化工原理实验设计.docx
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化工原理实验设计
化学化工系制药工程专业11级
化工原理课程设计计划
二0一三年五月一日
目录
1课程设计的目的3
2课程设计的基本内容3
3设计说明书内容4
4学时分配表4
5考核方法5
附录6
设计任务书16
一、设计题目6
二、设计任务及操作条件6
三、设备形式6
四、厂址6
五、设计内容6
六、设计基础数据7
七、主要参考文献9
设计任务书211
一、设计题目11
二、设计参数11
三、设计内容及要求11
四、主要参考文献12
设计任务书313
一、设计题目13
二、设计参数13
三、设计内容及要求13
四、主要参考文献14
关于工艺流程图、主体设备工艺条件图绘制的几点说明15
具体分工名单20
1课程设计的目的
化工原理课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。
通过化工原理课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的设计任务，从而得到以化工单元操作为主的化工设计的初步训练。
通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握典型单元操作设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。
同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风。
2课程设计的基本内容
化工原理课程设计一般包括如下内容：
（1）设计方案简介
对给定或选定的工艺流程、主要设备的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、设备的工艺尺寸的计算及结构设计。
（3）典型辅助设备的选型和计算
包括典型辅助设备主要工艺尺寸的计算和设备型号、规格的选定。
（4）工艺流程图
以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物流方向、物流量、能流量、主要化工参数测量点。
（5）主要设备的工艺条件图
图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。
3设计说明书内容
完整的化工原理课程设计报告由说明书和图纸两部分组成。
设计说明书中就包括所有论述、原始数据、计算、表格等，其编排顺序如下：
（1）标题页
（2）设计任务书；
（3）目录；
（4）设计方案简介；
（5）工艺流程草图及说明；
（6）工艺计算及主要设备设计；
（7）辅助设备的计算和选型；
（8）设计结果概要或设计一览表；
（9）设计评述；
（10）参考文献；
（11）主要符号说明；
（12）附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）。
4学时分配表
章节
内容
学时
备注
一
设计动员，发放设计任务书
0.25天
二
查阅资料、拟定设计程序和进度计划
0.25天
三
现场调查
0.5天
四
设计计算、绘图、编写设计说明书
4天
总学时
1周
5考核方法
考核的内容包括：
说明书和图纸的质量；完成题目的难度；独立完成设计情况；答辩情况。
采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。
执笔人：
刘艳
2013.5.1
附录
设计任务书1
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）进入精馏塔的料液含苯%，其余为甲苯。
（2）塔顶馏出液中含苯%，塔釜液中含甲苯不低于%
（3）原料液处理量为吨/日（24小时）。
（4）操作条件
①精馏塔顶压强4kPa（表压）
②进料热状态自选
③回流比
④加热蒸汽压强500kPa（表压）
⑤单板压强降≯0.7kPa
三、设备形式
设备形式为筛板塔
四、厂址
厂址为湖南地区
五、设计内容
（1）设计方案的确定及流程说明。
（2）塔的工艺计算。
（3）塔和塔板主要尺寸的设计。
①塔高塔径及塔板结构尺寸的确定。
②塔板的流体力学验算。
③塔板的负荷性能图
（4）设计结果概要或设计一览表。
（5）辅助设备选型与计算。
（6）生产工艺流程图（手绘，A2）及精馏塔的工艺条件图（手绘，A1）。
（7）对本设计的评述及有关问题的分析。
六、设计基础数据
（1）苯和甲苯的物理性质
项目
分子式
分子量M
沸点/℃
临界温度tc/℃
临界压强PC/kPa
苯Ａ
78.11
80.1
288.5
6833.4
甲苯Ｂ
92.13
110.6
318.57
4107.7
（2）常压下苯-甲苯的气液平衡数据
温度t/℃
液相中苯的摩尔分率x
气相中苯的摩尔分率y
110.56
109.91
108.79
107.61
105.05
102.79
100.75
98.84
97.13
95.58
94.09
92.69
91.40
90.11
88.80
87.63
83.52
85.44
84.40
83.33
82.25
81.11
80.66
80.21
80.01
0.00
1.00
3.00
5.00
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
55.0
60.0
65.0
70.0
75.0
80.0
85.0
90.0
95.0
97.0
99.0
100.0
0.00
2.50
7.11
11.2
20.8
29.4
37.2
44.2
50.7
56.6
61.9
66.7
71.3
75.5
79.1
82.5
85.7
88.5
91.2
93.6
95.9
98.0
98.8
99.61
100.0
（3）饱和蒸气压P0苯和甲苯的饱和蒸气压可用Antoine方程求解，即
式中t——物系温度，℃；
P0——饱和蒸汽压，KPa；
、
、
——Antoine常数，其值见下表：
组分
苯
6.023
1206.35
220.24
甲苯
6.078
1343.94
219.58
（4）苯和甲苯的液相密度ρL
