化工原理课程设计(原料预热器①).

化工原理课程设计完整版一、教学目标本课程旨在让学生掌握化工原理的基本概念、理论和方法，了解化工生产的基本过程和设备，培养学生运用化工原理解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）理解化工原理的基本概念和原理；（2）熟悉化工生产的基本过程和设备；（3）掌握化工计算方法和技能。

2.技能目标：（1）能够运用化工原理解决实际问题；（2）具备化工过程设计和优化能力；（3）学会使用化工设备和仪器进行实验和调试。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的团队合作意识和沟通能力；（2）增强学生对化工行业的认识和兴趣；（3）培养学生对科学研究的热爱和责任感。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.化工原理基本概念和原理：包括溶液、蒸馏、吸收、萃取、离子交换等基本操作原理和方法。

2.化工生产过程和设备：包括反应器、换热器、蒸发器、膜分离设备等的基本结构和原理。

3.化工计算方法：包括物料平衡、热量平衡、质量平衡等计算方法。

具体教学大纲安排如下：第1-2周：化工原理基本概念和原理；第3-4周：化工生产过程和设备；第5-6周：化工计算方法。

三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解基本概念、原理和方法，引导学生理解和掌握；2.案例分析法：分析实际案例，让学生学会运用化工原理解决实际问题；3.实验法：进行实验操作，培养学生的实践能力和实验技能；4.小组讨论法：分组讨论，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：《化工原理》；2.参考书：相关化工原理的教材和学术著作；3.多媒体资料：教学PPT、视频、动画等；4.实验设备：反应器、换热器、蒸发器、膜分离设备等。

以上教学资源将用于支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等多个方面，以全面客观地评价学生的学习成果。

