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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





1 课程设计的目的.................................................... 4 2 课程设计的基本内容 ...............

................................. 4 3 设计说明书内容.................................................... 5 4 学时分配表........................................................ 5 5 考核方法 .......................................................... 6 附 录............................................................... 7 设计任务书 1 .................................................... 7 一、设计题目................................................ 7 二、设计任务及操作条件...................................... 7 三、设备形式................................................ 7 四、厂址.................................................... 7 五、设计内容................................................ 7 六、设计基础数据............................................ 8 七、主要参考文献........................................... 10 设计任务书 2 ................................................... 11 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 3 ................................................... 11 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 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
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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 一 内 容 学 时 备 注

设计动员,发放设计任务书

0.25 天

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二 三 四 总学时

查阅资料、拟定设计程序和进度计划 现场调查 设计计算、绘图、编写设计说明书

0.25 天 0.5 天 4天 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

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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 (2)塔顶馏出液中含苯 (3)原料液处理量为 (4)操作条件 ①精馏塔顶压强 ②进料热状态 ③回流比 ④加热蒸汽压强 ⑤单板压强降 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。
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%,其余为甲苯。 %

%,塔釜液中含甲苯不低于 吨/日(24 小时) 。

4kPa(表压) 自选
R ? 1.1 ~ 2.0 Rm i n

500kPa(表压) ≯0.7kPa

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 苯A 甲苯B 分子式
C6 H 6
C6 H 5 ? CH 3

分子量 M 78.11 92.13

沸点/℃ 80.1 110.6

临界温度 tc/℃ 288.5 318.57

临界压强 PC/kPa 6833.4 4107.7

(2)常压下苯-甲苯的气液平衡数据
温度 t/℃ 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 液相中苯的摩尔分率 x 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 气相中苯的摩尔分率 y 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

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87.63 83.52 85.44 84.40 83.33 82.25 81.11 80.66 80.21 80.01

65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 97.0 99.0 100.0

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
lg P 0 ? A ? B t ?C

式中 t——物系温度,℃; P0——饱和蒸汽压,KPa;
A 、 B 、 C ——Antoine 常数,其值见下表:
组分 苯 甲苯

A
6.023 6.078

B
1206.35 1343.94

C
220.24 219.58

(4)苯和甲苯的液相密度 ρL
温度 t/℃ 80 815 810 90 803.9 800.2 100 792.5 790.3 110 780.3 780.3 120 768.9 770.0

? L ,苯 , k g / m 3
? L ,甲苯 , k g / m 3

(5)液体表面张力 ?
温度 t/℃ 80 21.27 21.69 90 20.06 20.59 100 18.85 19.94 110 17.66 18.41 120 16.49 17.31

? 苯 , mN / m

? 甲苯 , mN / m

(6)液体黏度 μL
温度 t/℃ 80 90 100 110 120

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? L,苯 , mPa ? s
? L ,甲苯 , mPa ? s

0.308 0.311

0.279 0.286

0.255 0.264

0.233 0.254

0.215 0.228

(7)液体汽化热 γ
温度 t,℃ 80 394.1 379.9 90 386.9 373.8 100 379.3 367.6 110 371.5 361.2 120 363.2 354.6

? 苯,kJ/kg

? 甲苯 , kJ/kg

(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
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[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 (2)进塔混合气含丙酮 (3)设计温度 (4)操作压强 m3/h。

%(V),相对湿度 70%。

进塔气体温度 35℃;进塔吸收剂的温度 25℃ 常压操作。 丙酮回收率 %。

(4)设计指标(要求) 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
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(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。

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设计任务书 3 一、设计题目 热水冷却器的设计 二、设计参数 (1)处理能力 (2)设备型式 (3)操作条件
① ② ③ ④ ⑤

t/a 热水。 锯齿形板式换热器

热水:入口温度

℃,出口温度

℃。 ℃。

冷却介质:循环水,入口温度 允许压降:不大于 105Pa。

℃,出口温度

每年按 330 天计,每天 24 小时连续运行。 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
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(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。

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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;
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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 代号 W BW BR BRR BRS CW CWR RW 辅助物料和共用系数介质代号 代号 S HS LS MS C PWW CS RW 中文名称 蒸汽 高压蒸汽 低压蒸汽 中压蒸汽 冷凝液 生产废水 化学污水 冷冻回水 中文名称 水 锅炉给水 盐水 盐水回水 盐水补给水 (循环)冷却水 (循环)冷却回水 冷却水 (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 0-2。 表 0-2 单元设备分类代号
单元设备 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 代号 单元设备 炉子 换热器 塔 管道 电气 代号

