化工原理课程设计指导 西北农林科技大学生命科学学院 生物工程教研室编 2012年4月
化工原理课程设计指导 西北农林科技大学生命科学学院 生物工程教研室 编 2012 年 4 月
目录 第1章概论.1 1.1化工原理课程设计的目的和要求 .1 1.2化工原理课程设计的内容和步骤 .1 第2章列管式换热器设计. 2.1设计和选用时应考虑的问题.5 2.2管壳式换热器的给热系数.6 2.3流体通过换热器的阻力损失.8 2.4对数平均温差的修正.8 2.5管壳式换热器的设计和选用步骤. .10 第3章筛板精馏塔设计. 12 3.1概述 3.2收集基础数据 3.3工艺流程的选择 3.4做全塔的物料平衡 3.5确定操作条件 3.6确定回流比 3.7理论板数与实际板数 3.8确定冷凝器与再沸器的热负荷 3.9初估冷凝器与再沸器的传热面积 3.10塔径计算及板间距确定 3.11堰及降液管的设计 3.12塔高 主要参考文献
目 录 第 1 章 概论 . 1 1.1 化工原理课程设计的目的和要求 . 1 1.2 化工原理课程设计的内容和步骤. 1 第 2 章 列管式换热器设计 . 5 2.1 设计和选用时应考虑的问题 . 5 2.2 管壳式换热器的给热系数 . 6 2.3 流体通过换热器的阻力损失 . 8 2.4 对数平均温差的修正 . 8 2.5 管壳式换热器的设计和选用步骤 . 10 第 3 章 筛板精馏塔设计 . 12 3.1 概述 3.2 收集基础数据 3.3 工艺流程的选择 3.4 做全塔的物料平衡 3.5 确定操作条件 3.6 确定回流比 3.7 理论板数与实际板数 3.8 确定冷凝器与再沸器的热负荷 3.9 初估冷凝器与再沸器的传热面积 3.10 塔径计算及板间距确定 3.11 堰及降液管的设计 3.12 塔高 主要参考文献
第一章绪论 1.1化工原理课程设计的目的和要求 课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有 关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起者培养学 生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流 程，查取资科，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比 较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实 践。 通过课程设计学生应该注重以下几个能力的训练和培： ()查阅资料，选用公式和搜集数据（包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集）的能力： (2)树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动 条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力： (3)迅速准确的进行工程计算的能力： (4)用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 1.2化工原理课程设计的内容和步骤 (1)课程设计的基本内容 ①设计方案简介对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述： ②主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸 计算及结构设计： ③典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的 选定： ④带控制点的工艺流程简图以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、 物流量、能流量和主要化工参数测量点： ⑤主体设备工艺条件图图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表： 完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设计工 作的主要依据，应包括以下主要内容： ①封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间）： ②目录： ③设计任务书： ④设计方案简介： ⑤工艺设计计算： ©辅助设备的计算及选型： -1-
