化工原理课程设计.pdf

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书籍描述

内容简介
本书为高等院校化工原理课程设计教材,全书共分七章,内容包括:化工原理课程设计基础、搅拌装置、换热装置、蒸发装置、塔设备、液液萃取装置、干燥装置的工艺设计。为强调化学工程项目设计的实用性和可操作性,本书选编了12个不同类型的化工装置设计示例,借此引导学生快速掌握化工装置的设计技巧与方法。
本书可作为化工、石油、材料、制药、生物、食品、环境等相关专业的教材,以及完成毕业设计的参考书,亦可供化工领域设计、生产与管理部门工程技术人员参考。

编辑推荐
①对每一大类设备的介绍系统、完整,为设备选型提供了丰富的素材。
②除了阐述主体设备的工艺设计原理和设计步骤外,详细说明了辅助设备的结构设计和选型,有助于于与机械设计接轨。
③每一单元设备都有较为完整的设备工艺设计示例,这些示例经典、完整、规范,适应少学时宽口径教学和学生自学。
④每一单元都附有若干课程设计任务书,为教学与自学提供了极大的方便。

作者简介
付家新,长江大学化学与环境工程学院,高级工程师,在企业工作16年,主持和参与技术改造和技术革新6项,开发化工产品4个。参与国家863项目。主讲化工原理、化工原理课程设计、化工原理实验、化工设计等课程,教学与工程实践经验丰富。