A D
F J L Q

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
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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 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 指主要尺寸(外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸)、

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。

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图 0-1 流程图设备外形图例

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具体分工名单
学号 1111401001 1111401002 1111401003 1111401004 1111401005 1111401006 1111401007 1111401008 1111401009 1111401010 1111402011 1111402012 1111402013 1111402014 1111402015 1111402016 1111402017 1111402018 1111402019 1111402020 1111403021 1111403022 1111403023 1111403024 1111403025 1111403026 1111403027 1111403028 1111403029 1111403030 1111402031 1111402032 1111402033 1111402034 1111402035 1111402036 1111402037 1111402038 1111402039 苯甲苯连续精馏塔的设计 日处理量 72t 72t 72t 96t 96t 120t 120t 144t 144t 144t 144t 72t 72t 96t 96t 120t 120t 120t 120t 144t 原料浓度 32% 32% 32% 36% 36% 40% 40% 40% 40% 40% 38% 32% 32% 38% 38% 40% 40% 40% 38% 40% 塔顶浓度 96% 92% 92% 94% 96% 96% 92% 94% 94% 96% 94% 94% 96% 96% 92% 94% 94% 96% 96% 92% 塔釜浓度 2% 2% 3% 2% 2% 4% 2% 2% 3% 2% 3% 3% 5% 3% 2% 2% 4% 2% 4% 4%

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1111402040 1111401041 1111401042 1111401043 1111401044 144t 144t 38% 38% 96% 94% 2% 2%

学号 1111401011 1111401012 1111401013 1111401014 1111401015 1111401016 1111401017 1111401018 1111401019 1111401020 1111402021 1111402022 1111402023 1111402024 1111402025 1111402026 1111402027 1111402028 1111402029 1111402030 1111403031 1111403032 1111403033 1111403034 1111403035 1111403036 1111403037 1111403038 1111403039 1111403040 1111402041 1111402042

水吸收丙酮常压填料吸收塔的设计 混合气处理量 1320 1320 1400 1400 1400 1480 1480 1480 1560 1320 1320 1320 1400 1400 1480 1480 混合气丙酮含量 1.2% 2.0% 1.6% 1.2% 2.0% 1.6% 1.2% 2.0% 1.6% 1.2% 1.6% 1.2% 1.2% 2.0% 1.6% 2.0%
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丙酮回收率 86% 90% 88% 86% 90% 88% 86% 90% 88% 88% 90% 92% 90% 88% 86% 88%

1111402043 1111402044 1111403040 1111403041 1111403042 1111403043 1111403044 1111403045 1111401021 1111401022 1111401023 1111401024 1111401025 1111401026 1111401027

1560 1560 1320 1400 1400 1560 1560 1560

1.2% 2.0% 2.0% 1.2% 1.6% 1.2% 1.6% 2.0%

92% 88% 86% 92% 90% 88% 90% 92%

学号 1111403001 1111403002 1111403003 1111403004 1111403005 1111403006 1111403007 1111403008 1111403009 1111403010 1111403011 1111403012 1111403013 1111403014 1111403015 1111403016 1111403017 1111403018 1111403019 1111403020 1111401028 1111401029 1111401030

换热器的设计 处理能力 1.8× 4 10 1.8× 4 10 2.0× 4 10 2.0× 4 10 2.5× 4 10 2.5× 4 10 1.8× 4 10 1.8× 4 10 2.0× 4 10 2.0× 4 10 2.5× 4 10 2.5× 4 10 热水入口温度 80 85 80 90 80 90 80 90 75 85 80 90 热水出口温度 60 60 60 60 60 60 55 55 55 55 55 55
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冷水入口温度 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32

冷水出口温度 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40

1111401031 1111401032 1111401033 1111401034 1111401035 1111401036 1111401037 1111401038 1111401039 1111401040 1111401045 1111402001 1111402002 1111402003 1111402004 1111402005 1111402006 1111402007 1111402008 1111402009 1111402010 1111401046 1111401047 1.8× 4 10 1.8× 4 10 2.0× 4 10 2.0× 4 10 2.5× 4 10 2.5× 4 10 1.8× 4 10 1.8× 4 10 2.0× 4 10 2.0× 4 10 2.5× 4 10 75 85 75 90 80 90 80 90 80 85 80 50 50 50 50 50 50 60 60 60 60 60 32 32 32 32 32 32 28 28 28 28 28 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40

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