概览 (24)
八设计评述 (25)
九参考书籍 (26)
二题目及条件
题目：填料吸收塔设计
条件：1.原料气：氨—空气混合气
组成：V NH3 =9.5%; V空气=90.5%
温度：T= 30℃；压强：P= 0.23atm(表)；
流量：V S=1650m3/h
2.吸收剂：清水
温度：26℃
操作压强P= 常压(自贡地区大气压735mmHg)
吸收率：95%
三 流程及方案的选择说明
3-1填料塔结构及特点概述 1）填料塔的结构
填料塔是连续接触式气、液传质设备。它的结构如右图3-1所示。在圆筒形塔体4的下部设置一层支层板8，支承板上填充一定的填料5。液体由入口管2进入经分布器3喷淋至填料上，在填料的空隙中流过，并润湿填料表面形成流动的液膜。液体流经填料后由排液管10取出。液体在填料层中有倾向塔壁的流动，故填料层较高时，常将其分段，两段之间设置液体在分布器6，以利液体的重新分布。气体在支承板下方入口管9进入塔内，在压强差的推动下，通过填料的空隙由塔的顶部排出管1排出。填料层内气、液两相呈逆流流动，相际间的传质通常是填料表面的液体与气相间的界面上进行，两相的组成沿塔高连续变化。 2) 填料塔的特点
填料塔不仅结构简单，而且具有生产能力大（通量大）、分离效率高、持液量小、操作弹性大、压强降低等优点。通过填料材质的选择，可以处理腐蚀性的物料，本次设计中氨气具有腐蚀性，故选用填料塔为宜。 3-2 吸收塔的逆流操作
混合气中，能够溶解的组分称为吸收物质或溶质，以A 表示；不被溶解的组分称为惰性组分或载体，以B 表示；
吸收操作所使用的溶剂称为吸收剂，以S 表示；吸收操作所得到的溶液称为吸收液或溶液，其成分为容积S 和溶质A ；排出的气体称为吸收尾气，其主要成分除惰性气体B 外，还含有未溶解的溶质A 。
吸收操作采用吸收塔进行，逆流吸收操作时，混合气体自塔底进入由塔顶排出，吸收剂自塔顶进入有塔底排出，传质平均推动力大，传质速率快，吸收效果好，吸收剂利用率高，故此次设计采用逆流吸收操作。右图3-2为逆流操作时的吸收塔的示意图。 3-3 填料的选择
填料的种类很多，根据填装方式的不同，可分为散装
填料和规整填料两类，对于清水吸收NH 3的过程,操作温度及压强较低，且NH 3具有腐蚀性，工业上通常选用塑料散装填料。
图 3-1 填料塔结构间图
1-气体出口 2-液体入口3-液体分布装置 4-塔壳
图3—2吸收操作示意图
鲍尔环的构造是在拉西环的侧壁上开出一排或两排长方形的窗孔，被切开的环壁一侧仍与壁面相连，另一侧则向环内弯曲，且诸叶片的侧边在环中心相搭，尽管鲍尔环填料的空隙率和比表面积与拉西环差不多，但由于环壁开孔，大大提高率环内空间及环内表面的利用率，气体流动阻力降低，液体分布也比较均匀。同种材质、同种规格、在相同压降下，鲍尔环的气体通量可较拉西环增大50%以上；在相同气速下，鲍尔环填料的压强降仅为拉西环的一半。又由于鲍尔环上的两排窗孔交错排列，气体流动通畅，避免了液体严重的沟流及壁流现象。鲍尔环由于其传质效率高，操作弹性大等优良性能在工业上广泛采用。
故此次设计采用聚丙烯鲍尔环填料。
3-4 填料塔的流体力学特性
填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、气体通过填料层时的压强降、液泛、液体的喷淋密度及填料的润湿性能等。
3-3-1 填料层的持液量
填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填料表面和填料空隙中所积存的液体体积，一般以“m3液体/m3填料”表示。总持液量H t包括静持液量H s和动持液量H c两部分，即：H t=H S+H c。
静持液量是指当塔停止气、液两相供料，经适当时间排液，直到无滴液时积存于填料层中的液体量。显然，静持液量与气液量无关，只取决于填料与液体的特性。动持液量是指填料塔停止气、液两相进料的瞬间起流出的液体量，它与填料塔液体特性及气、液负荷有关。
一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的，但持液量过大，将导致填料层的压强降增大，填料塔生产能力的降低。
3-3-2 气体通过填料层时的压强降
在逆流操作的填料塔中，液体从塔顶喷淋下来，依靠重力在填料表面成膜状流动，液膜与填料表面的摩擦及液膜与上升气体与的摩擦构成了液膜流动的阻力，引起填料层的压强降。压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定来塔的动力消耗。
3-3-3 液泛
在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，气、液两相间的相互接触从填料表面转移到填料层的空隙中，气、液通过鼓泡传质。此时，气流出现脉动，液体被气体大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被完全破坏，此种情况称为填料塔的液泛现象。泛点气速就是开始发生液泛现象时的空塔气速。以u max表示。
当空塔气速在载点与之间时，气体和液体的湍动加剧，气、夜接触良好，传质效果提高。泛点气速是填料塔操作的最大限制气速，填料塔的适宜操作气速通常依泛点气速来决定，故正确地求取泛点气速对于填料塔的设计和操作都十分重要。
3-3-4填料表面的润湿及液体喷淋密度
1）喷淋密度液体的喷淋密度是指单位塔截面积上，单位时间喷淋的液体体积，以U 表示。其定义为：
Ω
=
L
Q U 3600 式中：液体喷淋密度—U ，）（h 23?m m ；
液体体积流量—L Q ，s 3m ；
填料塔塔截面积—Ω，2m 。
2）填料表面的润湿 填料塔中气、液两相间的传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的而液体能否形成膜取决与填料表面的润湿性能，因此，传质效率就与填料的润湿性能密切相关。
为使填料能获得良好的润湿，还应使塔内液体的喷淋量不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以U min 表示，定义为指单位时间单位塔截面积上喷淋的液体体积。最小喷淋密度能维持填料的最小润湿速率。它们之间的关系为：
σmin min )(w L U =
式中：填料的比表面积—σ，32m m ；
最小喷淋密度—min U ，）（s 23?m m ；
最小润湿速率—）（min w L ，）
（s 2
3?m m 。 润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边上液体的体积流量。对于直径不超过75mm 的拉西环及其他填料，可取最小润湿速率min )(W L 为)(08.03h m m ?；对于直径超过75mm 的环形填料，应去取为)12.03h m m ?