目录
第1 章 化工原理课程设计基础 1
1.1 化工设计与化工原理课程设计概述 1
1.1.1 化工设计的分类与化工设计的内容 1
1.1.2 化工工艺设计的主要内容 2
1.1.3 化工原理课程设计的基本要求及基本内容 2
1.2 化工生产工艺流程设计 3
1.2.1 工艺流程图中常见的图形符号 4
1.2.2 工艺流程设计 16
1.3 主体设备设计工艺条件图 22
1.4 混合物物性数据的估算 22
1.4.1 混合物的平均摩尔质量 22
1.4.2 混合物的密度 23
1.4.3 混合物的黏度 23
1.4.4 混合物的热导率 24
1.4.5 混合物的比热容 24
1.4.6 混合物的汽化潜热 25
1.4.7 混合液的表面张力 25
1.5 化工设计中的常用软件 27
第2 章 搅拌装置的工艺设计 29
2.1 概述 29
2.1.1 机械搅拌设备的基本结构 29
2.1.2 搅拌器的类型与选择 30
2.1.3 搅拌器安装形式与流型 33
2.2 搅拌装置工艺设计 34
2.2.1 搅拌功率工艺设计计算 34
2.2.2 搅拌器工程放大 39
2.2.3 搅拌器中的传热 40
2.2.4 搅拌器主要附件 43
2.3 搅拌装置工艺设计示例 46
第3 章 换热装置的工艺设计 53
3.1 概述 53
3.2 管壳式换热器的工艺设计 55
3.2.1 确定设计方案 56
3.2.2 管壳式换热器的结构 60
3.2.3 管壳式换热器的工艺设计计算 68
3.2.4 管壳式换热器工艺设计示例 75
3.3 再沸器的工艺设计 89
3.3.1 再沸器的类型 89
3.3.2 再沸器型式的选择 90
3.3.3 立式热虹吸再沸器的工艺设计 91
3.3.4 立式热虹吸再沸器工艺设计示例 98
3.4 换热器设计任务四则 104
第4 章 蒸发装置的工艺设计 109
4.1 概述 109
4.1.1 蒸发装置的结构特点 110
4.1.2 蒸发装置的选型原则 113
4.1.3 蒸发操作压力的选择 114
4.1.4 多效蒸发的效数与流程 114
4.2 多效蒸发过程的工艺计算 116
4.2.1 各效蒸发量和完成液组成的估算 117
4.2.2 各效溶液沸点及有效总温度差的估算 117
4.2.3 加热蒸汽消耗量及各效蒸发水量的初步估算 119
4.2.4 传热系数K 的确定 119
4.2.5 蒸发器传热面积和有效温差在各效中的分配 120
4.3 蒸发器主要工艺结构尺寸的设计计算 121
4.3.1 加热管的选择和管数的初步估计 121
4.3.2 循环管的选择 122
4.3.3 加热室直径及加热管数目的确定 122
4.3.4 分离室直径和高度的确定 122
4.3.5 接管尺寸的确定 123
4.4 蒸发装置的辅助设备 124
4.4.1 气液分离器 124
4.4.2 蒸汽冷凝器 125
4.5 蒸发装置工艺设计示例 128
4.6 蒸发装置设计任务两则 136
第5 章 塔设备的工艺设计 138
5.1 概述 138
5.2 板式塔的工艺设计 141
5.2.1 设计方案的确定 141
5.2.2 塔板型式的选择 143
5.2.3 塔内件工艺结构尺寸的设计计算 146
5.2.4 塔板上的流体力学计算和校核 160
5.2.5 气液负荷性能图 166
5.2.6 塔体工艺结构尺寸的设计计算 167
5.2.7 塔附件的工艺设计 172
5.2.8 辅助设备的工艺设计 178
5.2.9 筛板塔精馏工艺设计示例 179
5.2.10 浮阀塔精馏工艺设计示例 191
5.3 填料塔的工艺设计 202
5.3.1 设计方案的确定 202
5.3.2 填料型式的选择 202
5.3.3 填料塔的塔内件 207
5.3.4 填料塔的塔附件 217
5.3.5 填料塔塔体工艺结构计算 218
5.3.6 填料塔流体力学性能的校核 223
5.3.7 填料吸收塔工艺设计示例 227
5.4 BTX精馏分离过程的Aspen模拟示例 246
5.5 塔设备工艺设计任务十则 262
5.5.1 板式塔设计任务六则 262
5.5.2 填料塔设计任务四则 266
第6 章 液-液萃取装置的工艺设计 270
6.1 概述 270
6.1.1 萃取剂的选择 271
6.1.2 萃取操作参数的选择 272
6.1.3 萃取流程的选择 272
6.1.4 萃取设备的选择 273
6.2 转盘萃取塔的工艺设计 275
6.2.1 转盘萃取塔的基本结构 275
6.2.2 转盘塔内的流体流动 276
6.2.3 转盘塔的主要结构参数 276
6.2.4 转盘塔的流体力学特征与塔径的计算 277
6.2.5 传质和塔高的计算 280
6.2.6 转盘塔的工艺设计步骤 289
6.3 转盘塔的结构设计 290
6.3.1 塔体 290
6.3.2 内件 290
6.3.3 附件 294
6.3.4 传动装置 294
6.4 转盘塔工艺设计示例 295
6.5 转盘萃取塔设计任务一则 300
第7 章 干燥装置的工艺设计 302
7.1 概述 302
7.2 喷雾干燥器的工艺设计 305
7.2.1 喷雾干燥的原理和特点 305
7.2.2 喷雾干燥方案的确定 306
7.2.3 喷雾干燥过程的工艺计算 313
7.2.4 喷雾干燥塔工艺结构尺寸的设计计算 315
7.2.5 附属设备的设计和选型 325
7.2.6 喷雾干燥塔的设计计算示例 331
7.3 流化床干燥器的设计 340
7.3.1 流态化干燥的特征 340
7.3.2 流化床干燥器的类型 340
7.3.3 多层流化床干燥过程的数学描述 344
7.3.4 流化床干燥器的设计计算 350
7.3.5 多层流化床干燥器的设计示例 355
7.4 干燥装置设计任务两则 364
附录 366
附录1 输送流体用无缝钢管规格 366
附录2 泵与风机的性能参数 367
附录3 换热器系列标准 371
附录4 管法兰 374
附录5 椭圆形封头 380
参考文献 386

