石油化工设计手册第三卷:化工单元过程.pdf

石油化工设计手册第三卷:化工单元过程.pdf
 

书籍描述

内容简介
《石油化工设计手册》(修订版)共分四卷出版。第三卷“化工单元过程”分上下两册,上册内容有流体输送机械,非均相分离,搅拌与混合,制冷与深度冷冻,换热器,蒸发,工业结晶过程与设备设计,蒸馏;下册内容有气体吸收与解吸,液液萃取,吸附与变压吸附,气液传质设备,膜分离,干燥,化学反应器,并列举相应的实际应用实例。可以指导设计人员在相应的化工单元过程设计中正确选取运用。
适合从事石油化工、食品、轻工等行业技术人员阅读参考。

编辑推荐
“十五”国家重点图书的再次修订出版,中石化集团、清华、北大、天大、浙大等知名学者联合编写,石油化工设计权威巨著

作者简介
费维扬,院士,清华大学,教授;王静康,院士,天津大学教授;蒋维钧,清华大学教授;施力田,北京化工大学教授;吕德伟,浙江大学教授等

目录
第1章流体输送机械
1.1泵1
1.1.1概述1
1.1.1.1泵的主要参数1
1.1.1.2泵的分类及特点1
1.1.1.3石油化工用泵的选用1
1.1.1.4泵轴的密封 9
1.1.1.5泵用联轴器及选用9
1.1.2离心泵10
1.1.2.1离心泵的有关参数10
1.1.2.2泵的性能曲线11
1.1.2.3管路系统的运行11
1.1.2.4泵的气蚀参数14
1.1.2.5泵的功率和效率16
1.1.2.6泵的比转速17
1.1.2.7离心泵的性能换算18
1.1.2.8离心泵的型号与结构形式24
1.1.2.9离心泵选型的一般顺序126
1.1.2.10离心泵数据表127
1.1.2.11离心泵选择实例134
1.1.3旋涡泵136
1.1.3.1旋涡泵的工作136
1.1.3.2旋涡泵结构型式137
1.1.3.3旋涡泵参数选择137
1.1.3.4旋涡泵结构选择138
1.1.4混流泵140
1.1.4.1混流泵原理140
1.1.4.2PP系列化工混流泵140
1.1.5轴流泵143
1.1.5.1轴流泵的特点及主要结构143
1.1.5.2轴流泵主要参数的确定143
1.1.5.3轴流泵的特性曲线和调节方法144
1.1.5.4化工轴流泵的结构选择145
1.1.6部分流泵147
1.1.6.1部分流泵的基本原理和特点147
1.1.6.2部分流泵的选择计算147
1.1.7螺旋离心泵149
1.1.7.1螺旋离心泵结构149
1.1.7.2螺旋离心泵特点150
1.1.7.3螺旋离心泵性能参数150
1.1.8齿轮泵154
1.1.8.1齿轮泵的特点154
1.1.8.2齿轮泵主要性能参数确定155
1.1.8.3齿轮泵的选择156
1.1.8.4齿轮泵选型157
1.1.9转子泵162
1.1.9.1WZB型外环流转子式稠油泵162
1.1.9.2HLB型滑片式动力往复泵164
1.1.9.3HGBW型、HGB型滑片式管道泵168
1.1.9.4NYP系列内环式转子泵169
1.1.9.5WH型旋转(外环流)活塞泵171
1.1.10往复泵171
1.1.10.1往复泵的分类与结构171
1.1.10.2往复泵的工作173
1.1.10.3空气室的类型175
1.1.10.4往复泵类型选择176
1.1.11螺杆泵185
1.1.11.1螺杆泵的工作原理和特点185
1.1.11.2螺杆泵的参数185
1.1.11.3三螺杆泵的主要性能参数确定186
1.1.11.4螺杆泵的类型选择187
1.1.12射流泵198
1.1.12.1射流泵的组成与分类198
1.1.12.2射流泵的特点198
1.1.12.3射流泵的参数确定198
1.1.12.4射流泵的选择200
1.2风机201
1.2.1概述201
1.2.1.1风机分类及应用201
1.2.1.2风机主要性能参数202
1.2.1.3风机选择203
1.2.2离心式风机203
1.2.2.1离心式风机主要性能参数及性能曲线203
1.2.2.2离心式风机无量纲性能曲线及选择曲线204
1.2.2.3离心式风机构造与系列207
1.2.2.4离心式风机类型选择208
1.2.3罗茨式风机219
1.2.3.1罗茨式风机应用范围及特点219
1.2.3.2罗茨式风机工作原理和结构220
1.2.3.3罗茨式风机热力计算221
1.2.3.4罗茨式风机主要结构参数选取222
1.2.3.5罗茨式风机类型选择223
1.2.4轴流式风机223
1.2.4.1轴流式风机原理及性能特点223
1.2.4.2轴流式风机结构231
1.2.4.3轴流式风机类型选择232
1.2.5混流式风机与斜流式风机235
1.2.5.1混流式风机结构与原理235
1.2.5.2斜流式风机结构与应用235
1.2.5.3GXF(SJG)系列斜流式风机236
1.2.6喷射式风机239
1.3压缩机240
1.3.1概述240
1.3.1.1压缩机的类型及应用240
1.3.1.2各类压缩机的特点及比较240
1.3.2活塞式压缩机241
1.3.2.1分类241
1.3.2.2活塞式压缩机结构、参数及方案选择241
1.3.2.3热力计算243
1.3.2.4基础确定条件及其数据估算250
1.3.2.5气体管路与管道振动252
1.3.2.6冷却系统及冷却水量254
1.3.2.7气量调节、安全运转自控255
1.3.2.8活塞式压缩机噪声255
1.3.2.9润滑及无油润滑压缩机256
1.3.2.10常用活塞式压缩机型号编制和选择257
1.3.2.11常用气体压缩性系数图(图1-86~图1-95)269