温度t/℃
80
90
100
110
120
815
803.9
792.5
780.3
768.9
810
800.2
790.3
780.3
770.0
（5）液体表面张力
温度t/℃
80
90
100
110
120
21.27
20.06
18.85
17.66
16.49
21.69
20.59
19.94
18.41
17.31
（6）液体黏度μL
温度t/℃
80
90
100
110
120
0.308
0.279
0.255
0.233
0.215
0.311
0.286
0.264
0.254
0.228
（7）液体汽化热γ
温度t，℃
80
90
100
110
120
394.1
386.9
379.3
371.5
363.2
379.9
373.8
367.6
361.2
354.6
（8）其它物性数据
其它物性数据可查化工原理或化工工艺设计院手册。
试设计筛板精馏塔并选择原料预热器、塔顶冷凝器及塔釜再沸器等附属设备，计算塔主要接管尺寸。
七、主要参考文献
［1］贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计.天津：
天津大学出版社，2002
［2］大连理工大学化工原理教研室.化工原理课程设计.大连：
大连理工大学出版社，1994
［3］谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理（第二版）.北京：
化学工业出版社，1998
［4］时钧主编.化学工程手册（第二版）.北京：
化学工业出版社，1996
［5］潘国昌，郭庆丰.化工设备设计.北京：
清华大学出版社，1996
［6］上海医药设计院.化工工艺设计手册.北京：
化学工业出版社，2000
［7］路秀林,王者相等.塔设备.北京:
化学工业出版社,2004
参考文献并不局限于上述所列。
设计任务书2
一、设计题目
水吸收丙酮常压填料吸收塔的设计
二、设计参数
（1）进入系统的混合气（空气、丙酮蒸气）处理量 m3/h。
（2）进塔混合气含丙酮 ％（V），相对湿度70％。
（3）设计温度 进塔气体温度35℃；进塔吸收剂的温度 25℃
（4）操作压强 常压操作。
（4）设计指标（要求） 丙酮回收率 ％。
三、设计内容及要求
（1）吸收工艺流程的确定：
本流程选择逆流操作
（2）物料计算
（3）热量衡算
（4）气液平衡曲线
（5）吸收剂量求取：
最小吸收剂用量，吸收剂用量
（6）塔底吸收液组成
（7）操作线方程式
（8）塔径求取
选择填料，液泛速度，空塔速度，塔径及圆整，最小润湿速度求取及润湿速度的选取，塔径的校正
（9）填料层高度计算
（10）填料层压降计算
（11）填料吸收塔附属设备
液体分布，再分布器及分布器的选型，其他塔附件及气液出口装置计算与选择
（12）风机等计算与选取
（13）吸收塔工艺流程示意图（手绘，A2）。
（17）吸收塔工艺条件图（手绘，A1）。
四、主要参考文献
［1］贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计.天津:
天津大学出版社，2002
［2］大连理工大学化工原理教研室.化工原理课程设计.大连:
大连理工大学出版社,1994
［3］谭天恩,麦本熙,丁惠华.化工原理（第二版）.北京:
化学工业出版社,1998
［4］时钧主编.化学工程手册（第二版）.北京:
化学工业出版社，1996
［5］潘国昌,郭庆丰.化工设备设计.北京:
清华大学出版社,1996
［6］上海医药设计院.化工工艺设计手册.北京:
化学工业出版社，2000
［7］路秀林,王者相等.塔设备.北京:
化学工业出版社,2004
参考文献并不局限于上述所列。
设计任务书3
1、设计题目
热水冷却器的设计
二、设计参数
（1）处理能力 t/a热水。
（2）设备型式锯齿形板式换热器
（3）操作条件
1 热水：
入口温度 ℃，出口温度 ℃。
2 冷却介质：
循环水，入口温度 ℃，出口温度 ℃。
3 允许压降：
不大于105Pa。
4 每年按330天计，每天24小时连续运行。
5 建厂地址：
湖南地区。
三、设计内容及要求
（1）计算热负荷
（2）计算平均温差
（3）初估换热面积及初选板型
（4）核算总传热系数K
（5）计算传热面积S
（6）压降计算
（7）板式换热器规格选型
（8）附属设备的选型
（9）换热工艺流程图（手绘A2），主体设备工艺条件图（手绘A1）。
四、主要参考文献
[1]柴诚敬.张国亮等.化工流体流动与传热.北京:
化学工业出版社,2000
[2]余国琮等.化工容器及设备.北京:
化学工业出版社,1980
[3]中华人民共和国国家标准.GB151-89钢制管壳式换热器.国家技术监督局发布,1989
[4]匡国柱,史启才,化工单元过程及设备课程设计.北京:
化学工业出版社,1988
[5]化工设备设计全书编委会,换热器设计.上海:
上海科学技术出版社,1988
[6]徐中全译,尾花英郎著.热交换器设计手册.北京:
石油工业出版社，1982
[7]卓震主.化工容器及设备.北京:
中国石化出版社，1998
[8]潘继红等.管壳式换热器的分析与计算.北京:
科学出版社,1996
[9]朱聘冠.换热器原理及计算.北京:
清华大学出版社,1987
[10]大连理工大学.化工原理（上册）.大连:
大连理工大学出版社,1993
[11]兰州石油机械研究所.换热器（上册）.北京:
中国石化出版社,1992
[12]时均等,化学工程手册（第二版,上卷）.北京:
化学工业出版社，1996
参考文献并不局限于上述所列。
关于工艺流程图、主体设备工艺条件图绘制的几点说明
1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：
1.必须反映出全部工艺物料和产品所经过的设备；
2.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；
3.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；
4.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）；
