化工原理课程设计作业10.docx
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化工原理课程设计作业10
化工原理课程设计作业
题目1、2用水冷却煤油产品的列管式换热器设计任务书
一、设计名称
用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计
二、设计条件
第一组：
使煤油从140℃冷却到40℃,压力1bar,冷却剂为水，水压力为3bar，处理量为10t/h。
第二组：
使煤油从150℃冷却到35℃,压力1bar,冷却剂为水，水压力为3bar，处理量为15t/h。
三、设计任务
1合理的参数选择和结构设计
2传热计算和压降计算：
设计计算和校核计算
四、设计说明书内容
1传热面积
2管程设计包括：
总管数、程数、管程总体阻力校核
3壳体直径
4结构设计包括流体壁厚
5主要进出口管径的确定包括：
冷热流体的进出口管
五、设计进度
1设计动员，下达设计任务书0.5天
2搜集资料，阅读教材，拟定设计进度1.5天
3设计计算（包括电算，编写说明书草稿）5~6天
4绘图3~4天
5整理，抄写说明书2天
用水冷却煤油产品的列管式换热器设计指导书
一、设计的目的
通过对煤油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。
总之，通过设计达到让学生自己动手进行设计的实践，获取从事工程技术工作的能力。
二、设计的指导思想
1结构设计应满足工艺要求
2结构简单合理，操作调节方便，运行安全可靠
3设计符合现行国家标准等
4安装、维修方便
三、设计要求
1计算正确，分析认证充分，准确
2条理清晰，文字流畅，语言简炼，字迹工整
3图纸要求，图纸、尺寸标准，图框，图签字规范
4独立完成
四、设计课题工程背景
在石油化工生产过程中，常常需要将各种石油产品（如汽油、煤油、柴油等）进行冷却，本设计以长岭炼油厂冷却煤油产品为例，让学生熟悉列管式换热器的设计过程。
五、参考文献
1贾绍义，化工传递和单元操作课程设计，天津大学出版社，2002。
8
2传热设备及工业炉，化学工程手册第8篇，1987
3化工设备设计手册编写组.金属设备，1975
4尾范英郎（日）等，徐忠权译，热交换设计物册，1981
5谭天恩等.化工原理（上、下册）化学工业出版社.
六、设计思考题
1设计列管式换热器时，通常都应选用标准型号的换热器，为什么？
2为什么在化工厂使用列管式换热最广泛？
3在列管式换热器中，壳程有挡板和没有挡板时，其对流传热系数的计算方法有何不同？
4说明列管式换热器的选型计算步骤？
5在换热过程中，冷却剂的进出口温度是按什么原则确定的？
6说明常用换热管的标准规格（批管径和管长）。
7列管式换热器中，两流体的流动方向是如何确定的？
比较其优缺点？
七、部分设计问题引导
1列管式换热器基本型式的选择
2冷却剂的进出口温度的确定原则
3流体流向的选择
4流体流速的选择
5管子的规格及排列方法
6管程数和壳程数的确定
7挡板的型式
题目3、4正戊烷冷凝器设计任务书
一、设计名称
正戊烷冷凝器的设计
二、设计条件
1．操作条件
（1）正戊烷、冷凝温度为51.7℃，冷凝液于饱和液体下离开冷凝器；
（2）冷却介质，地下水，流量为7000kg/h，入口温度：