1.3.3离心式压缩机272
1.3.3.1概述及主要结构272
1.3.3.2热力方案确定273
1.3.3.3操作性能275
1.3.3.4调节及防喘振控制276
1.3.3.5油路及密封系统277
1.3.3.6常用离心式压缩机技术参数279
1.3.4轴流式压缩机282
1.3.4.1轴流式压缩机原理及主要结构282
1.3.4.2轴流式压缩机选定283
1.3.4.3轴流式压缩机特性及调节284
1.3.5螺杆式压缩机286
1.3.5.1螺杆式压缩机的特点及结构286
1.3.5.2螺杆式压缩机主要参数选择287
1.3.5.3容积流量及内压力比的确定288
1.3.5.4螺杆式压缩机气量调节290
1.3.5.5螺杆式压缩机型号选择291
1.3.5.6螺杆式压缩机数据291
1.3.6压缩机噪声控制298
1.3.6.1压缩机噪声298
1.3.6.2噪声允许标准和控制措施298
参考文献301第2章非均相分离2.1概述302
2.1.1液固分离过程302
2.1.2气固分离过程303
2.2悬浮液性质及预处理技术304
2.2.1悬浮液性质304
2.2.1.1固体颗粒性质304
2.2.1.2液相基本性质306
2.2.1.3固液两相体系的基本性质306
2.2.2预处理技术307
2.2.2.1凝聚与絮凝307
2.2.2.2调节黏度310
2.2.2.3调节表面张力310
2.2.2.4超声波处理310
2.2.2.5冷冻和解冻310
2.2.3悬浮液增浓310
2.2.3.1重力沉降310
2.2.3.2旋液分离器314
2.3离心机316
2.3.1离心分离原理及分类316
2.3.1.1离心力场中离心分离过程的基本特性316
2.3.1.2离心分离过程分类及原理316
2.3.2离心机生产能力计算318
2.3.2.1离心沉降理论318
2.3.2.2过滤离心机生产能力计算320
2.3.2.3沉降离心机的生产能力计算321
2.3.2.4沉降离心机、分离机生产能力的模拟放大324
2.3.3离心机类型及适用范围325
2.3.3.1过滤离心机325
2.3.3.2沉降离心机333
2.3.3.3离心分离机335
2.3.4离心机功率计算及有关工艺参数的选定337
2.3.4.1启动转鼓件所需功率337
2.3.4.2转鼓内物料达到工作转速所消耗的功率337
2.3.4.3轴承摩擦消耗的功率338
2.3.4.4转鼓及物料表面与空气摩擦消耗的功率338
2.3.4.5卸出滤饼消耗的功率338
2.3.4.6机械密封摩擦消耗的功率340
2.3.4.7向心泵排液所消耗的功率340
2.3.4.8离心机、分离机的功率340
2.4过滤机341
2.4.1过滤分离原理341
2.4.1.1概述341
2.4.1.2不可压缩滤饼和可压缩滤饼341
2.4.2过滤基本方程及过滤机生产能力计算342
2.4.2.1过滤基本方程342
2.4.2.2不可压缩性滤饼的过滤343
2.4.2.3可压缩滤饼的过滤347
2.4.2.4过滤机生产能力计算348
2.4.2.5滤饼洗涤349
2.4.3过滤机类型和适用范围350
2.4.3.1重力过滤设备350
2.4.3.2加压过滤机351
2.4.3.3真空过滤机360
2.4.3.4压榨过滤机373
2.4.4过滤介质376
2.4.4.1过滤介质的分类376
2.4.4.2过滤介质的性能376
2.4.4.3常用织造滤布的主要性能和使用场合378
2.4.4.4金属过滤介质382
2.4.4.5过滤介质的选用384
2.4.5助滤剂384
2.4.5.1助滤剂的性能384
2.4.5.2助滤剂的选用385
2.5固液分离设备的选型386
2.5.1选型的依据387
2.5.1.1物料特性387
2.5.1.2分离任务与要求387
2.5.1.3各种类型分离机械的适应范围388
2.5.2初步选型390
2.5.2.1表格法选型390
2.5.2.2图表法选型390
2.5.3采用不同分离设备的互相匹配391
2.5.4选型试验392
2.5.4.1沉降试验393
2.5.4.2过滤试验393
2.5.4.3实验中取样品应注意的问题396
2.5.5小型试验机试验396
2.6气固过滤器396
2.6.1袋式过滤器的分类和性能397
2.6.1.1袋式过滤器分类397
2.6.1.2袋式过滤器的性能397
2.6.2袋式过滤器的滤料399
2.6.2.1滤料的特性指标399
2.6.2.2滤料的结构类型及特点400
2.6.2.3滤料的种类401
2.6.3袋式过滤器的清灰方式405
2.6.3.1机械振打清灰405
2.6.3.2反吹风清灰407
2.6.3.3脉冲喷吹清灰409
2.6.4袋式过滤器的结构型式411
2.6.4.1脉冲喷吹袋式过滤器411
2.6.4.2反吹风清灰袋式过滤器421
2.6.4.3扁袋过滤器422
2.6.4.4气环反吹袋式过滤器424
2.6.5袋式过滤器的选择设计426
2.6.5.1袋式过滤器选择设计步骤426
2.6.5.2袋式过滤系统设计中的几个问题428
2.6.6颗粒层过滤器429
2.6.6.1颗粒层过滤器的分类及特点429
2.6.6.2颗粒层过滤器的性能和主要影响因素429
2.6.6.3颗粒层过滤器的结构型式430
2.7旋风分离器433
2.7.1旋风分离器工作原理433
2.7.1.1旋风分离器内气体流动特点433
2.7.1.2旋风分离器内颗粒的运动与分离机理435
2.7.1.3影响旋风分离器性能的因素436
2.7.2石油化工常用旋风分离器设计438