实际操作时采用的喷淋密度应大于最小喷淋密度。若喷淋密度过小，可采用增大回流比或采用液体在循环的方法加大液体流量，以保证填料的润湿性能；也可采用减小塔径，或适当增加填料层高度的办法予以补偿。填料的德预液泛操作可使填料完全润湿。 3-5流程图
1— 离心泵 2— 填料 3—
填料塔
四. 主题设备工艺尺寸的计算
4-1 数据转换
进塔原料气压强、温度条件转换
KPa mmHg P 276.12132.1338.9098.90973576023.0=?==+?=
K 3.303303.27330=+==℃T 标准状况下压强、温度条件
KPa P 33.1010=
K 3.273T 0=
NH 3密度：300NH NH 818.033
.1013.3034.22276
.1213.273174.22T M 33m kg TP P =????=
=ρ
空气密度：30
0435.133
.1013.3034.22276
.1213.273294.22T M m kg TP P =????=
=空气空气ρ
入塔气组分
NH 3摩尔流量：h Kmol V s 542.717818
.0%5.91650M %5.9V 3
3
NH NH 1=??=
??=
ρ
空气摩尔流量：h Kmol V s 882.7129
435
.1%5.901650M %5.90V =??=
??=空气
空气
ρ
NH 3摩尔比： 105.0882
.71542.7Y 11===V V 出塔气组分
NH 3摩尔流量：h Kmol 377.0%5542.7%)951(V V 12=?=-?=
NH3摩尔比：
00524.0882.71377.0Y 22===
V V
4-2 气液平衡曲线的绘制
将液相浓度的变化范围在0～0.05间均分为10等分，x ?取0.005。 由公式φφ
5111063.6?+=??+
=--n L
n n t x C t t 其中（K m o l KJ C L 4.75≈）,公式
t
x P NH +-+=2731750
92.8lg 1.1lg 3
及公式mmHg P y NH 8.9093=可得x 、y 值。
由x 、y 值见下表4-1所示。
表4-1
由表4-1中X,Y 平衡数据可绘制X-Y 的平衡曲线，如图4-1
图4-1
平衡曲线拟合方程为：0.8234X +37.07X +192X -6843X Y 234= 操作线方程为： 00524.0597.3+=X Y
4-3 操作线方程的确定
有图4-1及拟合方程可知，Y 1所对应的X 1*=0.0416。
最小液气比：398.200416.000524.0105.02
*
121
min =--=--=???
??X X Y Y V L 取液气比：
597.3398.25.15.1min
=?=???