1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等形式的评估，考察学生的学习态度和理解能力。

目录一、设计题目 _________________ 0二、设计依据 _________________ 0三、设计要求 _________________ 0第1节：物料衡算、热量衡算_____________________________________________ 01.精馏塔物料衡算 ______________________________________________________________ 02.冷凝器物料衡算及热量衡算 ____________________________________________________ 53.产品冷却器物料衡算及热量衡算 ________________________________________________ 74.原料预热器（1）的物料衡算及热量衡算 _________________________________________ 85.原料预热器（2）的物料衡算及热量衡算 _________________________________________ 96.再沸器的物料衡算及热量衡算 _________________________________________________ 107.物料衡算汇总表 _____________________________________________________________ 118.热量衡算及换热器要求汇总表 _________________________________________________ 12第2节：列管式换热器选型及校核（原料预热器①）________________________ 141.初选原料预热器（1）规格 ____________________________________________________ 142.核算总传热系数 _____________________________________________________________ 20第3节：所选固定管板式换热器的结构说明________________________________ 221.管程结构___________________________________________________________________ 222.壳体结构___________________________________________________________________ 233.其他主要附件_______________________________________________________________ 24第4节：换热器的主要结构和计算结果____________________________________ 24 第5节：参考文献及资料________________________________________________ 25 附___________________________ 26设计任务书一、设计题目：乙醇水精馏系统换热器设计二、设计依据：1、产量：7万吨2、年工作时间：330天3、原料乙醇：浓度50%（质量），出库温度25℃4、产品乙醇：浓度95%（质量），入库温度≤45℃5、乙醇回收率：99.5%6、原料乙醇泡点进料，回流比R=1.15R min7、循环冷却水进口温度：30℃8、再沸器饱和水蒸气温度：150℃9、系统散热损失：不考虑系统散热损失10、换热器KA值裕度：20~40%11、原料预热器（2）设计三、设计要求：第1节：物料衡算、热量衡算1.精馏塔物料衡算乙醇、水的相对分子质量为M乙醇=46.07g/mol，M水=18.02g/mol 由原料乙醇质量浓度为50%得原料乙醇的摩尔分率为：F=50%/M X 50%/M M 50%/46.07=50%/46.07+50%/18.02=0.2812乙醇乙醇水+50%/ 由产品乙醇质量浓度为95%得产品乙醇的摩尔分率为：D 95%/X =95%/95%/46.0795%/46.075%/18.020.8814M M =+=乙醇乙醇水+5%/M 原料F 、塔顶馏出液D 的平均相对分子质量：F X M /F F M X g mol=⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=25.91乙醇水（1-）=0.2812（1-0.2812） D D D X M 8814881442.74/M X g mol=⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=乙醇水（1-）=0.（1-0.） 塔顶产品流率D ：(33024)D MD M h=⨯⨯()7371042.7433024206.79/8.83810/h kmol h kg h⨯=⨯⨯==⨯由乙醇回收率99.5%DFDX FX η==得：206.790.88140.28120.995651.42/D F DX F X kmol hη=⨯=⨯=4651.4225.9116878.29/1.68810/F kg hkg h =⨯=≈⨯流率W ：651.42206.79444.63/W F Dkmol h=-=-= 塔底残液摩尔分率：3651.420.2812206.790.8814444.632.0610F DW FX DX X W--=⨯-⨯==⨯塔底残液W 的平均相对分子质量：()()mol g M X M X M W W W /08.1802.181006.2-107.461006.213-3-=⨯⨯+⨯⨯=⨯-+⨯=水乙醇 3444.6318.088038.91/8.04010/W kg h kg h=⨯=≈⨯ 计算R min乙醇-水气液平衡数据101.32578.27470.7959180.816009 101.32578.230130.8163270.830926 101.32578.195040.8367350.846514 101.32578.169870.8571430.862807 101.32578.155050.8775510.879841 101.32578.151050.8979590.897655 101.32578.158340.9183670.916291 101.32578.177390.9387760.935794 101.32578.20870.9591840.956211 101.32578.252760.9795920.977595 101.32578.3103311作图如下：由图可得min0.193 1DX R=+，故R min=3.57R=1.15R min=1.15⨯3.57=4.1055塔顶冷凝器将来自塔顶的蒸汽全部冷凝，即该冷凝器为全凝器，凝液在泡点温度下部分地回流入塔，由恒摩尔流假定，塔顶液体摩尔流率L 、气体摩尔流率V 为:44.1055206.79848.898/3.62810/L RDkmol h kg h==⨯==⨯ ()415.1055206.791055.77/45123.45/4.51210/V R D kmol h kg h kg h=+=⨯==≈⨯ 因为是泡点进料，所以q=1()()()()()4V V 1114.10551206.7911651.421055.77/19088.32/ 1.90910/q F R D q Fkmol h kg h kg h =--=+--=+⨯--⨯==≈⨯344.1055206.791651.421.510/27127.17/2.71310/L L qFRD qFkmol h kg h kg h=+=+=⨯+⨯≈⨯=≈⨯ 又W=1.76*10-3，则V =L -W 成立 2.冷凝器物料衡算及热量衡算查【《化工原理》下册P268附录】得，质量组成为95%的乙醇水溶液的沸点为78.2℃。

化工原理课程设计模板一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握化工原理中流体流动与传输的基本概念，包括流体性质、流动状态及流体力学方程。

2. 学习并掌握热量传递的三种基本方式，即导热、对流和辐射，及其在化工过程中的应用。

3. 掌握质量传递的基本原理，包括扩散、对流传质和膜分离等，并能应用于化工单元操作中。

4. 分析典型化工单元操作的工作原理和设备结构，理解其工程实践意义。

技能目标：1. 能够运用流体力学原理，解决实际流体流动问题，如流量测量、泵和风机的选型等。

2. 能够运用热量传递原理，分析和解决化工过程中的热量控制问题，如换热器的设计和优化。

3. 能够运用质量传递原理，进行物质的分离和提纯，如吸收、蒸馏等操作。

4. 能够结合单元操作原理，设计简单的化工流程，进行初步的工程计算和设备选型。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理学科的兴趣和热情，激发学生探索科学规律的积极性。