2.7.2.1常用旋风分离器类型438
2.7.2.2PV型旋风分离器的优化设计方法440
2.7.2.3E-Ⅱ型旋风分离器的设计方法441
2.7.3多管式旋风分离器442
2.8洗涤分离过程444
2.8.1洗涤分离过程的基本原理与分类444
2.8.2文氏管洗涤器446
2.8.2.1文氏管洗涤器的类型446
2.8.2.2文氏管洗涤器的捕集效率447
2.8.2.3文氏管洗涤器的压降448
2.8.2.4文氏管洗涤器的设计448
2.8.3喷淋接触型洗涤器449
2.8.3.1喷淋塔449
2.8.3.2离心喷淋洗涤器450
2.8.3.3喷射洗涤器451
2.8.4其他型式洗涤器452
2.8.4.1动力波洗涤452
2.8.4.2冲击式洗涤器453
2.8.4.3湍球塔454
2.8.4.4强化型洗涤器455
2.8.5液沫分离器456
2.8.5.1惯性捕沫器456
2.8.5.2复挡除沫器457
2.8.5.3旋流板除沫器457
2.8.5.4纤维除雾器458
2.9静电除尘器458
2.9.1静电除尘器基本原理458
2.9.1.1气体的电离459
2.9.1.2气体导电过程459
2.9.1.3收尘空间尘粒的荷电460
2.9.1.4荷电尘粒的迁移和捕集460
2.9.1.5被捕集粉尘的清除462
2.9.2静电除尘器的工艺设计与主要参数的确定462
2.9.2.1粉尘特性的影响462
2.9.2.2烟气性质的影响465
2.9.2.3工艺系统设计467
2.9.2.4原始参数467
2.9.2.5主要参数的确定468
2.9.3静电除尘器类型及适用范围472
2.9.3.1静电除尘器类型472
2.9.3.2静电除尘器的适用范围473
2.9.3.3在石油化工生产中的应用474
参考文献477第3章搅拌与混合
3.1概论479
3.1.1搅拌釜的结构479
3.1.1.1釜体479
3.1.1.2搅拌器480
3.1.2搅拌釜的流场特性481
3.1.2.1流型481
3.1.2.2速度分布482
3.1.2.3湍流特性482
3.1.3搅拌效果的量度及其影响因素483
3.1.4搅拌与混合常用无量纲数群及其意义484
3.2搅拌桨的类型及其特性486
3.2.1中低黏度流体搅拌桨486
3.2.1.1径流型搅拌桨486
3.2.1.2轴流型搅拌桨488
3.2.2高黏度流体搅拌桨492
3.2.2.1锚式及框式桨492
3.2.2.2螺带式及螺杆式493
3.3低黏度互溶液体的混合496
3.3.1过程的特征及其基本原理496
3.3.2桨型的选择496
3.3.3设计计算497
3.3.4多层桨499
3.4高黏度液体的混合499
3.4.1高黏度液体的混合机理499
3.4.2高黏度搅拌桨的混合性能499
3.4.2.1混合性能指标499
3.4.2.2各种搅拌桨的混合性能500
3.4.3非牛顿流体的混合501
3.4.3.1非牛顿流体的分类501
3.4.3.2非牛顿流体性质对混合的影响503
3.4.4搅拌桨型式的选择503
3.4.5牛顿流体的搅拌功率503
3.4.5.1锚式搅拌桨的搅拌功率503
3.4.5.2螺带式搅拌桨的搅拌功率504
3.4.5.3多种型式高黏度搅拌桨的KP值504
3.4.6非牛顿流体的搅拌功率504
3.4.6.1宾汉塑性流体的搅拌功率510
3.4.6.2触变性流体的搅拌功率510
3.4.6.3黏弹性流体的混合及功率511
3.5固-液悬浮512
3.5.1过程特征及其基本原理512
3.5.1.1固体颗粒悬浮状态512
3.5.1.2固体颗粒的沉降速度513
3.5.1.3固-液悬浮机理514
3.5.2搅拌设备选择514
3.5.2.1搅拌器的型式514
3.5.2.2桨叶参数的确定515
3.5.2.3搅拌釜的结构515
3.5.3搅拌器的工艺设计515
3.5.3.1悬浮临界转速515
3.5.3.2工艺设计517
3.5.3.3固-液悬浮搅拌器设计实例518
3.5.4带导流筒的搅拌釜519
3.5.4.1流动特性519
3.5.4.2搅拌桨型式520
3.5.4.3导流筒直径与釜直径之比520
3.5.5固-液传质520
3.6气液分散521
3.6.1过程特征521
3.6.1.1通气式气液搅拌器及其釜体结构521
3.6.1.2自吸式气液搅拌器及釜体结构522
3.6.2气液搅拌釜的分散特性523
3.6.2.1搅拌釜内的气液流动状态523
3.6.2.2最大通气速度524
3.6.2.3气泡直径、气含率和比表面积524
3.6.3气液搅拌釜的传质特性526
3.6.4搅拌器型式的选择527
3.6.5通气时的功率计算527
3.6.5.1通气功率527
3.6.5.2不通气时的功率确定528
3.7液液分散531
3.7.1过程特征531
3.7.2液-液搅拌釜的分散特性533
3.7.3桨型选择与釜体结构534
3.7.4达到要求的分散程度所需的搅拌功率534
3.8气液固三相混合537
3.8.1过程特征537
3.8.2气液固三相搅拌釜的混合特性537
3.8.2.1功率特性537
3.8.2.2临界悬浮特性538
3.8.2.3气含率特性539
3.8.3气液固三相搅拌釜的传质特性539
3.8.3.1影响传质的因素539
3.8.3.2固相对传质的影响及机理540
3.8.4搅拌桨的选型541
3.9搅拌釜的传热541
3.9.1搅拌釜内壁传热膜系数h的计算542
3.9.1.1涡轮类搅拌桨、带挡板釜542
3.9.1.2涡轮类搅拌桨、无挡板釜542
3.9.1.3三叶推进式搅拌桨542