第3组为20℃，第4组为30℃；
（3）允许压强降，不大于105Pa；
（4）每年按300天计；每天24h连续运转。
2．处理能力第3组为10000T/Y正戊烷，第4组为20000T/Y正戊烷；
3．设备型式立式列管冷凝器
二、设计任务
1．选择合适的立式列管冷凝器并进行较核计算
2．对冷凝器的附件进行设计，包括结构设计。
三、设计说明书的内容
1.课程名称、首页、目录及页码
2.前言
3.简述设计内容，自己设计的特点，引用的标准等
4.热量衡算及初步估算换热面积；
5.冷凝器的选型及流动空间的选择
6.工艺流程图；
7.冷凝器的较核计算；
8.结构及附件设计计算
9.冷凝器的主要数据一览表；
10.设计结果评价；
11.附立式列管冷凝器总装图
四、设计进度
1.设计动员，下达设计任务书0.5天
2.搜集资料，阅读教材，拟定设计进度1.5天
3.工艺设计计算，结构设计计算（包括电算）5~6天
4.绘图3~4天
5.整理，抄写说明书2天
6.设计小结及答辩2天
正戊烷冷凝器设计指导书
一、设计目的
1．巩固学生对课本知识的理解，深化认识；
2．培养学生分析问题，解决问题的能力；
3．树立学生工程观念和经济观念；
4．使学生对设备总装图有初步知识。
二、设计指导思想
1．结构设计应满足工艺要求；
2．设计要符合现行国家标准；
3．结构简单合理，操作调节方便，运行安全可靠；
4．制造工艺可行，维修方便。
三、设计要求
1.说明书采用统一封面和纸张；
2.方案和流程的选择要阐明理由
3.设计过程应次清晰，内容完全；
4.设计、计算中所采用的公式、数据、图表等注明出处，有些需说明理由；
5.一律用钢笔填写，要排列整齐，字体端正，书面整洁；
6.计算过程均应写出；
7.设备图以制图要求为准；
8.集中做设计，独立完成。
四、设计课题工业背景
炼油厂精馏塔塔顶冷凝器蒸汽主要是正戊烷，以此为原料设计一正戊烷冷凝器
五、参考文献
1.兰州石油机械研究所.换热器（上册）.烃加工出版社，1986
2.E.U施林德尔.换热器设计手册（第四卷）.机械工业出版社,1989
3.华南理工大学化工原理教研室.化工过程及设备设计.华南工学院出版社,1986
4.大连理工大学化工原理教研.化工原理课程设计,大连理工大学出版社,1994
5.贾绍义，化工传递和单元操作课程设计，天津大学出版社，2002。
8
6.顾芳珍等.化工设备设计基础.天津大学出版社,1994
7.化学工程手册编辑委员会,化学工程手册第7篇,化学工业出版社,1985
8.化工部设备设计技术中心站.化工设备图册第三分册,1988
六、设计思考题
1.冷却水出口温度如何确定?
2.流体流动空间的选择原则是什么?
3.在中,各项含义是什么,在不同情况下说明提高K值的途径及采取的措施?
4.管壳式换热器中，采用多管程的目的是什么？
在壳程加挡板的目的又是什么？
5.在什么情况下，固定板换热器要设计膨胀节？
6.列管式冷凝器的蒸汽入口处是否需设计缓冲挡板？
7.列管式冷凝器的换热管的排列方式有几种，如何选用？
8.立式列管式冷凝器是否要设计支座，选用什么标准确定支座的尺寸？
9.列管式冷凝器的接管的设计依据是什么？
10.如何判断你所设计的换热器性能及经济上的适用性的优劣？
七、部分设计问题引导
1.自定冷却水的出口温度，并由热量衡算确定其用量.
