化工原理课程设计（李金龙）

《化工原理课程设计》作为化工原理课程系列教材之一，是化工及相关专业化工原理课程设计的教学参考书。本书共分六章内容，包括绪论、Aspen Plus在化工设计中的应用、管壳式换热器设计、塔设备设计、蒸发器设计及干燥器设计，着重介绍了四类常用化工过程及设备的设计资料和设计方法。对于所涉及的化工单元操作，除了强调设计的目的与要求、设计原理及方法外，重点阐述了流程方案的确定、设备选型、工艺尺寸的设计和设计计算方法，此外，还介绍了辅助设备的计算及选型。还给出了相应的设计计算示例，并附设计任务，可供不同类型专业课程设计时选用。

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第1章 绪论 001
1.1 课程设计的目的、要求及内容 001
1.1.1 课程设计的目的、要求 001
1.1.2 课程设计的内容 002
1.2 化工生产工艺流程设计 003
1.2.1 工艺流程图中常见的图形符号 003
1.2.2 工艺流程设计 011
1.2.3 工艺流程设计的基本原则 013
1.3 主体设备设计 013
1.3.1 主体设备工艺条件图 013
1.3.2 主体设备装配图 014
1.4 典型单元设备的控制设计 015
1.4.1 输送设备的控制设计 015
1.4.2 传热设备的控制设计 017
1.4.3 精馏塔设备的控制设计 019
1.5 化工过程技术经济评价 024
1.5.1 技术评价指标 024
1.5.2 经济评价指标 024
1.5.3 工程项目投资估算 025
1.5.4 化工产品的成本估算 027
1.5.5 利润和利润率 029
1.6 设计说明书的编写 029
1.7 化工设计软件的应用 030

第2章 Aspen Plus 在化工设计中的应用 031
2.1 Aspen Plus 简介 031
2.1.1 Aspen Plus 的主要功能和特点 031
2.1.2 Aspen Plus 的物性数据库 032
2.1.3 Aspen Plus 存在的热力学方法 032
2.1.4 Aspen Plus 的热力学模型选择 033
2.1.5 Aspen Plus 的物性估算及分析 033
2.1.6 Aspen Plus 的单元模型库 034
2.2 Aspen Plus 的基本操作 035
2.2.1 Aspen Plus 的启动 035
2.2.2 Aspen Plus 的流程创建 036
2.2.3 Aspen Plus 组分的规定及其他数据输入 037
2.2.4 Aspen Plus 模拟程序的运行 037
2.2.5 Aspen Plus 的管理文件 038
2.2.6 灵敏度分析和设计规定 039
2.2.7 物性分析和物性参数估算 039
2.2.8 物性数据回归 039
2.3 Aspen Plus 中分离器单元模块 040
2.3.1 Flash2 模型 040
2.3.2 Flash3 模型 041
2.3.3 Decanter 模型 042
2.3.4 Sep 模型 043
2.3.5 Sep2 模型 043
2.4 Aspen Plus 中换热器单元模块 043
2.4.1 Heater 模型 044
2.4.2 HeatX 模型 045
2.5 Aspen Plus 中塔设备计算单元模型 049
2.5.1 DSTWU 模型 049
2.5.2 Dist1 模型 051
2.5.3 SCFrac 模型 051
2.5.4 RadFrac 模型 051
2.5.5 Extract 模型 056
2.5.6 MultiFrac 模型 058
2.5.7 PetroFrac 模型 059
2.5.8 RateFrac 模型 059
2.5.9 BatchFrac 模型 059
2.6 Aspen Plus 中反应器单元模型 059
2.6.1 化学计量反应器（RStoic） 060
2.6.2 产率反应器（RYield） 061
2.6.3 平衡反应器（REquil） 062
2.6.4 吉布斯反应器（RGibbs） 063
2.6.5 全混釜反应器（RCSTR） 064
2.6.6 平推流反应器（RPlug） 066
2.6.7 间歇釜反应器（RBatch） 068

第3章 管壳式换热器设计 070
3.1 概述 071
3.2 管壳式换热器的设计 072
3.2.1 概述 072
3.2.2 设计方案的确定 073
3.2.3 管壳式换热器的结构 078
3.2.4 管壳式换热器的设计计算 087
3.2.5 管壳式换热器类型的确定 097
3.3 管壳式换热器的设计示例 099
3.3.1 确定设计方案 099
3.3.2 确定物性数据 099
3.3.3 计算总传热系数 100
3.3.4 计算传热面积 101
3.3.5 工艺结构尺寸 101
3.3.6 换热器核算 102
3.3.7 换热器的主要结构尺寸和计算结果 105

