化工原理课程设计(张文林)

《化工原理课程设计》吸收了多年来教学改革的经验和工程实践成果，内容和体系上别有新意。《化工原理课程设计》注重理论对于工程设计的指导作用，强调在设计过程中采用现代化的设计手段和方法，力求达到过程参数和设备参数的优化，基本建立“工程 效益”观念。 

《化工原理课程设计》从培养学生工程设计能力、初步建立“工程 效益”观念出发，针对高等院校化工原理课程设计需要编写。本书注重理论对工程设计的指导作用，强调在设计过程中采用现代化的设计手段和方法，力求达到过程参数和设备参数的优化，培养学生的工程观点和分析解决工程实际问题的能力。《化工原理课程设计》包括五部分内容，即课程设计基础、换热器设计、塔设备（板式塔、填料塔）设计、化工过程模拟与计算软件以及附录。对化工设计的一般原则、要求、内容和步骤等，分别在各具体单元操作与设备设计或选型过程中进行了介绍。对于单元过程设计，除讨论流程方案的确定原则、设备选型、工艺尺寸的设计原理和程序外，还介绍了一些成熟的设计软件及辅助设备的计算与选型。所介绍的单元过程都有设计示例，并附有几种设计任务，可供不同专业课程设计时选用。《化工原理课程设计》可作为高等院校化工、制药、材料、生物、食品、安全、环境、能源等相关专业的课程设计教材，也可供有关部门从事科研、设计及生产管理的工程技术人员参考。

张文林，河北工业大学化工学院教授，1999年开始从事化工原理、化工原理实验、化工原理课程设计课程的教学与教学研究工作，具有丰富的教学经验和体会，连续多年获得本科、研究生课堂教学质量优 秀奖。同时担任本科生“化工过程模拟与优化——ASPEN PLUS实训”与研究生“化工过程设计”课程的主讲教学工作。目前，从事化工分离过程与绿色化工方面的科研工作，曾获得省市的科技进步一等奖、河北省科技突出贡献奖、河北省技术发明一等奖、河北省教学成果一等奖等。