- 1 - 第一章 绪 论 1.1 化工原理课程设计的目的和要求 课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有 关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学 生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流 程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比 较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实 践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： (1)查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； (2)树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动 条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； (3)迅速准确的进行工程计算的能力； (4)用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 1.2 化工原理课程设计的内容和步骤 （1）课程设计的基本内容 ①设计方案简介 对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述； ②主要设备的工艺设计计算 包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸 计算及结构设计； ③典型辅助设备的选型和计算 包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的 选定； ④带控制点的工艺流程简图 以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、 物流量、能流量和主要化工参数测量点； ⑤主体设备工艺条件图 图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表； 完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设计工 作的主要依据，应包括以下主要内容： ①封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 ）； ②目录； ③设计任务书； ④设计方案简介； ⑤工艺设计计算； ⑥辅助设备的计算及选型；
⑦设计结果汇总表： ⑧设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论： ⑨工艺流程图及设备工艺条件图： ⑩参考资料。 (2)课程设计的光明 ①动员和布置任务： ②阅读指导书和查阅资料： ③设计计算，绘图和编写说明书： ④考核和答解。 整个设计是由论述、计算和绘图三部分组成。论述应该条理清晰，观点明确：计算要求方 法正确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处：图表应能简要表达计算的结 (3)带控制点的工艺流程图的绘制 带控制点的工艺流程图是一种示意性的图样它以形象的图形、符号、代号表示出化工设备、 管路、附件和仪表自控等，借以表达出一个生产中物料及能量的变化始末。工艺流程图绘制范 用加下： 必须反映出全部工艺物料和产品所经过的设备： ①应全部反映出主要物料管路，并表达出进出装置界区的流向： ②冷却水、冷冻盐水、工艺用的压缩空气、蒸汽（不包括副产品蒸汽）及蒸汽冷凝液系统等 的整套设备和管线不在图内表示，仅示意工艺设备使用点的进出位置： ③标出有助于用户确认及上级或有关领导审批用的一些工艺数据（例如：温度、压力、物流的 质量流量或体积流量、密度、换热量等)： ④包括绘制图例，图画上必要的说明和标注，并按图签规定签署 ⑤必须标注工艺设备，工艺物流线上的主要控制点符及调节阀等。这里指的控制点符包括 被测变量的仪表功能（如调节、纪录、指示、积算、连锁、报警、分析、检测及集中，就地仪表等）。 流程图的绘制步骤如下： ①用细实线(0.3mm)画出设备简单外形，设备一般按1：100或1：50的比例绘制，如某种设备 过高（如精馏塔），过大或过小，则可适当放大或缩小： ②常用设备外形可参照图11所示，对于无示例的设备可绘出其象征性的简单外形，表明 设备的特征即可： ③用粗实线(0.9mm)画出连接设备的主要物料管线，并注出流向箭头： ④物料平衡数据可直接在物料管道上用细实线引出并列成表： ⑤辅助物料管道（如冷却水、加热蒸汽等），用中粗实线(0.6mm)表示： ⑥设备的布置原则上按流程图由左至右，图上一律不标示设备的支脚、支架和平台等 般情况下也不标注尺寸。 .2
- 2 - ⑦设计结果汇总表； ⑧设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论； ⑨工艺流程图及设备工艺条件图； ⑩参考资料。 （2）课程设计的步骤 ①动员和布置任务； ②阅读指导书和查阅资料； ③设计计算,绘图和编写说明书； ④考核和答辩。 整个设计是由论述、计算和绘图三部分组成。论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方 法正确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处；图表应能简要表达计算的结 果。 (3) 带控制点的工艺流程图的绘制 带控制点的工艺流程图是一种示意性的图样,它以形象的图形、符号、代号表示出化工设备、 管路、附件和仪表自控等，借以表达出一个生产中物料及能量的变化始末。