???=V L V L 则清水用量：h Kmol V L 560.258882.71597.3597.3=?== 出塔液浓度：0277.00597
.300524
.0105.0)(2211=+-=+-=
X Y Y L V X 由点(X 1,Y 1)和(X 2,Y 2),即（0.0277,0.105）和（0,0.00524）两点可确定一条直线，此直线即为操作线，见图4-1。 出塔也摩尔分率：0270.00277
.010277
.01111=+=+=
X X x 由内插法：())553.37860.39(:)025.003.0()553.37(:025.0027.0--=--t 得：t=38.476℃
塔内平均温度：℃2.322476
.3826=+=t
4-4 物性数据
本次设计采用低浓度吸收，液相数据可近似去32.2℃时清水的物性数据。 液体密度：393.994m Kg L =ρ
液体粘度：s mPa L ?=7648.0μ
氨气粘度：s Pa NH ??=-510981.03μ 空气粘度：s Pa ??=-51073.1空气μ 混合气密度：
3m kg 341.1%5.90396.1%5.9818.0%5.90%5.93
=?+?=?+?=空气ρρρNH v
混合气粘度：
5.05
.05
.05.090.5%%5.990.5%%5.93
3
3
空气
空气
空气M
M
M M NH NH NH m ?+???+??=
μμμ
5
.05.05.055.0-529
%5.9017%5.929%5.901073.117%5.910981.0?+????+???=- s Pa ??=-510674.1
4-5填料的选择及填料的参数
对于清水吸收NH 3的过程,操作温度及压强较低，且NH 3具有腐蚀性，工业上通常选用塑料散装填料，在塑料散装填料中，聚丙烯鲍尔环结构简单且价格比较便宜，故可选用聚丙烯鲍尔环。
选用的鲍尔环参数如下：
公称直径D N =50mm 比表面积32100m m =σ 空隙率%7.91=ε 个数 36300-=m n 堆积密度376m kg P =ρ 干填料因子1130-=m φ 外径×高×厚：mm mm mm h d 5.15050??=??δ 4-6 塔径的计算 4-6-1. 空塔气速的确定
液体的质量流量：h kg L w L 008.465418560.25818=?=?= 气体的质量流量：h kg V w s v V 799.22121650341.1=?==ρ 通过埃克特通用关联图查得途中相关值并计算泛点气速u max 。 横坐标值的计算：
0772.0)93
.994341.1(799.2212080.4654)(5
.05.0=?=L V V L w w ρρ 由乱堆填料泛点线可查出，横坐标为0.0772时的纵坐标值为0.15即
15.0)(2
.02max =L L
V g u μρρφψ, 其中;1=ψ 130=φ 则 s m g u V
L
L 977.2)341
.193
.994(11307648.081.915.0)(15.02.02
.0max =????==
ρρφψμ
取空塔气速为泛点气速的70%，即
s m u u 084.2977.27.07.0max =?==
则塔径 m V D s
529.0084
.23600
/165044=??=
=
ππμ
将塔径圆整为600mm 。再次计算空塔气速，即
s m D V u s 621.16.03600/1650442
2=??==ππ 泛点率：
%45.54%100977
.2621
.1max
=?=
u u 填料规格校核：
81250
600>==N D D 满足要求
压降z p ??/：
0445.0)7648.0()93
.994341
.1(81.91130621.1)(2.022.02=????=L L V g u μρρφψ 由乱堆填料泛点线可查出，横坐标为0.0772，纵坐标值为0.0445是压降大约为：35Pa/m 满足压强降在15～50 Pa/m 之间的要求。 4-6-2. 喷淋密度核算
对于填料尺寸小于75mm ，去)(08.0)(23min h m m L w ?=
)(810008.0)(23min min h m m L U w ?=?==σ
操作条件下的喷淋密度为:
min 2
32
).(54.166
.04/93.994080.4654U h m m w U L L >=??=Ω?=
πρ 经核算塔径600mm 符合要求。 4-7 填料层高度的计算
4-7-1 传质单元数HOG 的计算
1. 恩田公式所需参数的计算及查寻：
查手册的760mmHg ，0℃下NH 3在空气中的扩散系数2-21017s cm ?，聚丙烯鲍尔环的填料形状系数：1=ψ，填料的总比表面积：32100m m a t = 液体的质量通量：)(294.164466.0080
.465044222h m kg D w w U L L L ?=??==Ω=
ππ 气体的质量通量：)(176.78266
.0799.2212442
22V h m kg D w w U V V ?=??==Ω=
ππ NH 3在空气中的扩散系数：
m 0.0598/101.66)3.2733.303()8.909760(107.1))((
225-2
/352/3000=?=???==-s m T T P P D D V
填料材质的临界表面张力：2/4276801296033/33h kg cm dyn C =?==σ 液体的表面张力：22-3-3/1.918190)3600(1070.8481070.848h kg L =??=?=σ 气体的黏度： )(100.0603360010674.155h m kg V ??=??=--μ
液体的黏度： )(753.23600107648.03h m kg L ?=??=-μ 重力加速度： h m s m g /1027.1/81.982?==
2. 用恩田公式计算气膜吸收系数K G 、填料的润湿比表面积w a ，
)()()(
237.03/17.0RT
D a D a U K V
t V V V V t V G ρμμ= )3.303314.80.0598
100()0.0598341.10.0603()0603.0100176.7826(237.03/17.0???????=
Kpa)s (m Km ol 10144.2Kpa)h (m Km ol 2077.02-52???=??=
})()()()(45.1exp{12.0L 2
05.0221.075.0t L L
L t L L t L L C t w a U g
a U a U a a σρρμσσ---= 0.4434 })100
1.91819093.994294
.16446()10
27.193.994100294.16446()753.2100294.16446()1.918190427680(45.1ex p{12.02
05.08
221.075.0=??????????--=- 34.441004434.00.4434 =?=?=t w a a
则Kpa)(s Kmol 10507.9134.4410144.2-41.1-51.1??=???=??=?ψw G G a K a K 3. 传质单元高度H OG 的计算
NH 3是易容气体，且本次设计采用低浓度吸收，传动阻力绝大部分存在于气膜之中，
液膜阻力可以忽略，故P K K K G Y y ?'