2. 培养学生的工程意识，使其认识到化工原理在国民经济发展中的重要地位和作用。

3. 培养学生的团队协作精神和沟通能力，使其在解决实际问题时能够与他人合作，共同完成任务。

4. 培养学生的创新思维，使其在遇到问题时能够主动思考，寻求解决方案。

本课程针对高年级本科生，结合化工原理的学科特点，以理论知识与工程实践相结合的方式进行教学。

课程目标旨在使学生在掌握基本理论知识的基础上，能够运用所学知识解决实际问题，并培养其工程素养和创新能力，为未来从事化工领域的工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 流体流动与传输：包括流体性质、流体静力学、流体动力学、流体流动阻力与能量损失、泵与风机等章节内容。

- 流体性质：密度、粘度、表面张力等。

- 流体静力学：压力、压强、流体静力平衡。

- 流体动力学：连续性方程、伯努利方程、动量方程。

- 流体流动阻力与能量损失：摩擦阻力、局部阻力、雷诺数。

- 泵与风机：类型、工作原理、性能参数。

2. 热量传递：涵盖导热、对流、辐射及换热器设计等内容。

化工原理课程设计--苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计湖南科技大学化工原理课程设计——苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计专业班级：应用化学二班姓名：李钰冰学号： 1006020221指导老师：杨明平、仇明华、刘和秀2012年12月24日~2013年1月4日10级应用化学专业板式精馏塔设计任务书一、设计题目：苯——甲苯连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件1 、进精馏塔料液含苯38% （质量），其余为甲苯2 、产品中苯含量不得少于96% （质量）3 、釜液中苯含量不得高于4% （质量）4 、生产能力：5.5 吨/ 小时5 、操作条件：(1) 精馏塔顶压强：4.5kPa （表压）(2) 进料热状态：自选(3) 加热蒸气：600kPa （表压）的饱和蒸气(4) 回流比：自选(5) 单板压降：≯0.7kPa三、设备型式：筛板塔四、厂址：湘潭地区（年平均水温20 ℃）五、设计内容（设计基础数据参见设计指导书）1 、设计方案的确定及流程说明2 、塔的工艺计算3 、塔和塔板主要工艺尺寸的计算⑴塔板、塔径及塔板结构尺寸的确定⑵塔板的流体力学验算⑶塔板的负荷性能图4 、设计结果概要或设计一览表5 、换热器的选型与计算6 、生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图及筛板布置图7 、对本设计的评述或有关问题的分析讨论六、按要求编制相应的设计说明书七、主要参考资料化工原理、化工原理课程设计指导书、化工工艺设计手册、物理化学手册八、指导老师组织人：刘和秀指导老师：杨明平、仇明华、刘和秀九、时间2012.12.24----2013.1.4前言化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品几乎都是有若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。

生产中为了满足储存、运输、加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或纯态的物质。

芳香族化合物是化工生产中的重要的材料，可用来制备染料、树脂、农药、合成药物、合成橡胶，合成纤维和洗涤等等；苯与甲苯都是重要的化工原料，苯- 甲苯混合溶液的分离技术一直是一个重要的课题。

课程设计说明书【设计计算】（一）设计方案的确定本设计任务为分离苯-甲苯混合物。

对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。

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入精馏塔内。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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，塔底产品经冷却后送至储罐。

（二）精馏塔的物料衡算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 k m o l kg M A /1.178=甲苯的摩尔质量k m o lkgM B /3.192= 450.013.92/59.011.78/41.011.78/41.0=+=F x 957.013.92/05.011.78/95.011.78/95.0=+=D x 024.013.92/98.011.78/2.001.178/2.00=+=W x2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F =0.450⨯78.11+(1-0.450)⨯92.13=85.82 kg/kmol M D =0.957⨯78.11+(1-0.957)⨯92.13=78.71 kg/kmol M W =0.024⨯78.11+(1-0.024)⨯92.13=91.79 kg/kmol 3、物料衡算原料处理量 F=4600/85.82=53.60 kmol/h 总物料衡算 53.60=D+W苯物料衡算 53.60⨯0.450=0.957D+0.024W 联立解得 D=29.13 kmol/h W=24.47 kmol/h （三）塔板数的确定 1、理论板层数N T 的求取苯-甲苯属理想物系，可采用逐板计算法求理想板层数。