3.9.1.4六叶后弯式搅拌桨542
3.9.1.5MIG搅拌桨543
3.9.1.6螺带式搅拌桨543
3.9.1.7用单位质量功耗关联的湍流搅拌传热关联式544
3.9.2搅拌釜内盘管外侧传热膜系数hc的计算544
3.9.2.1涡轮搅拌桨,无挡板釜544
3.9.2.2涡轮搅拌桨,有挡板釜545
3.9.2.3三叶推进式搅拌桨545
3.9.2.4六叶后弯式搅拌桨盘管壁的传热膜系数h0c545
3.9.2.5双层盘管的传热545
3.9.3搅拌釜内垂直管外壁传热膜系数hc的计算545
3.9.4搅拌釜内垂直板式蛇管的传热膜系数hc的计算545
3.9.5计算实例545
3.10搅拌釜的CFD模拟546
3.10.1搅拌釜的CFD方法546
3.10.1.1控制方程的离散546
3.10.1.2旋转桨叶的处理547
3.10.2动量传递特性的CFD模拟547
3.10.2.1单相流场547
3.10.2.2多相流场550
3.10.3热量传递特性的CFD模拟552
3.10.4质量传递特性的CFD模拟552
3.10.4.1相内质量传递553
3.10.4.2相际质量传递553
3.10.5化学反应的CFD模拟554
3.11搅拌釜的放大555
3.11.1引言555
3.11.2几何相似放大时搅拌性能参数的变化关系555
3.11.3互溶液体混合过程的放大556
3.11.3.1几何相似放大556
3.11.3.2非几何相似放大557
3.11.4气液分散、液液分散过程的放大558
3.11.5固液悬浮过程的放大559
3.11.6搅拌釜放大的系统优化设计新方法560
3.11.7搅拌釜设计工艺数据表561
主要符号说明562
参考文献564
第4章制冷与深度冷冻
4.1蒸气压缩制冷570
4.1.1单级蒸气压缩制冷循环570
4.1.1.1单级压缩制冷机的组成和工作原理570
4.1.1.2温熵图和压焓图571
4.1.1.3理想制冷循环的热力计算572
4.1.1.4实际制冷循环573
4.1.1.5单级蒸气压缩制冷机的性能与工况577
4.1.2分级压缩制冷循环579
4.1.2.1一级节流、中间冷却的两级压缩循环579
4.1.2.2两级节流、中间冷却的两级压缩循环581
4.1.2.3两级压缩制冷循环的中间压力583
4.1.3复叠式制冷循环583
4.1.4混合制冷剂单级制冷循环585
4.1.5制冷压缩机的型式及其性能图表585
4.1.5.1活塞式制冷压缩机585
4.1.5.2螺杆式制冷压缩机594
4.1.5.3离心式制冷压缩机600
4.2吸收制冷603
4.2.1吸收制冷基本原理603
4.2.2氨水吸收式制冷机604
4.2.2.1氨水溶液的性质604
4.2.2.2单级氨水吸收式制冷机的基本工作循环过程及在h-ξ图上的表示605
4.2.2.3单级氨水吸收式制冷机的热力计算610
4.2.2.4两级氨水吸收式制冷机610
4.2.3溴化锂吸收式制冷机611
4.2.3.1溴化锂水溶液的性质611
4.2.3.2单效溴化锂吸收式制冷机的基本工作循环过程与h-ξ图615
4.2.3.3单效溴化锂吸收式制冷机的热力计算617
4.2.3.4双效溴化锂吸收式制冷机618
4.2.3.5溴化锂吸收式制冷机组的型式与选型619
4.2.3.6溴化锂吸收式制冷机的设计计算621
4.3深冷与气体液化625
4.3.1深冷的制冷原理626
4.3.1.1节流膨胀626
4.3.1.2作外功的等熵膨胀627
4.3.2气体液化的林德循环627
4.3.2.1一次节流的简单林德循环627
4.3.2.2具有氨预冷的林德循环629
4.3.2.3二次节流膨胀的林德循环630
4.3.3具有膨胀机的气体液化循环630
4.3.3.1克劳德循环630
4.3.3.2海兰德循环632
4.3.3.3卡皮查循环632
4.3.4气体液化和分离方法632
4.3.4.1空气深冷分离632
4.3.4.2天然气的液化与乙烯深冷分离634
4.4制冷剂637
4.4.1制冷剂的选用原则和种类637
4.4.1.1制冷剂的选用原则637
4.4.1.2制冷剂的种类和命名638
4.4.1.3关于CFC(CFCs)问题简述639
4.4.2制冷剂的热力学性质和热物理性质639
4.4.2.1制冷剂的热力学性质639
4.4.2.2制冷剂的热物理性质639
4.4.3常用制冷剂682
4.4.3.1氟利昂682
4.4.3.2碳氢化合物682
4.4.3.3无机化合物682
4.4.3.4混合制冷剂682
4.4.4制冷剂与制冷机操作和运行有关的特性683
4.4.4.1制冷剂的溶水性683
4.4.4.2制冷剂的溶油性683
4.4.4.3制冷剂的检漏683
4.4.5载冷剂684
参考文献689
第5章换热器
5.1换热器设计基础690
5.1.1换热器的应用与分类690
5.1.1.1换热器的作用690
5.1.1.2热源和冷源690
5.1.1.3换热器的分类690
5.1.1.4换热器的性能和选型695
5.1.1.5换热器的材料696
5.1.2换热器的基本计算公式697
5.1.2.1焓衡算与衡算697
5.1.2.2传热速率方程700
5.1.2.3总传热系数701
5.1.2.4单相流体的对流给热系数与流动摩擦因子701
5.1.2.5平均温度差711
5.1.2.6换热器的热分析721
5.1.3换热器工艺设计要点725
5.1.3.1工艺设计任务和设计条件725
5.1.3.2换热器工艺设计的内容和手段725
5.1.3.3换热器的设计变量与设计因素727