== 则 24D P a K V
a K V H G
y OG π???'=Ω??=
m 0.6125 6
.0276.12110507.93600
/882.7142
4-=?????=
π 4-7-2 传质单元数NOG 的计算 用数值积分法求N OG ： 入塔气组分：令Y 0=Y 1=0.105 出塔气组分：Y n =Y 2=0.00524
取n=16，则006235.016
00524
.0105.0160=-=-=
?Y Y Y n 由操作线方程：00524.0597.3+=X Y 得 3.597
0.00524
-Y X =
算得每个Y n 所对应的X 值，然后由X 值读平衡曲线或计算拟合方程可得到Y *如下表所示。
表4-2
根据辛普森公式算传质单元高度
??-=-=105.000524.0*12*01
1Y Y Y Y N Y Y G ()[])(243
141210864215131197531160f f f f f f f f f f f f f f f f f Y
++++++++++++++++?≈]19.57406)21.1234823.4955327.1500633.0988343.981212(69.3628519.03224)20.2636622.185625.1185129.7344337.621653.525344(100.631118.62297190.8397[3
006235
.0++++++++++++++++?=
3.9852=
4-7-3填料层高度的计算
取：m Z Z 662.3441.25.15.1=?=?=' 设计时取填料层高度为：3.8m
散装填料分段高度值的校核,对于鲍尔环 =D h 5～10, m h 6max ≤ 取 5.6=D h 则m D h 9.36.05.66=?== 故填料层无需分段。
m
N H Z OG OG 2.4419852.30.6125=?=?=
4-8塔壁厚度计算
1. 选材 考虑到氨气的腐蚀性，塔材料的选择选用低合金钢板16MR 钢热轧处理，其许用应力MPa t 170][=σ
2. 圆筒纵焊缝系数φ： 采用双面自动埋弧焊或手工焊，局部无损探伤，取85.0=φ。
3. 钢板的负偏差取C 1=0.5mm ，腐蚀裕度C 2按单面(塔的内侧面)腐蚀考虑，取塔内侧腐蚀裕度C 2=1.5mm
则 厚度附加量C ：C=C 1+C 2=0.5+1.5=2mm
4. 操作条件下压力：MPa KPa p 121276.0276.121== 取设计压力： MPa p 1
5.0= 5. 圆筒有效厚度：
mm p pD t
0.31215
.085.01702600
15.0][21=-???=-=
φσδ 圆筒厚度：312.22312.0=+=+=C s δ 设计时取圆筒厚度为：3mm
五 附属设备的计算选型
5-1 封头的选择
根据塔的内径600mm 选取椭圆封头，封头参数如下表：
椭圆封头
5-2 接管
查《化工原理上册》一般气体在管道中的常用流速范围为10～20m/s ，工业供水（8X105Pa 以下）常用流速范围为1.5～3.0m/s 。设计时取混合气在管道中的流速为15 m/s ，清水在管道中的流速为2 m/s 。
操作条件下气体体积流量：s m h m V S 334583.03600/16501650===
操作条件下液体体积流量：s m m w V L
L
330013.0678.493
.99408
.4654===
=
ρ液
气体进气，排气管道直径为：m u d S
1972.015
4583
.04V 4=??=
?=
ππ气气
液相进液，排液管道直径为：m u d 0288.02
0013
.04V 4=??=
?=
ππ液
液
液
查手册选用管道如下：
进气管，排气管选用无缝钢管：外径219mm ，厚度6.5mm ， 内径206mm 进液管，出液管选用无缝钢管：外径38mm ， 厚度3.5mm ， 内径31mm 核算流速： 气体流速：s m d V u S 13.751206.04583
.0442
2=??=?=
ππ气 液体流速：s m d V u 1.722031.00013
.0442
2
=??=
?=ππ气
液
气体流速和液体流速均在常用流速范围内，故管道选用符合要求。 选取的管道的结构如下如所示：
封头结构如图：
斜切口进气管塔顶排气管
滏液出口（排液管）
直管式进液管
选取的管道参数如下：
（进液管）直管式参数：（单位mm）
其它管道参数：
5-3 喷淋装置
1．喷淋装置的选取及其参数
由塔径、液体流量选用排管式喷淋器，由于塔内温度不是很高，故喷淋器可以使用塑料来做；液体引入方式为：由水平主管一侧引入，通过支管上的小孔向填料层喷淋。排管式喷淋器的设计参数数据如下：
2．核算分布器的送液能力L
取孔径d 为5mm ，取小孔系数φ=0.6，取孔口以上液层高度h ：130mm 。
按Eckert 建议值，塔径为D=600mm 时，喷淋点密度为239点/m 2。由于该塔液相负荷相对较大，故设计时喷淋密度取为310点/m 2。 则设计点数为：点886.873106.04
3104
22≈=??=
?=
π
π
D n
该分布器的送液能力L ： m gh n d L 32200166.013.081.926.085004.04
24
=??????=
=
π
φπ
操作条件下液体流量：
L s m h m L <==='330013.0678.4V 液
故该分布器布液能力可以满足要求。 3. 支管直径的确定。
每根支管的布液能力m L L 341015.4400166
.04-?===''
支管内径18.1mm 0.0181m 722
.11015.4444
==???=?''=-ππu L d 支
内径圆整为18mm
4. 喷淋装置的安装 对于散装填料塔，安装高度至少高于于填料层表面150～200mm ，此次设计安装高度定位200mm 。 喷淋装置设计参数为：
喷淋装置的结构如下图所示：
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
《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；
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。
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