5.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；
6.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0-1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，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0-1。
表0-1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
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
图上应标注单元设备的代号，单元设备分类代号见表0-2。
表0-2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
带控制点的工艺流程图一般是由工艺专业和自控专业人员合作绘制出来的。
作为课程设计只要求能标绘出测量点位置即可。
2主体设备工艺条件图
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；
3.设备组成一览表注明组成设备的各部件的名称等。
应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。
完整的设备设计，应在上述工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图。
这一环节在高等院校的教学中，属于化工机械专业中的专业课程，在设计部门则属于机械设计组的职责。
图0-1流程图设备外形图例
具体分工名单
学号
苯甲苯连续精馏塔的设计
日处理量
原料浓度
塔顶浓度
塔釜浓度
1111401001
72t
32%
96%
2%
1111401002
1111401003
72t
32%
92%
2%
1111401004
1111401005
72t
32%
92%
3%
1111401006
1111401007
96t
36%
94%
2%
1111401008
1111401009
96t
36%
96%
2%
1111401010
1111402011
120t
40%
96%
4%
1111402012
1111402013
120t
40%
92%
2%
1111402014
1111402015
144t
40%
94%
2%
1111402016
1111402017
144t
40%
94%
3%
1111402018
1111402019
144t
40%
96%
2%
1111402020
1111403021
144t
38%
94%
3%
1111403022
1111403023
72t
32%
94%
3%
1111403024
1111403025
72t
32%
96%
5%
1111403026
1111403027
96t
38%
96%
3%
1111403028
1111403029
96t
38%
92%
2%
1111403030
1111402031
120t
40%
94%
2%
1111402032
1111402033
120t
40%
94%
4%
1111402034
1111402035
120t
40%
96%
2%
1111402036
1111402037
120t
38%
96%
4%
1111402038
1111402039
144t
40%
92%
4%
1111402040
1111401041
144t
38%
96%
2%
1111401042
1111401043
144t
38%
94%
2%
1111401044
学号
水吸收丙酮常压填料吸收塔的设计
混合气处理量
混合气丙酮含量
丙酮回收率
1111401011
1320
1.2%
86%
1111401012
1111401013
1320
2.0%
90%
1111401014
1111401015
1400
1.6%
88%
1111401016
1111401017
1400
1.2%
86%
1111401018
1111401019
1400
2.0%
90%
1111401020
1111402021
1480
1.6%
88%
1111402022
1111402023
1480
1.2%
86%
1111402024
1111402025
1480
2.0%
90%
1111402026
1111402027
1560
1.6%
88%
1111402028
1111402029
1320
1.2%
88%
1111402030
1111403031
1320
1.6%
90%
1111403032
1111403033
1320
1.2%
92%
1111403034
1111403035
1400
1.2%
90%
1111403036
1111403037
1400
2.0%
88%
1111403038
1111403039
1480
1.6%
86%
1111403040
1111402041
1480
2.0%
88%
1111402042
1111402043
1560
1.2%
92%
1111402044
1111403040
1560
2.0%
88%
1111403041
1111403042
1320
2.0%
86%
1111403043
1111403044
1400
1.2%
92%
1111403045
1111401021
1400
1.6%
90%
1111401022
1111401023
1560
1.2%
88%
1111401024
1111401025
1560
1.6%
90%
1111401026
1111401027
1560
2.0%
92%
学号
换热器的设计
处理能力
热水入口温度
热水出口温度
冷水入口温度
冷水出口温度
1111403001
1.8×104
80
60
32
40
1111403002
1111403003
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