5.1.4结垢与污垢热阻728
5.1.4.1概述728
5.1.4.2冷却用水的污垢热阻及其控制729
5.1.4.3其他流体污垢热阻的参考值731
5.1.4.4防治和控制污垢的设计措施733
5.1.5换热器总传热系数经验值734
5.1.6传热过程的增强措施738
5.1.6.1强化传热的目标738
5.1.6.2强化传热的原则739
5.1.6.3强化传热的简化评价指标739
5.1.6.4管内传热强化的常用技术740
5.2管壳式换热器的设计与选型745
5.2.1概述745
5.2.1.1管壳式换热器的分类746
5.2.1.2部件结构752
5.2.1.3管壳式换热器标准系列及型号763
5.2.2管壳式换热器计算步骤770
5.2.2.1设计型计算770
5.2.2.2操作型计算771
5.2.3无相变管壳式换热器的设计771
5.2.3.1管壳式换热器有关设计因素的选择771
5.2.3.2管程给热系数与压降777
5.2.3.3壳程给热系数和压降779
5.2.3.4管壳式换热器平均温度差的计算794
5.2.4计算示例804
5.2.5折流杆换热器812
5.2.5.1折流杆换热器的基本元件812
5.2.5.2折流杆换热器设计估算812
5.2.5.3核算公式817
5.3再沸器821
5.3.1概述821
5.3.1.1再沸器的用途与分类821
5.3.1.2沸腾传热的基本关系式823
5.3.1.3再沸器型式的选用828
5.3.1.4再沸器的设计829
5.3.1.5热虹吸式再沸器的操作稳定性830
5.3.2釜式再沸器的计算831
5.3.2.1基本关系式831
5.3.2.2设计步骤833
5.3.2.3计算示例835
5.3.3立式热虹吸再沸器837
5.3.3.1概述837
5.3.3.2设计步骤及方法838
5.3.3.3计算示例842
5.3.4卧式热虹吸再沸器856
5.3.4.1对流沸腾给热系数αco857
5.3.4.2管束间两相流压降Δptp与空隙率计算857
5.3.4.3错流时的临界热流密度858
5.4冷凝器858
5.4.1概述858
5.4.1.1蒸气的冷凝过程859
5.4.1.2冷凝器的结构特征与选型861
5.4.1.3冷凝传热基本关系式864
5.4.2单组分饱和蒸气冷凝器的计算871
5.4.3过热蒸气冷凝及冷凝冷却器874
5.4.4多组分蒸气冷凝878
5.4.4.1概述878
5.4.4.2多组分冷凝的计算内容(组分间互溶)879
5.4.4.3多组分冷凝计算示例883
5.4.4.4凝液分层时的冷凝给热系数892
5.4.5含不凝性气的冷凝892
5.4.5.1概述892
5.4.5.2几种计算方法893
5.4.5.3计算示例895
5.5空气冷却器903
5.5.1概述903
5.5.1.1空冷器的特点及应用903
5.5.1.2空冷器的结构与型式904
5.5.1.3翅片管和管束906
5.5.1.4空冷器型号的表示方法及系列标准913
5.5.2空冷器传热计算917
5.5.2.1总传热系数和传热热阻917
5.5.2.2管外空气侧传热和压降计算923
5.5.2.3空冷器有效平均温度差927
5.5.3空冷器的设计929
5.5.3.1设计条件与基本参数929
5.5.3.2设计步骤与示例937
5.5.4湿式空冷器的计算要点942
5.5.4.1湿式空冷器的使用942
5.5.4.2湿式空冷器的喷水措施943
5.5.4.3湿式空冷器的有关计算关系944
5.6其他管式换热器945
5.6.1套管式换热器945
5.6.1.1概述945
5.6.1.2套管换热器的传热与压降计算948
5.6.1.3套管换热器计算示例953
5.6.2沉浸式蛇管换热器957
5.6.2.1概述957
5.6.2.2蛇管换热器的传热与压降计算959
5.6.2.3计算示例960
5.6.3喷淋式冷却器962
5.6.3.1概述962
5.6.3.2淋洒式冷却器的计算963
5.6.3.3计算示例964
5.6.4热管及热管换热器969
5.6.4.1热管的基本结构与工作原理969
5.6.4.2热管的工作特性974
5.6.4.3热管的传热计算979
5.6.4.4热管换热器983
5.7板式及紧凑式换热器987
5.7.1概述987
5.7.2螺旋板换热器987
5.7.2.1分类和基本结构尺寸988
5.7.2.2螺旋板换热器的工艺计算999
5.7.2.3螺旋板换热器的简捷法计算1005
5.7.3板框式换热器1011
5.7.3.1结构及性能1011
5.7.3.2平均温差与换热性能1019
5.7.3.3板式换热器的传热系数与流动阻力1025
5.7.3.4流程数与流道数的确定1032
5.7.3.5污垢系数1034
5.7.4板翅式换热器1034
5.7.4.1结构与性能1034
5.7.4.2板翅式换热器流道的传热与流动特性1037
5.7.4.3板翅式换热器的传热与流体力学计算1046
5.7.4.4计算示例1054
5.7.4.5扩散联结式与印刷电路式板翅式换热器1064
5.7.5伞板式换热器1065
5.7.5.1结构与性能1065
5.7.5.2传热与阻力计算1067
5.7.6板壳式换热器1068
5.7.6.1结构与性能1068
5.7.6.2基本参数与有关设计计算1070
5.7.7管翅式换热器1071
5.7.7.1结构与性能1071
5.7.7.2管翅式换热器设计计算中的几个问题1074
5.8特殊材料换热器1082
5.8.1石墨换热器1083