板式连续精馏塔设计任务书 一、设计题目：分离苯一甲苯系统的板式精馏塔设计 试设计一座分离苯一甲苯系统的板式连续精馏塔，要求原料液的年处理量 为 50000 吨，原料液中苯的含量为 35 %，分离后苯的纯度达到 98 %, 塔底馏出液中苯含量不得高于1% （以上均为质量百分数） 二、操作条件 厂址拟定于天津地区。 设计内容 1. 设计方案的确定及流程说明 2. 塔的工艺条件及有关物性数据的计算 3. 精馏塔的物料衡算 4. 塔板数的确定 5. 塔体工艺尺寸的计算 6. 塔板主要工艺尺寸的设计计算 7. 塔板流体力学验算 8. 绘制塔板负荷性能图 9. 塔顶冷凝器的初算与选型 10. 设备主要连接管直径的确定 11. 全塔工艺设计计算结果总表 12. 绘制生产工艺流程图及主体设备简图 13. 对本设计的评述及相关问题的分析讨论 1. 塔顶压强： 2. 进料热状态： 3. 回流比： 加热蒸气压强: 单板压降： 4 kPa （表压）； 101.3 kPa （表压）; 塔板类型 浮阀塔板 四、 生产工作日 每年300天，每天 24小时运行。 五、 厂址
一、绪 论 二、设计方案的确定及工艺流程的说明 2.1 设计流程 2.2 设计要求 2.3 设计思路 2.4 设计方案的确定 三、全塔物料衡算 3.2 物料衡算 四、塔板数的确定 4.1 理论板数的求取 4.2 全塔效率实际板层数的求取 五、精馏与 提馏段物性数据及气液负荷的计算 5.1 进料板与塔顶、塔底平均摩尔质量的计算 5.4 液相液体表面张力的计算 目录 5.5 塔内各段操作条件和物性数据表 11 六、塔径及塔板结构工艺尺寸的计算 14 6.1塔径的计算 14 6.2塔板主要工艺尺寸计算 15 6.3 塔板布置及浮阀数目与排列 17 5.2 气相平均密度和气相负荷计算 10 5.3 液相平均密度和液相负荷计算 10 11
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
成绩 化工原理课程设计 设计说明书 设计题目：万吨/年苯—甲苯连续精馏装置工艺设计 。 姓名陈端 班级化工07-2班 学号 006 】 完成日期 2009-10-30 指导教师梁伯行
化工原理课程设计任务书 (化工07-1,2,3,4适用) 一、设计说明书题目: — (万吨/年) 苯 - 甲苯连续精馏装置工艺设计说明书 二、设计任务及条件 (1).处理量: (3000＋本班学号×300) Kg/h (每年生产时间按7200小时计); (2). 进料热状况参数：( 2班)为, (3). 进料组成: ( 2班) 含苯为25％(质量百分数), (4).塔底产品含苯不大于2％(质量百分数); (5). 塔顶产品中含苯为99％(质量百分数)。 装置加热介质为过热水蒸汽(温度及压力由常识自行指定), 装置冷却介质为25℃的清水或35℃的循环清水。 三、【 四、设计说明书目录(主要内容) 要求 1)前言（说明设计题目设计进程及自认达到的目的）， 2)装置工艺流程(附图) 及工艺流程说明 3)装置物料衡算 4)精馏塔工艺操作参数确定 5)适宜回流比下理论塔板数及实际塔板数计算 6)精馏塔主要结构尺寸的确定 7)精馏塔最大负荷截面处T-1型浮阀塔板结构尺寸的确定 8)、 9)装置热衡算初算确定全凝器、再沸器型号及其他换热器型号 10)装置配管及机泵选型 11)适宜回流比经济评价验算(不少于3个回流比比较) 12)精馏塔主要工艺和主要结构尺寸参数设计结果汇总及评价 13)附图 : 装置工艺流程图、装置布置图、精馏塔结构简图(手绘图)。 五、经济指标及参考书目 1)6000元/(平方米塔壁)(塔径～乘, 塔径～乘, 塔径以上乘, 2)4500元/(平方米塔板), 3)# 4)4000元/(平方米传热面积), 5)16元/(吨新鲜水), 8元/(吨循环水), 6)250元/(吨加热水蒸汽), 设备使用年限10年, 7)装置主要固定资产年折旧率为10% , 银行借贷平均年利息%。 8)夏清陈常贵主编《化工原理》(上. 下) 册修订本【M】天津; 天津大学 出版社2005 9)贾绍文《化工原理课程设计》【M】天津; 天津大学出版社2002
化工原理课程设计 ──板式塔的工艺设计 学院 专业班级 姓名 学号 指导老师 成绩 学年第二学期
目录 1.任务书 ····························································· - 3 - 2.任务要求 ····································错误！未定义书签。 3.设计过程 ·························································· - 3 - 3.1塔板工艺尺寸计算········································ - 4 - 3.2塔板流体力学验算········································ - 8 - 3.3塔板负荷性能图··········································- 10 - 3.4数据汇总···················································- 14 - 3.5心得体会与总结··········································- 15 -
1.任务书 拟建一浮阀塔用以分离甲醇——水混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试根据以下条件做出浮阀塔的设计计算。 已知条件： 2.任务要求： 1．进行塔的工艺计算和验算 2．绘制负荷性能图 3．绘制塔板的结构图 4．将结果列成汇总表 5．分析并讨论