2.估计K值大小，应首先估计对流传热系数较小一侧的对流传热系数？
3.设计换热设备既要考虑操作费用，又要考虑设备费用，也就是既要使阻力降不能太高，也不能使传热面积较大，使管程的冷却水有一个合适的流速。
题目5、6乙醇—水精馏塔顶产品冷凝器的设计任务书
一、设计名称
精馏塔顶产品全凝器
二、设计条件
1.处理量：
第5组6万t/y，第6组8万t/y
2.产品浓度含乙醇第7组90%，第8组95%
3.操作压力常压
4.冷却介质水（P为0.3MPa，进口温度30℃，出口温度40℃）
三、设计任务
设计一冷凝器，冷凝乙醇—水系统精馏塔顶部的馏出产品。
产品中乙醇的浓度为90%或95%，处理量为6或8万t/y，要求全部冷凝。
冷凝器操作压力为常压，冷却介质为水，其压力为0.3MPa，进口温度为30℃，出口温度为40℃。
四、计说明书概要
1.目录
2.概述
3.热力计算（包括选择结构，传热计算，压力核算等）
4.结构设计和说明
5.设计总结
6.参考文献
7.附工艺流程图及冷凝器装配图一张
五、设计进度
1.设计动员，下达设计任务书0.5天
2.搜集资料，阅读教材，拟定设计进度1.5天
3.工艺设计计算，结构设计计算（包括电算）5~6天
4.绘图3~4天
5.整理，抄写说明书2天
乙醇水精馏塔塔顶不产品冷凝器设计指导书
一、设计目的
通过对乙醇—水系统精馏塔顶产品全凝器的设计，使学生了解和掌握化工单元操作设备设计的步骤、方法及基本技能，熟悉文献资料及物性参数的查阅和收集方法，懂得如何论证优化设计方案，合理科学地使用公式及数据。
在设计中提高学生的分析能力和解决问题的能力。
二、设计指导思想
设计要考虑其科学性、先进性及可行性，同时又要经济合理，同时要符合环保要求。
三、设计要求
整个设计由论述、设计计算和绘图三部分组成，论据要清晰、充分、有据。
计算要正确可靠，图纸要整洁规范，应符合国家标准。
学生可由2至3人一组进行讨论，解决设计中的疑难问题或对设计进行优化。
四、设计课题的工程背景
采用薯类和谷类原料进行发酵。
发酵法制乙醇是一个很复杂的生化过程，
发酵在密封的发酵罐中进行产生的CO2的纯度饿达99—99.5%以上，其余为气态杂质，组分（以CO2质量为基准）为：
乙醇0.4~0.8%，脂类0.03~0.4%，酸类0.08~0.09%。
成熟发酵醪中的乙醇必须经过初馏、精馏和除杂才能得到合格的乙醇。
本课程设计即为粗乙醇（初馏塔出来的乙醇—水溶液），在进行精馏获得合格产品的过程中，精馏塔顶冷凝器的设计。
发酵法制乙醇的工艺也可以参考有关书籍或文献资料。
五、主要参考文献
1.胡振援编。
简明化工原理实验，华中师范大学出版社，1997年
2.化工过程及设备设计，华南理工大学出版社，1986年
3.谭天恩，麦本熙，丁惠华等编，上下册（第二版），化学工业出版社
4.朱俜冠编，换热器原理及计算，清华大学出版社，1987
5.化工手册编委会编。
化工手册（第一篇），化学工业出版社，1980
6.朱思明，汤善普等编，化工设备机械基础，华南理工大学出版社，1991
7.（日）燔野佐一等编。
换热器，化学工业出版社
六、设计思考题
1.换热器及作业原理
2.影响传热的主要因素有哪些
3.荷为冷凝器，冷凝器的出要型式及结构
4.选择走管程或壳程的介质应考虑什么原则
5.循环冷却水的进出口温度确定原则
6.设计冷凝器的主要步骤
7.对冷凝器的设计你进行了那些优化
七、部分设计问题指导
学生在接受设计任务后，首先应明确设计的步骤，方向，如何查阅有关数据和收集资料，并确定设计方案。
本设计应在以下几个方面的加以指导：
1.物性数据的查阅
在设计中涉及到水，乙醇等的多种物理参数，如密度，黏度，热容，汽化潜热，导热系数等等，如何正确的查阅数据是化工技术人员的基本功，因此在这方面应加以指导。