（1）由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据。

（2）求最小回流比及操作回流比。

x q =y q /(2.47-1.47y q )y q =0.667 x q =x F =0.450 故最小回流比为R min =(x D -y q )/(y q -x q )=(0.957-0.667)/(0.667-0.45)=1.34 取操作回流比为R=2R min =2×1.34=2.68(3)求精馏塔的气、液相负荷L=R*D=2.68*29.13=78.07 kmol/hV=(R+1)D=(2.68+1)*29.13=107.20 kmol/hL’=L+F=78.07+53.60=131.67kmol/hV’=V=107.20kmol/h(4)求操作线方程精馏段操作线方程为+(D/V)*x D=(78.07/107.20)*x n+(29.13/107.20)*0.957y n+1=(L/V)*xn=0.728x n+0.260提馏段操作线方程为y n+1’=(L’/V’)*x n’-(W/V’)*x W=(131.67/107.20)*x n’-(24.47/107.20)*0. 024= 1.228x n’-0.005（5）逐板计算法求理论板层数求解结果为总理论板层数 N T=12(包括再沸器)进料板位置 N F=62、实际板层数的求取=5/0.5=10精馏段实际板层数 N精=7/0.5=14提馏段实际板层数 N提(四)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算。

化工原理课程设计指导书—精馏塔的预热器、冷凝器、再沸器工艺设计适应专业：化学工程与工艺编写作者：胡建明编写日期：2007.7邵阳学院生物与化学工程系预热器、冷凝器、再沸器的工艺设计概述蒸馏是化工生产中分离均相液体混合物的典型单元操，其历史悠久，应用广泛。

蒸馏的基本原理是将液体混合物部分汽化、部分冷凝，利用其中个组分挥发度不同而将其分离。

其本质是液、汽相间的质量传递和热量传递。

为使分离彻底，以获得较纯的产品，工业生产中常采用多次部分汽化、多次部分冷凝的方法——精馏。

精馏过程通常是在塔设备内完成的。

预热器、冷凝器、再沸器是精馏过程必不可少的设备。

它们承担着将物料预热、气化、冷凝等重要任务。

而固定管板式换热器更是因其具有工艺简单、造价低廉、工艺设计成熟、热效率较高等优点而得到广泛的应用，尤其在很多大工业生产中。

换热器的工艺设计主要内容和步骤 1 物料衡算1.1 设计依据1.1.1 《×××××设计任务书》1.1.2 产量 年产99.5%（均为质量分数，下同）环己烷（丙酮）20000吨，根据工业生产中连续生产的特点，取年平均生产时间为8000小时，即小时产量为：20000×103/8000=2500kg ／h ，本设计以小时产量为计算基准。

1.1.3 进料组成F x 、产品组成D x 1,1.4 分离要求 1.2 精馏塔物料衡算1.2.1 物料衡算示意图1.2.2 用质量分率计算进料量及塔釜采出量G D ,X D F D W G G G =+ F F D D W W G x G x G x =+ 解得： G F （kg/h ） G W （kg/h ）1.2.3 计算摩尔量、摩尔分率 G W由物质A 、B 组成的混合物，其分子量分别为M A ，M B 则其平均分子量：A A B B M M x M x =+，用摩尔量表示为：;;W D F G G GD W F M M M===； 同理可求得X D 、X W 、 X F 1.2.4 精馏塔物料衡算表表1.1 精馏塔的物料衡算表※必须达成Σ进=Σ出。

化工原理课程设计指导书—精馏塔的预热器、冷凝器、再沸器工艺设计适应专业：化学工程与工艺编写作者：胡建明编写日期：2007.7邵阳学院生物与化学工程系预热器、冷凝器、再沸器的工艺设计概述蒸馏是化工生产中分离均相液体混合物的典型单元操，其历史悠久，应用广泛。