3.设计过程 3.1塔板工艺尺寸计算 （1）塔径：欲求塔径，先求出空塔气速u,而 u =安全系数?m ax u ； 最大允许速度m ax u 计算公式为：m ax u =V V L C ρρρ- 式中C 可由史密斯关联图查出，横坐标的数值为： h h V L 5.0??? ? ??V L ρρ=0.09681.018191.8820.00640.5 =???? ??; 取板间距;45.0m H T =取板上液层高度m h L 06.0=； 那么，图中的参数值为：m h H L T 39.006.045.0=-=-； 根据以上的数值，查史密斯关联图可得0.078m/s C 20=; 因为物系的表面张力为m mN /38因此需要按照下式进行校正： 2 .02020??? ??=σC C 所以校正后得到C 为： 0.0887m/s 20380.0780.2 =? ?? ? ???=? ?? ? ??=2 .02020σC C ； 取安全系数为0.6，则空塔气速为： m ax u = 2.524m/s 1.01 1.01 8190.0887=-?=-V V L C ρρρ； 1.51m/s 2.5240.6u 0.6u max =?=?=； 塔径D 为： 1.26m 1.51 3.141.881 4πu 4V D S =??== ； 按照标准塔径圆整为m D 4.1=；则 塔截面积为：
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
化工原理壳程设计计算示例 一浮阀塔工艺设计计算示例 拟设计一生产酒精的板式精馏塔。来自原料工段的乙醇-水溶液的处理量为48000吨/年，乙醇含量为35%（质量分率）原料温度为45℃。 设计要求：塔顶产品的乙醇含量不小于90%（质量分率），塔底料液的乙醇含量不大于0.5%。 一、塔形选择及操作条件的确定 1．塔形：选用浮阀塔 2．操作条件： 操作压力：常压；其中塔顶：1.013×105Pa 塔底：[1.013×105+N（265~530）Pa] 进料状态：饱和液体进料 加热方式：用直接水蒸气加热 热能利用：拟采用釜残液加热原料液 二、工艺流程
三、有关工艺计算 首先，根据题目要求，将各组成要求由质量分率转换为摩尔分率，其后由 2 3971.1/H O kg m ρ=，3735/kg m ρ=乙醇 参考资料（一），查出相应泡点温度及计算平均分子量。 同理求得0.779D x = 0.0002 W x = (1)0.17646(10.176)1822.3/f f f M x M x M kg kmol =+-=?+-?=乙醇水 同理求得：39.81/D M kg kmol =，18.1/D M kg kmol = 1. 最小回流比及操作回流比的确定 由于是泡点进料，x q =x f =0.174过点e(0.174，0.174)作x=0.174直线与平衡线交与点d ，由点d 可以读得y q =0.516，因此， min(1)0.7790.516 0.7690.5160.174 D q q q x y R y x --= = =-- 又过点a （0.779,0.779）作平衡线的切线，可得切点g 由切点g 可读得' 0.55q x =，' 0.678q y =，
《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
目录 第一章前言 (1) 1.1 精馏及精馏流 (1) 1.2 精馏的分类 (2) 1.3精馏操作的特点 (2) 1.3.1沸点升高 (2) 1.3.2物料的工艺特性 (2) 1.3.3节约能源 (2) 1.4 相关符号说明 (4) 1.5相关物性参数 (6) 1.5.1苯和甲苯的物理参数............................... .6 第二章设计任务书. (7) 第三章设计内容 (8) 3.1设计方案的确定及工艺流程的说明 (8) 3.2全塔的物料衡算 (8) 3.2.1原料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 (8) 3.2.2原料液及塔顶底产品的平均摩尔质量 (8) 3.2.3料液及塔顶底产品的摩尔流率 (9) 3.3塔板数的确定 (9) 3.3.1平衡曲线的绘制 (9) 3.4塔的精馏段操作工艺条件及计算 (12) 3.4.1平均压强p m (12) 12 3.4.2平均温度t m..................................... M (13) 3.4.3平均分子量 m 3.4.4 液体的平均粘度和液相平均表面张力 (14) 3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16)
3.5.1塔径的计算 (16) 3.5.2精馏塔有效高度的计算 (18) 3.6塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (18) 3.6.1溢流装置计算 (18) 3.6.2塔板布置 (19) 3.6.3气象通过塔板压降的计算 (21) 3.7塔板负荷性能图 ................................ ..23 3.7.1漏液线 (23) 3.7.2 雾沫夹带线 (23) 3.7.3 液相负荷下限线 (24) 3.7.4 液相负荷上限线 (24) 3.7.5液泛线 (25) 第四章附属设备的选型及计算 (27) 4.1接管——进料管 (27) 4.2法兰 (27) 4.3筒体与封头 (27) 4.4 人孔 (28) 4.5热量衡算 (28) 参考文献 (31) 课程设计心得 (32)
化工原理课程设计 乙醇-水填料式精馏塔设计学生姓名徐程 学院名称化学化工学院 学号 班级13级2班 专业名称应用化学 指导教师王菊 2016年5月20日
摘要 填料式精馏塔是化工生产的重要化工设备。精馏塔不仅对产品本身，而且还对产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各方面都有重大影响。因此，掌握精馏塔的基本设计对化工专业学生十分重要的。本课程设计是关于乙醇-水的填料式精馏塔的设计，通过对填料式精馏塔的设计，熟练掌握以及运用所学知识并投入到实际生产当中去。 关键词乙醇；水；填料式精馏塔；化工生产；
摘要........................................................................ I 第一部分概述 (3) 概述 (3) 文献综述 (3) 填料类型 (3) 填料塔 (4) 填料选择 (4) 设计任务书 (4) 设计题目 (4) 设计条件 (4) 设计任务 (5) 设计思路 (5) 第二部分工艺计算 (6) 平均相对挥发度的计算 (6) 绘制t-x-y图及x-y图 (6) 全塔物料衡算 (7) 进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (7) 平均摩尔质量 (8) 全塔物料衡算： (8) 最小回流比的计算和适宜回流比的确定 (8) 最小回流比 (8) 确定最适操作回流比R (9) 热量衡算 (9) 求理论板数及加料 (10) 精馏段和提馏段操作线方程的确定 (10) 理论板数及加料板位置 (11) 填料高度计算 (11) 精馏塔主要尺寸的设计计算 (12) 流量和物性参数的计算 (12) 塔板效率 (14) 第三部分塔板结构设计 (14) 气液体积流量 (15) 精馏段的气液体积流量 (15) 提馏段的气液体积流量 (16) 塔径计算 (16)