2.经验公式的正确使用
在设计中要用到某些经验公式，如果选择不当的则会使设计发生误差。
如壳程换热系数计算时，如果采用单管公式显然不对。
因为工业换热器的气体冷凝比单管要复杂的多，从上排管外流下的冷凝液在下排管会产生一定的撞击和飞溅，从而使下一排管外的冷凝膜并不像单管叠加时那么厚，同时附加的扰动又会加速传热，在缺乏可靠数据可采用经验公式估算。
3.初选冷凝器
根据计算的出的传热面积A0，从国家颁布的换热器标准系列中初选冷凝器，既不能选得太大浪费，又要满足传热需要。
此外，标准设备的管数和计算值不一致时如何考虑等等，都需要加以引导。
4.结构设计
在结构设计中，指导学生对关键部位进行设计并提出优化设想，如提高传热效果，降低成本等等。
题目7、8碳酸丙烯酯脱碳填料吸收塔设计任务书
一、设计名称
碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计
二、设计条件
吸收剂采用碳酸丙烯酯（PC），溶剂的贫度≤0.05Nm3CO2/m3PC，出吸收塔吸收液饱和度取80%,各组设计时其它设计条件如下表：
组号
入塔变换气流量（m3/h）
入塔变换气组成（vol%）
净化气中CO2（vol%）
温度（℃）
操作压力（绝）（MPa）
CO2
CO
H2
N2
CH4
变换气
入塔液
7
28000
28
1．5
52．5
17
1
≤0.2
30
30
2.7
8
28000
28
1．7
52．5
17
0．8
≤0.2
37
38
2.7
三设计任务
1总体论证：
确定设计方案和流程，绘出工艺流程简图
2吸收塔物料衡算
（1）气液平衡关系；
（2）吸收剂用量；
（3）变换气、净化气、贫液和富液流量及组成；
（4）操作线方程。
3吸收塔的化工设计
（1）塔填料选择；
（2）吸收塔塔径计算；
（3）吸收塔填料层高度和填料层压降计算；
（4）吸收塔诸接管口径计算；
（5）主要设计参数核算；
4填料吸收塔主要附属内件选型
主要附属内件包括初始液体分布器、液体再分布器、填料支承板、填料压板、除雾器、气体入塔分布器等。
5附件尺寸确定
附件包括塔顶空间、塔底空间、人孔、裙座、封头和进出管口等。
6填料塔高度计算
7绘出填料吸收塔设备工艺条件图
8主要辅助设备的计算和选型
计算贫液冷却器的换热面积，确定吸收剂循环泵的型号。
9设计结果汇总表
10设计结果评价
11编制设计说明书
四、设计说明书内容
1封面：
包括课程设计题目、系别、班级、学生姓名、指导教师、审阅教师、设计时间等。
2目录
3设计任务书
4概述和设计方案简介
5设计条件及主要物性参数表
6按设计任务顺序说明
7设计结果汇总表
8对本设计的评述
本部分主要介绍设计者对本设计的评价及设计者的学习体会。
9工艺流程简图和主体设备工艺条件图
10参考文献
11附录
五、设计进度
1设计动员，下达设计任务书0.5天
2搜集资料，阅读教材，拟订设计进度1.5天
3设计计算5—6天
4绘图3—4天
5整理设计资料，撰写设计说明书2天六、设计成绩评分标准
碳酸丙烯酯脱碳填料吸收塔设计指导书
一、设计目的
1初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法；
2巩固学生对课本知识的理解，深化认识；
3让学生学会查阅技术资料、国家技术标准，正确地选用公式和数据；
4训练、培养、提高学生综合运用所学知识，独立解决实际问题的能力；
5让学生树立工程观念和经济观念。
二、设计指导思想
1结构设计应满足工艺要求；
2设计要符合现行国家标准；
3结构简单合理，操作调节方便，运行安全可靠；
4制造工艺可行，维修方便。
三、设计要求
1说明书采用统一封面和纸张；