工艺流程图绘制范 围如下： 必须反映出全部工艺物料和产品所经过的设备； ①应全部反映出主要物料管路，并表达出进出装置界区的流向； ②冷却水、冷冻盐水、工艺用的压缩空气、蒸汽(不包括副产品蒸汽)及蒸汽冷凝液系统等 的整套设备和管线不在图内表示，仅示意工艺设备使用点的进出位置； ③标出有助于用户确认及上级或有关领导审批用的一些工艺数据(例如:温度、压力、物流的 质量流量或体积流量、密度、换热量等)； ④包括绘制图例，图画上必要的说明和标注，并按图签规定签署； ⑤必须标注工艺设备，工艺物流线上的主要控制点符及调节阀等。这里指的控制点符包括 被测变量的仪表功能(如调节、纪录、指示、积算、连锁、报警、分析、检测及集中,就地仪表等)。 流程图的绘制步骤如下： ①用细实线(0.3mm)画出设备简单外形，设备一般按 1:100 或 1:50 的比例绘制，如某种设备 过高(如精馏塔)，过大或过小，则可适当放大或缩小； ②常用设备外形可参照图 1-1 所示，对于无示例的设备可绘出其象征性的简单外形，表明 设备的特征即可； ③用粗实线(0.9mm)画出连接设备的主要物料管线，并注出流向箭头； ④物料平衡数据可直接在物料管道上用细实线引出并列成表； ⑤辅助物料管道(如冷却水、加热蒸汽等)，用中粗实线(0.6mm)表示； ⑥设备的布置原则上按流程图由左至右，图上一律不标示设备的支脚、支架和平台等，一 般情况下也不标注尺寸
工艺物料的介质代码自行编制。 ·般以分子式及其编写字母表示。辅助物料如公用系统介 质代号规定如表1-1。 表1-1辅助物料和共用系数介质代号 代号 中文名称 代号 中文名称 水 蒸汽 BW 锅炉给水 HS 高压蒸汽 B服 盐水 低压蒸六 BRR 盐水回水 中压蒸汽 BRS 盐水补给水 C 冷凝液 CW (循环冷却水 PWW 生产废水 CWR (循环)冷却回水 CS 化学污水 名 冷却水 冷冻回水 (用于零度以上) 图上应标注单元设备的代号，单元设备分类代号见表1-2。 表1-2单元设备分类代号 单元设备 代号 单元设备 代号 现场装置，基础，混凝土构件 A 炉子 B 转化器，反应器，再生器 换热器 槽、储键 塔 系、压缩机、风机、驱动机和鼓风机 管道 M 特殊装置 L 电气 N 仪表 Q (4)主体设备工艺条件图（此部分内容教师可根据具体题目有选择的要求） 主体设备是指在每个单元操作中处于核心地位的关键设备，如传热中的换热器，蒸发中的 蒸发器，蒸馏和吸收中的塔设备（板式塔和填料塔），干燥中的干燥器等。一般，主体设备在不 同单元操作中是不同的，即使同一设备在不同单元操作中其作用也不相同，如某一设备在某个 单元操作中为主体设备，而在另一单元操作中就可变为辅助设备。例如，换热器在传热中为主 体设备，而在精馏或干燥操作中就变为辅助设备。泵、压缩机等也有类似情况。 主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表示出来。图 面上应包括如下内容： ①设备图形指主要尺寸（外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸）人接管、人孔等： ②技术特性指装置的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介质的毒性和爆 炸危险性： -3
- 3 - 工艺物料的介质代码自行编制，一般以分子式及其编写字母表示。辅助物料如公用系统介 质代号规定如表 1-1。 表 1-1 辅助物料和共用系数介质代号 图上应标注单元设备的代号，单元设备分类代号见表 1-2。 表 1-2 单元设备分类代号 单元设备 代号 单元设备 代号 现场装置,基础,混凝土构件 转化器,反应器,再生器 槽、储罐 泵、压缩机、风机、驱动机和鼓风机 特殊装置 仪表 A D F J L Q 炉子 换热器 塔 管道 电气 B C E M N (4)主体设备工艺条件图(此部分内容教师可根据具体题目有选择的要求) 主体设备是指在每个单元操作中处于核心地位的关键设备，如传热中的换热器，蒸发中的 蒸发器，蒸馏和吸收中的塔设备(板式塔和填料塔)，干燥中的干燥器等。一般，主体设备在不 同单元操作中是不同的，即使同一设备在不同单元操作中其作用也不相同，如某一设备在某个 单元操作中为主体设备，而在另一单元操作中就可变为辅助设备。例如，换热器在传热中为主 体设备，而在精馏或干燥操作中就变为辅助设备。泵、压缩机等也有类似情况。 主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表示出来。图 面上应包括如下内容: ①设备图形 指主要尺寸(外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸)、接管、人孔等； ②技术特性 指装置的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介质的毒性和爆 炸危险性； 代号 中文名称 代号 中文名称 W 水 S 蒸汽 BW 锅炉给水 HS 高压蒸汽 BR 盐水 LS 低压蒸汽 BRR 盐水回水 MS 中压蒸汽 BRS 盐水补给水 C 冷凝液 CW (循环)冷却水 PWW 生产废水 CWR (循环)冷却回水 CS 化学污水 RW 冷却水 (用于零度以上) RW 冷冻回水