第1章课程设计基础 / 1

1.1化工原理课程设计概述1

1.1.1化工原理课程设计的目的1

1.1.2化工原理课程设计的基本内容2

1.1.3化工原理课程设计的基本步骤3

1.2化工设计计算基础5

1.2.1物料衡算5

1.2.2热量衡算6

1.2.3常用物性数据的查取和估算6

1.3化工生产工艺流程设计7

1.3.1工艺流程图中常见的图形符号8

1.3.2工艺流程设计方法13

1.3.3工艺流程设计的基本原则16

1.3.4工艺流程设计的主要参考资料20

1.4主体设备设计选型及条件图21

1.4.1化工单元设备设计方法与步骤21

1.4.2主体设备设计及其条件图22

第2章换热器设计 / 26

2.1列管式换热器设计26

2.1.1设计方案的确定27

2.1.2列管式换热器的工艺结构设计33

2.1.3列管式换热器的设计计算40

2.1.4列管式换热器设计示例48

2.2板式换热器设计54

2.2.1板式换热器的基本结构55

2.2.2板式换热器设计的一般原则59

2.2.3板式换热器的设计计算60

2.2.4板式换热器设计示例63

2.3换热器设计任务书66

本章符号说明67

第3章塔设备设计 / 68

3.1概述68

3.1.1塔设备的类型68

3.1.2板式塔与填料塔的比较及选型68

3.2板式塔设计70

3.2.1设计方案的确定71

3.2.2塔板的类型与选择72

3.2.3板式塔工艺设计计算77

3.2.4板式塔的塔板工艺尺寸设计计算81

3.2.5塔板的流体力学验算90

3.2.6板式塔的负荷性能图96

3.2.7塔板效率97

3.2.8板式塔的结构与附属设备100

3.2.9精馏过程的节能104

3.2.10筛板精馏塔设计示例105

3.3填料塔设计117

3.3.1设计方案的确定118

3.3.2填料的类型与选择120

3.3.3填料塔工艺设计计算127

3.3.4填料层压降的计算136

3.3.5填料塔内件的类型与设计137

3.3.6填料吸收塔设计示例140

3.3.7填料精馏塔设计示例145

3.4塔设备设计任务书148

本章符号说明150

第4章化工过程模拟与计算软件 / 153

4.1化工过程模拟软件Aspen Plus154

4.1.1特点154

4.1.2主要功能157

4.1.3接口选项158

4.1.4目标实现159

4.1.5使用说明159

4.1.6物性方法选择159

4.1.7功能162

4.1.8叙词表163

4.2化工过程模拟软件PRO/Ⅱ165

4.2.1简介165

4.2.2主要功能及特征165

4.2.3功能模块划分166

4.3化工过程模拟软件ChemCAD167

4.3.1主要功能和特色167

4.3.2应用范围167

4.3.3模块划分168

4.3.4使用方法168

4.3.5功能扩展169

4.4工艺流程模拟软件HYSYS169

4.4.1主要应用领域170

4.4.2国内外应用情况170

4.4.3主要功能170

4.4.4热力学方法171

4.4.5附加模块功能172

4.5换热器设计计算软件HTRI173

4.6过程设备强度计算软件SW6174

4.7流体力学分析软件FLUENT175

4.8各专业通用软件列表179

附录 / 182

附录1课程设计封面示例182

附录2工艺流程图示例183

附录3主体设备条件图示例188

附录4塔板结构参数系列化标准191

附录5常用散装填料的特性参数193

附录6常用规整填料的特性参数195

参考文献 / 197

 

根据《华盛顿协议》对工程教育专业认证的要求，化工类专业的学生应该是服务于国民经济建设和化工行业发展，能够在化学工业及其相关过程工业领域从事生产管理、工程设计、技术开发和科学研究等工作的高素质工程技术人才。《化工原理课程设计》与卓越工程师教育培养计划系列教材《化工原理》（李春利主编）相配套，旨在通过课程的优化整合，提高学习者和设计者的工程实践能力和创新能力。本书在编写过程中吸收了编者多年来教学改革的经验和工程实践的成果，力求在内容和体系上有新意。与传统的化工原理课程设计教材相比，本书更注重理论对于工程设计的指导作用，强调在设计过程中采用现代化的设计手段和方法，达到过程参数和设备参数的优化，基本建立“工程 效益”观念。在选材上，我们本着“加强基础、增强专业适用性、培养创新能力”的主导思想，以适应各专业的需要；在处理方法上，注重理论与实践的密切结合，设计示例多具有工业生产或科研实践的背景，有利于培养学生的工程观点及分析解决工程实际问题的能力，增强创新意识。全书包括了化工类生产中常用的换热器、板式塔、填料塔的设计，以及常用化工过程模拟软件的基本功能介绍。对单元过程设计，除讨论流程方案的确定原则、设备选型、工艺尺寸的设计原理和程序外，还介绍了一些成熟的设计软件及辅助设备的计算与选型。所介绍的单元过程都有设计示例，并附有几种设计任务书，可供不同专业选用。本书可作为高等院校化工、制药、材料、生物、食品、安全、环境、能源等相关专业的教材，也可供有关部门从事科研、设计及生产管理的工程技术人员参考。本书由张文林、李春利主编，王洪海、方静、王志英、齐俊杰、苏伟怡、李浩、胡雨奇等老师对本书的编写工作提出了很多建设性的意见和建议，孙腾飞、霍宇、李功伟、和佳明、赵勇琪、王雨昕等研究生参加了部分图表的处理和文字校对工作。本书的编写得到了河北工业大学相关领导和老师的大力支持，在此表示衷心的感谢。由于编者水平有限，书中疏漏和不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。编者2018年6月