5.8.1.1不透性石墨的性能与应用1083
5.8.1.2石墨换热器的结构型式1083
5.8.1.3石墨换热器的传热与流体阻力1098
5.8.2氟塑料换热器1101
5.8.2.1特性及用途1101
5.8.2.2氟塑料换热器的结构型式1102
5.8.2.3氟塑料换热器的传热与压降1103
5.8.3玻璃换热器1105
5.8.3.1玻璃换热器的特性及用途1105
5.8.3.2玻璃换热器的结构型式及传热特性1105
5.8.4贵重合金及稀有金属换热器1106
参考文献1111
第6章蒸发
6.1概述1113
6.2蒸发装置的类型与所需能耗1113
6.2.1单效蒸发1114
6.2.1.1单效真空蒸发1114
6.2.1.2连续蒸发1115
6.2.1.3传热面积1115
6.2.1.4有效传热温差和传热温差损失1115
6.2.1.5分批蒸发1119
6.2.2多效蒸发1119
6.2.2.1顺流(并流)流程1120
6.2.2.2逆流流程1121
6.2.2.3其他流程1121
6.2.2.4多效蒸发的数学描述1122
6.2.2.5多效蒸发的计算方法1123
6.2.2.6多效蒸发系统的计算机程序介绍1127
6.2.2.7蒸发的商用设计软件简介1127
6.2.3热泵蒸发1128
6.2.3.1蒸汽喷射泵(热力喷射泵)1129
6.2.3.2机械压缩式热泵1132
6.2.4减压闪蒸1136
6.2.4.1多级闪蒸器1136
6.2.5蒸发系统的热能利用1139
6.2.6蒸发系统的优化1140
6.3蒸发器的类型与选择1141
6.3.1夹套釜式蒸发器1142
6.3.2立式短管蒸发器1142
6.3.2.1中央循环管蒸发器1142
6.3.2.2悬筐蒸发器1143
6.3.2.3带搅拌的中央循环管蒸发器1143
6.3.3立式长管蒸发器1143
6.3.3.1长管自然循环蒸发器1143
6.3.3.2升膜蒸发器1144
6.3.3.3降膜蒸发器1144
6.3.3.4立式长管蒸发器的应用1147
6.3.4强制循环蒸发器1148
6.3.5板式蒸发器1149
6.3.5.1板式升膜蒸发器1149
6.3.5.2板式降膜蒸发器1150
6.3.5.3螺旋板蒸发器1150
6.3.6刮膜蒸发器1150
6.3.7直接加热蒸发器1151
6.3.8蒸发器的选型1152
6.3.8.1选型考虑的因素1152
6.3.8.2有关选型的说明1152
6.3.8.3蒸发设备选型1153
6.4蒸发器的设计1153
6.4.1加热装置1154
6.4.1.1加热器的传热系数1154
6.4.1.2料液侧的传热膜系数1155
6.4.2蒸发器的加料1158
6.4.3气液分离1158
6.4.4存液容积1160
6.4.5含盐悬浮液的排出1161
6.4.6不凝气的排除1161
6.4.7蒸汽进口与凝液出口1161
6.5蒸发系统及其操作特点1163
6.5.1蒸发系统的组成1163
6.5.2直接冷凝器1164
6.5.3压缩机与真空泵的选择1164
6.5.3.1蒸汽压缩机的选择1164
6.5.3.2真空泵的选择1166
6.5.4蒸发系统操作中的问题1168
参考文献1170
第7章工业结晶过程与设备设计
7.1概述1173
7.2结晶系统性质1174
7.2.1晶体的粒度分布1174
7.2.2粒子的极限沉降速度1175
7.2.3溶解度1176
7.2.3.1溶液的过饱和,超溶解度曲线及介稳区1176
7.3溶液结晶过程与设备1177
7.3.1结晶机理与动力学1177
7.3.2结晶成长1179
7.3.3结晶成核与成长的内在联系1182
7.3.4结晶过程与装置1182
7.3.4.1冷却结晶器1182
7.3.4.2蒸发结晶器1183
7.3.4.3真空绝热冷却结晶器1183
7.3.4.4连续操作的结晶器1184
7.3.4.5多级结晶过程1186
7.3.5溶液结晶过程的模型化及系统分析1186
7.3.5.1总体模型与稳态行为分析1186
7.3.5.2非稳态行为分析1191
7.3.6结晶过程计算与结晶器设计1193
7.3.6.1收率1193
7.3.6.2冷却结晶分离过程1194
7.3.6.3结晶器设计1196
7.3.7结晶器操作与控制1210
7.3.7.1结晶器操作1210
7.3.7.2 连续结晶过程的控制1211
7.3.7.3间歇结晶过程控制与最佳操作时间表1212
7.4熔融结晶1213
7.4.1熔融结晶的操作模式与宏观动力学分析1213
7.4.1.1基本操作模式1213
7.4.1.2熔融结晶宏观动力学分析1214
7.4.2相图特征1215
7.4.2.1二组分系统1215
7.4.2.2分配系数1216
7.4.3逐步冻凝过程及设备1217
7.4.3.1逐步冻凝组分分离1217
7.4.3.2结晶设备1218
7.4.4塔式结晶装置1222
7.4.4.1中央加料塔式结晶器1222
7.4.4.2末端加料塔式结晶器1226
7.4.4.3组合塔式结晶器1227
7.4.4.4塔式结晶分离与其他分离方法的比较1228
7.4.5区域熔炼1229
7.4.5.1区域熔炼的过程分析1229
7.4.5.2主要变量1230
7.4.5.3应用1230
7.5升华(升华结晶)1230
7.5.1升华分离相图与限度1230
7.5.1.1相图特征1230
7.5.1.2分离纯度的约束1232
7.5.2升华过程及速率分析1232
7.5.3设备及设计方程1233
7.5.3.1设备1233
7.5.3.2设计方程1233