2方案和流程的选择要阐明理由；
3设计过程层次清晰，内容完整；
4计算过程中所采用的公式、数据、图表应注明出处；
5设计说明书逻辑清楚、层次分明、书写工整；
6集中做设计，独立完成。
四、设计课题工程背景
自1990年以来，随着小化肥厂改变单一产品结构，适应市场的需要，采用脱碳增氨或转产尿素或联醇等方法，以提高经济效益，增强小化肥的竞争能力。
为此需要增设一套变换气脱碳装置。
由于碳酸丙烯酯（碳丙）脱碳为典型的物理吸收，流程简单、投资少、节能明显、技术易于掌握。
因此，很快在小化肥厂得以推广使用。
据初步统计，目前国内约有160套碳丙脱碳生产装置，各厂家所采用的脱碳压力有：
0.4MPa、1.1~1.3MPa、1.6~1.8MPa、2.5~2.8MPa及4.3MPa等。
另外，在工业使用过程中，国内技术开发单位、设计单位及生产企业分别对碳丙脱碳技术进行了研究、改进和完善。
目前碳丙脱碳技术已工业使用的或即将工业使用的最有吸引力的进展有以下几方面：
（1）塔器优化；
（2）碳丙高效回收工艺；（3）HS技术；（4）低温碳丙。
实践证明，低温碳丙具有气体净化度高、降低溶剂循环量和溶剂损耗等优点；（5）改良碳丙。
因此，碳丙填料吸收塔有工业使用基础，通过设计学生将对典型的无机化工产品合成氨的生产有一定了解，也会有助于学生设计中理论结合实际。
所布置的10个题目的设计条件取自工厂生产实际数据（从参考文献获得）或以实际生产数据为依据给出。
此外，10个设计题目中的设计压力包括了目前工厂使用最多的三种情况，还有低温碳丙填料吸收塔的设计。
五、参考文献
1.石油化学工业规划设计院.塔的工艺计算.北京：
石油化学工业出版社，1997
2.化工设备技术全书编辑委员会.化工设备全书—塔设备设计.上海：
上海科学技术出版社，1988
3.化学工程手册编辑委会.化学工程手册，第1篇化工基础数据；第13篇气液传质设备.北京：
化学工业出版社，1986
4.上海化工工业设计院石油设备设计建议组.化工设备图册—塔设备（4）.1976
5.上海医药设计院.化工工艺设计手册（上、下）.北京：
化学工业出版社，1986
6.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
7.贾绍义，化工传递和单元操作课程设计，天津大学出版社，2002。
8
8.王师祥，杨保和.小型合成氨厂生产工艺和操作.北京：
化学工业出版社，1999
9.ReidRC,PrausnitzJM,PoilingBE,Thepropertiesofgasesandliquids（FourthEdition）.NewYork:
McGraw-HillBookCompany,1987
10.于遵宏，朱炳辰，沈大才等.大型合成氨工艺过程分析.北京：
中国石化出版社，1993
11.石油化学工业部化工设计院，河北工学院.氮肥工艺设计手册—理化数据分册.北京：
石油化学工业出版社，1997
12.谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理（上、下册）.北京：
化学工业出版社，1990
13.陈敏恒，丛德兹，方图南，齐鸣斋.化工原理（上、下册）（第二版）.北京：
化学工业出版社，2000
14.梁锋.碳酸丙烯酯脱碳技术进展.小氮肥设计技术，2000，21
（1）：
7~10
15.王祥光.低温碳酸丙烯酯脱碳技术.小氮肥设计技术，1999，20
（1）：
6~7
题目9、10丙酮填料塔设计任务书
一、设计名称
丙酮填料塔的设计
二、设计条件
入塔气体中空气含丙酮为g/m3干空气（标态），干空气温度为25℃，压力为101.3kPa，相对湿度为70%，处理气体量600~1000m3/h.