化工原理课程设计终稿 成绩华北科技学院环境工程系《化工原理》课程设计报告设计题目分离乙醇-正丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计学生姓名张帆学号200801034215指导老师孙春峰专业班级化工B082班教师评语设计起止日期：2011年6月14日至2011年6月26日化工原理课程设计化工原理课程设计任务书 1.设计题目：分离乙醇—正丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计 2.原始数据及条件：进料：乙醇含量45%，其余为正丙醇分离要求：塔顶乙醇含量99%；塔底乙醇含量% 生产能力：年处理乙醇-正丙醇混合液25000吨，年开工7200小时操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强(绝压)；泡点进料；R=5 3.
设计任务：完成该精馏塔的各工艺设计，包括设备设计及辅助设备选型。画出带控制点的工艺流程图、塔板版面布置图、精馏塔设计条件图。写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。- 2 - 化工原理课程设计目录第一章绪论 4 第二章塔板的工艺设计 5 精馏塔全塔物料衡算5 有关物性数据的计算 5 理论塔板数的计算12 塔径的初步计算14 溢流装置15 塔板分布、浮阀数目与排列1 6 第三章塔板的流体力学计算18 、气相通过浮阀塔板的压降18 、淹塔19 、雾沫夹带20 、塔板负荷性能图20 物沫夹带线20 液泛线21 相负荷上限21 漏液线
22 相负荷下限22 浮阀塔工艺设计计算结果23第四章塔附件的设计25 接管............................................................... ............................................... 25 筒体与封头............................................................... ................................... 27 除沫器............................................................... ........................................... 27 裙座............................................................... ............................................... 27 人孔............................................................... ............................................... 27 第五章塔总体高度的设计............................................................... ........................ 28 塔的顶部空间高度............................................................... ....................... 28 塔的顶部空间高度............................................................... ....................... 28 塔总体高
目录 一、化工原理课程设计的目的与要求 二、化工原理课程设计的内容 三、安排与要求 四、设计步骤 1．收集基础数据 2．工艺流程的选择 3．做全塔的物料平衡 4．确定操作条件 5．确定回流比 6．理论板数与实际板数 7．确定冷凝器与再沸器的热负荷 8．初估冷凝器与再沸器的传热面积 9．塔径计算与板间距确定 10．堰及降液管的设计 11．塔板布置及筛板塔的主要结构参数12．筛板塔的水力学计算 13．塔板结构 14．塔高 参考文献 设计任务书
一、化工原理课程设计的目的与要求 经过理论课的学习和生产实习, 学生已经掌握了不少理论知识和生产实际知识。对于一个未来的工程技术人员来说, 如何运用所学知识去分析和解决实际问题室至关重要的。本课程设计的目的也正是如此。 化工原理课程设计是化工专业的学生在校学习期间第一次进行的设计, 要求每位同学独立完成一个实际装置(本次设计为精馏装置)的设计。设计中应对精馏原理、操作、流程及设备的结构、制造、安装、检修进行全面考虑, 最终以简洁的文字, 表格及图纸正确地把设计表示出来．本次设计是在教师指导下, 由学生独立进行的没计, 因此, 对学生的独立工作能力和实际工作能力是一次很好的锻炼机会, 是培养化工技术人员的一个重要坏节。经过设计, 学生应培养和掌握: 1, 正确的设计思想和认真负责的设计态度 设计应结合实际进行, 力求经济、实用、可靠和先进。 2, 独立的工作能力及灵活运用所学知识分析问题和解决问题的能力 设计由学生独立完成, 教师只起指导作用。学生在设计中碰到问题可和教师进行讨论, 教师只做提示和启发, 由学生自已去解决问题, 指导教师原则上不负责检查计算结果的准确性, 学生应自己负责计算结果的准确性, 可靠性．’ 学生在设计中能够相互讨论, 但不能照抄。为了更好地了解
《化工原理课程设计》报告 10000kg/h 甲醇~水 精馏装置设计