7.6沉淀(结晶)1234
7.6.1沉淀的形成1234
7.6.2分配系数1235
7.6.3沉淀技术与设备1236
7.6.3.1反应沉淀(结晶)1236
7.6.3.2盐析(结晶)1236
7.6.3.3沉淀设备1236
7.6.3.4设计中流体力学条件(悬浮临界转速)1237
7.7其他结晶方法与设备1237
7.8现代工业结晶研究进展及前沿技术1239
7.8.1计算模拟技术1239
参考文献1247
第8章蒸馏
8.1概述1249
8.1.1蒸馏过程简介1249
8.1.1.1蒸馏的特征1249
8.1.1.2应用范围1249
8.1.1.3操作压力与温度1249
8.1.1.4平衡级的概念1250
8.1.1.5蒸馏过程的设计1250
8.1.2蒸馏过程分类1250
8.1.2.1一次平衡过程1250
8.1.2.2多次平衡过程——典型的二组分精馏1252
8.1.2.3多组分精馏1253
8.1.2.4间歇精馏1254
8.1.2.5蒸馏的节能流程1254
8.1.2.6特殊精馏1255
8.2气液平衡1257
8.2.1气液平衡关系1257
8.2.1.1气液平衡时过程变量间的关系1257
8.2.1.2气液平衡关系的表示方式1257
8.2.1.3气液平衡热力学的基本关系式1262
8.2.2气液平衡关系的计算1263
8.2.2.1理想低压体系的气液平衡计算1263
8.2.2.2一般中低压体系的气液平衡计算1264
8.2.2.3高压体系的气液平衡计算1266
8.3蒸馏过程计算的自由度分析1267
8.3.1自由度和设计变量1267
8.3.1.1过程变量1267
8.3.1.2约束关系式1267
8.3.1.3设计变量1268
8.3.2操作元素的自由度分析1268
8.3.2.1单股均相流1268
8.3.2.2分流器1268
8.3.2.3简单平衡级(理论板)1269
8.3.3操作单元的自由度分析1270
8.3.3.1简单级联1270
8.3.3.2简单精馏塔1270
8.3.3.3其他单元和复合过程1271
8.4简单平衡蒸馏的计算1272
8.4.1泡点和露点状态的计算1272
8.4.1.1泡点温度的计算1272
8.4.1.2露点温度的计算1273
8.4.2平衡气化和平衡冷凝过程的计算1273
8.4.3绝热闪蒸过程计算1274
8.4.4复杂混合物平衡蒸馏的计算1274
8.4.5简单蒸馏的计算1274
8.5二组分精馏计算1275
8.5.1基本概念1275
8.5.2不计焓衡算的二组元精馏计算1277
8.5.2.1恒摩尔流假设1277
8.5.2.2逐级计算原理1278
8.5.2.3Mc Cabe-Thiele图解法1278
8.5.2.4进料状态的影响1279
8.5.2.5进料板位置1279
8.5.2.6回流比的选择1280
8.5.2.7分离要求高时的图解算法1282
8.5.2.8各种复杂型式的精馏塔1282
8.5.2.9板效率与实际塔板1284
8.5.3考虑焓衡算的二组元精馏计算1285
8.5.3.1焓-浓图1285
8.5.3.2精馏段的操作线方程1285
8.5.3.3提馏段操作线方程1286
8.5.3.4全塔衡算1286
8.5.3.5改进的Mc Cabe-Thiele法1287
8.6多组分蒸馏的计算1287
8.6.1多组分精馏的简化算法1287
8.6.1.1Smilth-Brenkley(SB)法1287
8.6.1.2Fenske-Underwood-Gilliand(FUG)法1290
8.6.2多组分精馏的严格算法1294
8.6.2.1逐板计算法1295
8.6.2.2三对角矩阵法1306
8.7萃取蒸馏1310
8.7.1萃取蒸馏过程及特征1310
8.7.2溶剂的选择1310
8.7.2.1溶剂的选择性1311
8.7.2.2对溶剂的其他要求1313
8.7.3萃取精馏塔的计算1313
8.7.3.1溶剂组成的计算1313
8.7.3.2简化的M-T图解法1315
8.7.3.3简化法1315
8.7.3.4简化的逐板计算法1316
8.8恒沸精馏1321
8.8.1概述1321
8.8.1.1过程简述1321
8.8.1.2恒沸现象1321
8.8.1.3恒沸物的分类1324
8.8.1.4恒沸数据的预测1324
8.8.2恒沸剂的选择1324
8.8.3恒沸精馏的基本流程1325
8.8.4恒沸精馏塔的计算1327
8.8.4.1恒沸剂用量的确定1327
8.8.4.2恒沸剂的加入位置1327
8.8.4.3恒沸精馏塔的计算1328
8.8.5恒沸精馏与萃取精馏的比较1331
8.9石油和复杂混合物的蒸馏1331
8.9.1概述1331
8.9.1.1石油的基本特征1331
8.9.1.2石油馏分1332
8.9.1.3石油和石油馏分的性质1332
8.9.2石油及石油馏分的气-液平衡1333
8.9.2.1石油及其馏分的蒸馏曲线1333
8.9.2.2假组分与假多组分系法1335
8.9.3石油蒸馏1336
8.9.3.1石油蒸馏的基本流程1336
8.9.3.2石油精馏塔的工艺计算1338
8.10间歇精馏1339
8.10.1概述1339
8.10.1.1过程简述1339
8.10.1.2过程特点1339
8.10.1.3间歇精馏的其他类型1340
8.10.2间歇精馏的操作方法1340
8.10.3间歇精馏的计算1340
8.10.3.1回流比恒定的间歇精馏的计算1340
8.10.3.2馏出液组成恒定的间歇精馏的计算1342
8.10.3.3考虑持液的严格算法1344