蒸馏的基本原理是将液体混合物部分汽化、部分冷凝，利用其中个组分挥发度不同而将其分离。

其本质是液、汽相间的质量传递和热量传递。

为使分离彻底，以获得较纯的产品，工业生产中常采用多次部分汽化、多次部分冷凝的方法——精馏。

精馏过程通常是在塔设备内完成的。

预热器、冷凝器、再沸器是精馏过程必不可少的设备。

它们承担着将物料预热、气化、冷凝等重要任务。

而固定管板式换热器更是因其具有工艺简单、造价低廉、工艺设计成熟、热效率较高等优点而得到广泛的应用，尤其在很多大工业生产中。

换热器的工艺设计主要内容和步骤 1 物料衡算1.1 设计依据1.1.1 《×××××设计任务书》1.1.2 产量 年产99.5%（均为质量分数，下同）环己烷（丙酮）20000吨，根据工业生产中连续生产的特点，取年平均生产时间为8000小时，即小时产量为：20000×103/8000=2500kg ／h ，本设计以小时产量为计算基准。

1.1.3 进料组成F x 、产品组成D x 1,1.4 分离要求 1.2 精馏塔物料衡算1.2.1 物料衡算示意图1.2.2 用质量分率计算进料量及塔釜采出量G D ,X D F D W G G G =+ F F D D W W G x G x G x =+ 解得： G F （kg/h ） G W （kg/h ）1.2.3 计算摩尔量、摩尔分率 G W由物质A 、B 组成的混合物，其分子量分别为M A ，M B 则其平均分子量：A A B B M M x M x =+，用摩尔量表示为：;;W D F G G GD W F M M M===； 同理可求得X D 、X W 、 X F 1.2.4 精馏塔物料衡算表表1.1 精馏塔的物料衡算表※必须达成Σ进=Σ出。

化工原理课程设计说明书模板课程名称：化工原理课程类型：必修课学时安排：36学时一、课程目标本课程的目标是使学生了解化工原理的基本概念和原理，学习化工工艺流程的基本知识和技术，培养学生分析和解决化工问题的能力，为学生今后从事化工工程和科研工作打下坚实的理论基础。

二、教学内容1.化工原理概论本部分将介绍化工原理的基本概念、发展历史和研究领域，引导学生对化工原理有一个整体的认识。

2.物质结构和性质主要介绍物质的基本结构和性质，包括物质的结构与成分、物质的物态变化和物质的性质分类等内容。

3.化工热力学本部分将介绍化工系统的热力学基本原理，包括热力学基本概念、热力学过程和热力学循环等内容。

4.化工动力学本部分将介绍化工系统的动力学基本原理，包括化学反应动力学、传质动力学和热量传递动力学等内容。

5.化工工艺流程主要介绍化工工艺流程的基本知识和技术，包括化工原料的选取和加工、化工设备的设计和运行管理等内容。

6.化工安全与环保本部分将介绍化工生产中的安全与环保知识，包括化工安全管理、化工事故预防和环境污染治理等内容。

7.实验教学本部分将安排一定数量的实验教学课时，学生将进行有关化工原理的实验操作，加强化工原理的理论与实践相结合。

三、教学要求1.熟练掌握化工原理的基本概念和原理，了解化工工艺流程的基本知识和技术。

2.具备运用化工原理知识分析和解决实际问题的能力，具备一定的创新意识和实践能力。

3.具备一定的化工安全与环保意识，了解化工生产中的安全与环保知识，具备一定的事故预防和环境污染治理的知识和技能。

四、教学方法本课程采用讲授、实验教学相结合的教学方法。

在讲授过程中，主要采用课堂讲授、案例分析和互动讨论等教学方法。

在实验教学中，将引导学生进行化工原理的实验操作，加强理论与实践相结合。

五、教材主要教材：《化工原理导论》（第二版）蒋立兴著，化学工业出版社辅助教材：《化工原理实验教程》（第三版）张明著，高等教育出版社六、教学评估本课程的成绩评定将综合考虑平时表现、作业情况、实验报告和期末考试成绩。