一、概述 (3) 1.1 设计依据 (3) 1.2 技术来源 (3) 1.3 设计任务及要求 (3) 二、计算过程 (4) 1 设计方案及设计工艺的确定 (4) 1.1 设计方案 (4) 1.2.设计工艺的确定 (4) 1.3、工艺流程简介 (4) 2. 塔型选择 (5) 3. 操作条件的确定 (5) 3.1 操作压力 (5) 3.2 进料状态 (5) 3.3加热方式的确定 (6) 3.4 热能利用 (6) 4. 有关的工艺计算 (6) 4.1精馏塔的物料衡算 (9) 4.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (9) 4.1．2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (10) 4.1.3物料衡算 (10) 4.2 塔板数的确定 (10) 4.2.1 理论板层数NT的求取 (10) 4.2.3 热量衡算 (12) 4.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (14) 4.3.1 操作压力的计算 (14)
4.3.3 平均摩尔质量的计算 (15) 4.3.4 平均密度的计算 (15) 4.3.5 液相平均表面力的计算 (16) 4.3.6 液体平均粘度的计算 (17) 4.4 精馏塔的塔底工艺尺寸计算 (18) 4.4.1塔径的计算 (18) 4.4.2 精馏塔有效高度的计 (19) 4.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (19) 4.5.1溢流装置的计算 (19) 4.5.2 塔板布置 (21) 4.6 筛板的流体力学验算 (24) 4.6.1 塔板压降 (24) 4.6.2 液面落差 (25) 4.6.3 液沫夹带 (26) 4.6.4 漏液 (26) 4.6.5 液泛 (27) 4.7 塔板负荷性能图 (27) 4.7.1、液漏线 (27) 4.7.2、液沫夹带线 (28) 4.7.3、液相负荷下限线 (29) 4.7.4、液相负荷上限线 (29) 4.7.5、液泛线 (29) 5.热量衡算 (32) 5.1塔顶换热器的热量衡算 (33)
设计任务及操作条件 1.设计题目 非标准列管式水冷却丙醇换热器的工艺设计 2.设计任务 （1）熟悉查找与设计任务有关的图书资料 （2）工艺设计 （3）换热器结构设计 （4）选定主要零部件 （5）绘制条件单 （6）编写设计说明书 3.设计条件 （1）处理量：25000㎏?h-1； （2）丙醇冷却温度为80℃，冷凝液离开换热器的温度为35℃；（3）冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度（根据实际设定）； （4）允许压降：合理； （5）每年按300天计，每天24h连续运行； （6）设备型式：卧式列管换热器。
前言 1.合理地实现所规定的工艺条件 传热量、流体的热力学参数（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力学和流体力学的计算，经过反复比较，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，在单位时间内传递尽可能多的热量。其具体做法如下： （1）增大传热系数。在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下，尽量选择高的流速。 （2）提高平均温差。对于无相变的流体，尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可提高平均温差，还有助于减少结构中的温差应力。在允许的条件时，可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。 （3）妥善布置传热面。例如在管壳式换热器中，采用合适的管间距或排列方式，不仅可以加大单位空间内的传热面积，还可以改善流体的流动特性。错列管束的传热方式比并列管束的好。如果换热器中的一侧有相变，另一侧流体为气相，可在气相一侧的传热面上加翅片以增大传热面积，更有利于热量的传递。 2.安全可靠 换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵照我国《钢制石油化工压力容器设计规定》与《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。这对保证
《化工原理课程设计》指导书 一、课程设计的目的与性质 化工原理课程设计是化工原理课程的一个实践性、总结性和综合性的教学环节，是学生进一步学习、掌握化工原理课程的重要组成部分，也是培养学生综和运用课堂所学知识分析、解决实际问题所必不可少的教学过程。 现代工业要求相关工程技术人员不仅应是一名工艺师，还应当具备按工艺要求进行生产设备和生产线的选型配套及工程设计能力。化工原理课程设计对学生进行初步的工程设计能力的培养和训练，为后续专业课程的学习及进一步培养学生的工程意识、实践意识和创新意识打下基础。 二、课程设计的基本要求 (1)在设计过程中进一步掌握和正确运用所学基本理论和基本知识，了解工程设计的基本内容，掌握设计的程序和方法，培养发现问题、分析问题和解决问题的独立工作能力。 (2)在设计中要体现兼顾技术上的先进性、可行性和经济上的合理性，注意劳动条件和环境保护，树立正确的设计思想，培养严谨、求实和科学的工作作风。 (3)正确查阅文献资料和选用计算公式，准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算。 (4)用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想和计算结果。 三、设计题目 题目Ⅰ：在生产过程中需将3000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为35℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。 题目Ⅱ：在生产过程中需将5000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为35℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。 题目Ⅲ：在生产过程中需将7000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为35℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。