8.11蒸馏过程的传质1344
8.11.1概述1344
8.11.2板效率的概念1345
8.11.2.1板效率1345
8.11.2.2点效率1346
8.11.2.3全塔效率1346
8.11.3板效率的求取1346
8.11.3.1实际装置的数据1346
8.11.3.2经验关联式1347
8.11.3.3AIChE法[76]1348
8.11.4填料塔的等板高度1351
8.12蒸馏过程的节能1353
8.12.1蒸馏过程的热力学分析1353
8.12.1.1蒸馏过程所需功1353
8.12.1.2蒸馏过程的净功耗1353
8.12.2蒸馏过程节能的基本方法1354
8.12.2.1产物有效能的利用1354
8.12.2.2降低过程的不可逆性1355
8.12.2.3多组分混合物精馏流程的优化1357
8.13蒸馏过程的计算机计算——化工流程模拟常用软件介绍1358
8.13.1PRO/Ⅱ1358
8.13.1.1结构方面1358
8.13.1.2内装数据库1358
8.13.1.3热力学方法1359
8.13.1.4单元操作模块1359
8.13.1.5算法1359
8.13.1.6其他配套软件1360
8.13.1.7输入方式1361
8.13.2ASPEN1361
8.13.2.1内装数据库1361
8.13.2.2热力学方法1361
8.13.2.3单元操作模块1362
8.13.3HYSYS1362
8.13.4Chem CAD Ⅲ1362
8.13.5精馏塔计算示例1363
主要符号说明1364
参考文献1365

序言
《石油化工设计手册》第一版出版以来深受读者欢迎,对提高石化工程设计水平,产生了积极的影响。十年来,石化工程建设在装置大型化和清洁化上有了长足的进步,工程装备技术水平有了重要的进展,设计手段、方法和理念也得到了提高和提升。为适应这些变化,我们组织有关专家学者对手册进行了修编工作。
设计质量是衡量石油化工装置建设质量的一个重要因素。好的设计工具书、手册可以指导和规范设计工作,对推动石油化工技术进步和提高设计质量水平具有重要意义。
手册第一版出版后,我们收到一些读者的意见,他们坦诚地指出了书中的个别错误,也期待着在再版时能够得到修正,并进一步提高图书的内容质量。正是读者的热爱,激励着我们认真地进行再版的修编工作。
修订版的修订原则是:保持特点、充实风容,尊重原著、继承风格,在实用性、可靠性、权威性、先进性方面再下功夫,反映时代特点和要求;内容要简明扼要,一目了然,突出手册特点,提高手册的水平。手册的定位则以石油化工工艺设计人员所需的设计方法和设计资料为主要内容。
手册仍分四卷:第一卷——石油化工基础数据;第二卷——标准规范;第三卷——化工单元过程;第四卷——工艺和系统设计。
感谢参与本手册第一版编写工作的各位专家,他们有着一丝不苟、认真负责和谦虚谨慎、艰辛耕耘的精神,本次修订是在他们已获得成功的成果之上,进行再次开发。
本次手册的修订出版,得到了中国石化工程建设有限公司的全力支持。中国石化工程建设有限公司是世界知名的工程公司,近年来承担了大量的石化工厂、炼油厂、煤化工工厂的工程设计,有一大批国内知名的设计专家。参加修订工作的编者很多来自中国石化工程建设有限公司,他们经验丰富,手册内容也基本反映了编者的实践经验和与国际接轨的做法。此外,清华大学、天津大学、中国石油大学、北京化工大学、浙江大学、上海理工大学、大连理工大学、北京工商大学、河北工业大学、上海化工研究院、大连化学物理研究所、四川天一科技股份有限公司的相关专家教授在修订工作中也付出了辛勤劳动,在此一表表示感谢。
衷心希望这套手册能够成为工程设计人员实用的工具书,对提高石化工业的设计水平有所裨益。
由于编写经验不足,书中疏漏和不妥之处,敬请专家和读者不吝指正。

王子宗
2015年4月

第1版前言
石油化学工业是能源和原材料工业的重要组成部分,在国民经济中具有举足轻重的地位和作用。2000年我国原油加工能力2.737亿吨/年,加工原油2.106亿吨,居世界第三位;乙烯生产能力446.32万吨/年,产量470.00万吨,列世界第七位。我国的石化工业已形成完整的工业体系,具有比较雄厚的实力。在石化工业发展的过程中,石化战线的设计工作者进行了大量的设计实践,积累了丰富的经验,提高了设计技术水平,亟需进行归纳整理,使其系统化、逻辑化、规范化,提供给广大设计工作者及有关工程技术人员应用。为此,化学工业出版社组织有关专家编写了《石油化工设计手册》。
这套手册已列为“十五”国家重点图书。手册共分四卷,约900余万字。自1997年开始组织,先后有100余人参加编写,这些作者都是具有扎实的理论功底和丰富实践经验的专家、教授。他们在编写工作的前期,仔细研究了国内外石油化工设计工作的现状,明确了指导思想,制定了编写大纲,此后多次征求有关方面的意见,并反复进行补充修改。在编写过程中,始终坚持理论联系实际、实事求是、突出实用等原则,对标准、规范、图表、公式和数据资料进行精心筛选,慎重取材。形成文稿后,又对稿件进行多次审查,重点章节经反复讨论、推敲,最后交执笔专家修定。各位专家一丝不苟、认真负责和谦虚谨慎、艰辛耕耘的精神令人钦佩。相信这套手册的出版不仅为石化广大工程技术人员提供一套重要的工具书,而且会对我国石化工业的发展有所裨益。
由于在国内第一次出版石油化工专业的设计手册,经验不足,书中疏漏和不妥之处,敬请专家和读者不吝指正。

袁睛棠 张旭之
2001年10月

文摘
插图:











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