第4章 塔设备设计 106
4.1 概述 108
4.1.1 塔设备的类型 108
4.1.2 塔设备设计的性能要求 109
4.1.3 板式塔与填料塔的比较及选型 109
4.2 板式塔的设计 110
4.2.1 设计方案的确定 111
4.2.2 塔板的类型与选择 112
4.2.3 塔体工艺尺寸的计算 115
4.2.4 塔板工艺尺寸的计算 117
4.2.5 塔板的流体力学验算 127
4.2.6 塔板的负荷性能图 131
4.2.7 板式塔的结构与附属设备 131
4.2.8 筛板塔设计示例 140
4.3 填料塔的设计 152
4.3.1 设计方案的确定 153
4.3.2 填料的类型与选择 155
4.3.3 填料塔工艺尺寸的计算 159
4.3.4 填料层压降的计算 167
4.3.5 填料塔内件的设计 168
4.3.6 填料吸收塔设计示例 175

第6章 蒸发器设计 181
5.1 概述 182
5.1.1 蒸发器的类型 182
5.1.2 蒸发器的选型 186
5.2 单效蒸发与真空蒸发的设计计算 187
5.2.1 单效蒸发的设计计算 187
5.2.2 蒸发器的生产能力与生产强度 191
5.3 多效蒸发 191
5.3.1 多效蒸发的效数及流程 192
5.3.2 多效蒸发的计算 194
5.4 蒸发装置的辅助设备 200
5.4.1 气液分离器 200
5.4.2 蒸气冷凝器 201
5.4.3 真空装置 205
5.5 蒸发设备的强化 205
5.6 蒸发装置的设计示例 206

第6章 干燥器设计 214
6.1 概述 215
6.1.1 干燥器的类型 215
6.1.2 干燥器的选择 216
6.1.3 气流干燥器 217
6.1.4 流化床干燥器 218
6.2 干燥器的设计 219
6.2.1 干燥器的设计步骤 219
6.2.2 干燥条件的确定 219
6.2.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 221
6.3 气流干燥器的设计 224
6.3.1 气流干燥的基础理论 224
6.3.2 气流干燥器的设计计算 226
6.3.3 流化床干燥器的设计计算 228
6.4 干燥装置附属设备的计算与选型 238
6.4.1 风机 238
6.4.2 空气加热器 238
6.4.3 供料器 239
6.4.4 气固分离器 240
6.5 气流干燥器的设计示例 242
6.6 流化床干燥器的设计示例 246
6.7 卧式多室流化床干燥器设计示例 248

参考文献 251

化工原理课程设计是化工及相关专业学生学习的一个总结性和综合性的实践教学过程，与化工原理理论课、化工原理实验课一起构成化工原理课程的三大必修环节，是综合运用化工原理和相关先修课程的所学知识，完成以某一化工单元操作为主的设计。
在本书的编写过程中，编者吸收了多年来教学改革的经验和工程实践的成果，遵循认知规律，面向新工科要求下的化工人才培养，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，本书更注重理论对工程设计的指导作用，引入化工技术经济分析评价，强调现代化设计工具、手段的使用，力求工艺参数和设备参数的优化，使学生初步建立工程观念。在选材上，编者本着“加强基础、增强专业实用性、培养创新能力”的主导思想，以产品精制所用的塔设备为主，辅以换热器设计，让学生从宏观上掌握不同条件对塔设备尺寸影响规律的设计，从微观上熟知操作条件对塔设备结构的变化规律设计；在处理方法上，以现代设计工具Aspen Plus 进行工艺设计，注重理论与实践相结合，以实际工业生产中的工程设计为案例，融入创新思想，培养学生工程观念、解决复杂工程问题的能力和创新意识。
本书按照化工设计的规范和化工原理课程教学的基本要求，共分六章介绍了课程设计的要求、内容及技术经济评价，化工设计软件Aspen Plus 软件，并详细介绍了四类常用化工过程及设备的流程方案的确定原则、设备选型、工艺尺寸的设计和设计计算方法，包括换热器设计、塔设备设计、蒸发器设计、干燥器设计及结晶器设计。所介绍的化工单元操作都有设计计算示例，并附设计任务，可供不同类型专业课程设计时选用。
本书由齐齐哈尔大学李金龙、赵振龙、李峰博主编并统稿。第1章绪论由李金龙执笔，第2章Aspen Plus 在化工设计中的应用、第3章管壳式换热器设计、第5章蒸发器设计由赵振龙执笔，第4章塔设备设计由李峰博执笔，第6章干燥器设计由隋国哲执笔，康泰斯（上海）化学工程有限公司李实提供了Aspen Plus 软件的支持并进行了指导，张伟光、杨长龙、吕君对本书提出了很多宝贵意见。在这里，我们对以各种形式帮助过本书撰写的单位和个人表达深深的敬意和谢意。
在本书的编写中，参考了大量的有关数据和资料，在此向其作者表示感谢！另外，作者向齐齐哈尔大学教务处等对于本书出版所给予的支持表示感谢！
因编者的水平有限，书中不足之处在所难免，恳请读者批评指正，以便我们在今后的工作中加以改进，在此深表谢意。

编者
2023年8月