序言
前言
化工原理课程设计是化工原理课程实践性教学环节之一,是培养学生综合运用化工原理及有关先修课程的基本知识解决某一设计任务的一次设计性训练。通过课程设计训练使学生掌握化工设计的基本程序和基本方法,并在查阅资料、选用公式、合理选定设计参数、用简洁文字和图表表达设计结果以及工程制图能力等方面得到一次基本的训练,帮助学生树立正确的设计思想和工程观点,并在这种设计思想的指导下分析和解决工程实际问题。
化工原理课程设计的对象是化工单元操作设备的工艺设计,是化工工艺设计的主体和重要组成部分。本书第二版延续第一版的风格,增加了换热器3D总装图设计和BTX精馏分离过程的Aspen模拟,充分体现软件在化工设计中的重要作用。对部分内容作了适当删减,尤其是第一版附录中一些过时的或在已有教材中很容易查到的内容全部删去。除此之外还对部分例题进行了更为详细的设计计算。为了引导学生自学与总结,在每章开头增加了【本章导读指引】、每章结尾增加了【本章具体要求】。
本书第二版中装置设计示例依然为12个,但略有调整,分别为:(1)釜式搅拌冷却器(夹套与蛇管同时冷却);(2)非标管式换热器(设计);(3)标准式管式换热器(选型);(4)立式热虹吸再沸器;(5)循环型蒸发器;(6)筛板塔;(7)浮阀塔;(8)填料塔;(9)BTX精馏分离模拟;(10)转盘萃取塔;(11)喷雾干燥塔;(12)流化床干燥器。通过这些典型实例,为学生顺利完成化工原理课程设计提供范本。
本书可作为高等院校化工、石油、材料、制药、生物、食品、环境等专业化工原理课程设计或化工单元过程与设备课程设计教材,亦可供化工领域设计、生产与管理部门工程技术人员参考。
由于编者经验不足,水平有限,书中疏漏之处在所难免,恳请读者批评指正,在此深表谢意。

编者
2016年4月


第一版前言
本书根据全国化学工程与工艺专业规范化要求,充分考虑社会经济发展对化工人才培养质量的期盼,结合编者在化工企业多年的工作经验及在高校多年从事化工原理课程教学的体会,同时参考同类化工原理课程设计教材编写而成。在编写过程中,充分吸纳了已有教材的优点,突出工程实用性,力求理论与实践相结合。
化工单元操作种类繁多,对应的设备形式更是千变万化。本书不求包罗万象,但力求反映较宽领域内典型装置的工艺设计计算方法,并辅之以丰富而系统的化工装备工艺设计示例,以期读者能够全面了解设计过程中的具体细节,并充分享受设计过程中的乐趣和快感。本书选编了六类典型化工单元操作设备的工艺设计原理和工艺计算方法,充分阐述了与之配套的辅助设备的设计和选型,同时对主体设备的结构设计也进行了强化,将历年来两个原本相互依存而却彼此相互独立的化工原理课程设计与化工机械基础课程设计结合起来,使之形成一个有机的整体。这六类单元操作设备分别是:搅拌装置(夹套式和蛇管式釜式搅拌反应器)、换热装置(列管式换热器、板式换热器和热虹吸式再沸器)、蒸发装置(循环型和单程型蒸发器)、塔设备(板式塔和填料塔)、萃取装置(转盘萃取塔)、干燥装置(喷雾干燥器和流化床干燥器)。
本书精编较为完整的装置设计示例12个,过程详细,图表丰富,公式繁多,便于自学,且每章附有设计任务若干,可作为化学化工类本科化工原理课程设计或化工单元过程与设备课程设计教材,亦可供化学工程设计人员以及化工生产管理技术人员参考。
本书由长江大学付家新负责组织实施,长江大学、武汉工程大学、上海工程技术大学共同编写完成。参加本书编写的有长江大学付家新、吴洪特、秦少雄、王任芳、李赓、石东坡、侯明波,武汉工程大学王为国,上海工程技术大学肖稳发等,全书承蒙武汉工程大学王存文教授主审,提出了许多修改意见。在本书的编写过程中,得到了长江大学化学工程与工艺省级品牌专业建设团队和化学与环境工程学院相关部门的领导和同事以及梅平教授、尹先清教授的大力支持与帮助,研究生李萍萍对设计示例计算结果做了大量的复核工作,在此一并表示感谢。同时还要对本书所列参考文献的作者表示诚挚的谢意。
由于编者经验不足,水平有限,书中疏漏之处在所难免,恳请读者和同行批评指正。

编者
2010年6月

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