吸收剂为清水，温度为25。
出塔气体中丙酮气流量分4组：
（1）入塔丙酮流量1/100（9组）
（2）入塔丙酮流量1/200（10组）
三、设计任务
1.流程的选择：
本流程选择逆流操作
2.丙酮浓度计算
3.丙酮出塔浓度计算
4.液体出塔温度变化
5.平衡线的获取
6.吸收剂量求取
（1）最小吸收剂用量
（2）吸收剂用量
7.操作线方程式
8.填料塔径求取
（1）选择填料
（2）液泛速度
（3）空塔速度
（4）塔径及圆整
（5）最小润湿速度求取及润湿速度的选取
（6）塔径的校正
9.单位填料层压降的求取
10.传质单元高度的求取
11.传质单元数求取
12.填料层高度
13.吸收塔高度计算
14.液体分布，再分布器及分布器的选型
15.风机选取
16.画填料塔的工艺设备图
17.编写设计说明书
四、设计说明书内容
1.课题名称，目录及页码
2.前言
3.吸收系统流程和方案的说明和论证
4.本设计结果概要
5.设计计算及说明
6.设计有关问题的分析讨论
7.参考文献目录
五、设计进度
下面以总设计时间3周为准：
1）设计动员，下达设计任务书0.5天
2）搜集资料，阅读教材，拟订设计进度1.5天
3）设计计算（包括电算，编写说明书草稿）5至6天
4）绘图3至4天
5）整理，抄写说明书4天
丙酮填料塔设计指导书
一、设计目的
1.培养学生查阅资料选用公式和搜索数据的能力
2.培养学生在填料吸收塔设计时，既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性并注意操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想。
3.培养学生能迅速准确的对填料塔进行工艺设计计算的能力
4.培养学生能用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力
二、设计指导思想
1.满足工艺和操作的要求
2.在经济上合理
3.保证生产安全
4.设计要符合国家标准等
5.满足环保要求
三、设计要求
1.设计应以独立作业为主，小组讨论为次
2.计算正确无误
3.必须对填料的有关水力性质进行校核
4.图样上有现型，字迹正确清晰，图面整洁
5.设计说明表达清晰，格式按照设计教学大纲要求写
6.对上机的学生除上述要求之外，还必须列出计算框图及符号说明，计算结果
四、设计题目的工程背景
吸收是化工生产中重要的传质单元操作，广泛用于气体混合物的分离，尤其是近几年环保及生化工程中的使用更显示其重要性，又由于本实验有一套用水吸收空气中丙酮的填料吸收塔，为了让学生对该吸收装置的各个设计参数及辅助设备的选取有一个清醒的认识，故本设计的选题定为丙酮吸收塔的设计。
五、参考文献
1.贾绍义，化工传递和单元操作课程设计，天津大学出版社，2002。
8
2.华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：
华南理工大学出版社，1986
3.（苏）FOⅡ迪新在奥尔斯科戈.化工基本过程和设备.北京：
化学工业出版社，1988
4.化工设备设计全书编辑委员会.塔设备设计.上海：
上海科学技术出版社，1988
5.GAMorisJwksonJ.填料吸收塔的设计（中译本）.上海：
上海科学技术出版社
6.国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册.北京：
化学工业出版社，1986
7.化学工程手册编辑委员会.化学工程手册，第12册，气体吸收.北京:
化学工业出版社，1982
8.EE路德维希.化学工业部化工设计公司译，化工装置的工艺设计（2nd），第二册.北京：
化学a工业出版社，1985
六、设计思考题
1.平衡关系怎样得到？
2.怎样选择填料
3.操作线怎样获得？
4.怎样求取塔径
5.一般液汽比为最小液汽比的多少倍？
6.空塔速度一般为取液泛速度的多少倍？
7.怎样才能避免在设计过程中出现塔高很高，而塔路很小的不合理设计？
8.吸收塔顶部为什么要留一定的空间？
9.吸收塔底部为什么也要留一定的空间
10.一般要求直径和填料直径之比为多少？
11.在填料设计及操作时为什么要安装液位计？
12.当填料塔内填料很高时，为什么要安装液体的再分布器？
13.支承板的作同是什么？
一般要求其开孔率为多少？
14.怎样选择风机？
15.本吸收体系的水蒸汽是如何处理的？
16.如果降低尾气中丙酮的含量应采取什么措施？
七．部分设计问题指导
1.平衡线是怎样获得的？
由X求液体出口温度t2，求亨利系数m，由m
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