化工原理课程设计.pdf
化工原理课程设计
化工原理课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握化工原理的基本概念、基本理论和基本方法，包括流体的物理性质、流体力学基本方程、流动和压力降、气液平衡、传质过程等，培养学生分析和解决化工问题的能力。
1.掌握流体的密度、粘度、热导率等物理性质。
2.理解流体力学的基本方程，包括连续方程、动量方程和能量方程。
3.掌握流体流动和压力降的基本理论，包括层流和湍流、管道流动和开放流动等。
4.理解气液平衡的基本原理，包括相图、相律和相变换等。
5.掌握传质过程的基本方法，包括扩散、对流传质和膜传质等。
6.能够运用流体力学基本方程分析流体流动问题。
7.能够计算流体流动和压力降的基本参数，如流速、压力降等。
8.能够分析气液平衡问题，确定相态和相组成。
9.能够运用传质过程的基本方法分析和解决化工问题。
情感态度价值观目标：1.培养学生对化工原理学科的兴趣和热情。
2.培养学生严谨的科学态度和良好的职业道德。
3.培养学生团队协作和自主学习的意识。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括流体的物理性质、流体力学基本方程、流动和压力降、气液平衡、传质过程等。
1.流体的物理性质：包括密度、粘度、热导率等，通过实例讲解其测量方法和应用。
2.流体力学基本方程：讲解连续方程、动量方程和能量方程，并通过实例分析其应用。
3.流动和压力降：讲解层流和湍流的特性，分析管道流动和开放流动的压力降计算方法。
4.气液平衡：讲解相图、相律和相变换的基本原理，并通过实例分析气液平衡问题。
5.传质过程：讲解扩散、对流传质和膜传质的基本方法，并通过实例分析传质问题的解决方法。
三、教学方法本节课采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：用于讲解流体的物理性质、流体力学基本方程、流动和压力降、气液平衡、传质过程等基本概念和理论。
2.讨论法：通过小组讨论，引导学生主动思考和分析化工问题，提高学生的分析和解决问题的能力。
3.案例分析法：通过分析实际化工案例，使学生更好地理解和应用化工原理，培养学生的实际操作能力。
化工原理课程设计第三版课程设计
化工原理课程设计第三版课程设计1. 概述本次课程设计旨在通过实际操作和分析，让学生深入了解化工原理的核心概念和应用技能。
在设计中，学生们将探索化工分离过程的原理、工艺流程设计以及设备的选择和优化等方面的知识。
2. 实验目的本课程设计旨在培养学生以下方面的能力：1.理解化工分离过程的基本原理和特点；2.掌握工艺流程设计和设备选择与优化的方法；3.培养实际操作和分析的能力，并通过设计和分析来掌握化工原理的应用技能。
3. 实验设备•微型蒸馏装置•真空干燥器•震荡器•多层螺旋板塔•分离漏斗•等温滴定计•气相色谱分析仪4. 实验内容4.1 实验1：蒸馏分离乙醇和水4.1.1 实验目的通过蒸馏操作分离出乙醇和水，并对蒸馏过程进行分析和优化，掌握蒸馏分离的基本原理和操作技能。
4.1.2 实验步骤1.分别称取50mL乙醇和水混合溶液，加入微型蒸馏装置中；2.开启蒸馏设备，调整冷却水温度和采样速率；3.收集蒸馏出的乙醇和水，分别测定其含量和纯度，记录数据；4.对蒸馏过程进行分析和优化，根据实验数据推算出最优的蒸馏条件。
4.1.3 实验结果在此处列出实验数据及分析结果。
4.2 实验2：干燥和筛分分离颗粒4.2.1 实验目的通过干燥和筛分操作分离出颗粒，并对操作过程进行分析和优化，掌握干燥和筛分的基本原理和操作技能。
4.2.2 实验步骤1.将颗粒放入真空干燥器内，开启干燥器并设定温度和干燥时间；2.在震荡器内加入干燥后的颗粒，进行筛分操作；3.对干燥和筛分过程进行分析和优化，根据实验数据推算出最优的操作条件。
4.2.3 实验结果在此处列出实验数据及分析结果。
4.3 实验3：多层螺旋板塔分离气体混合物4.3.1 实验目的通过在多层螺旋板塔内对气体混合物进行分离操作，分析其分离机理和选择最优的工艺条件。
4.3.2 实验步骤1.将混合气体通过多层螺旋板塔，进行分离处理；2.对分离后的气体进行收集和测量，记录数据；3.对分离过程进行分析和优化，选择最优的工艺条件。
化工原理课程设计完整版
化工原理课程设计完整版一、教学目标本课程旨在让学生掌握化工原理的基本概念、理论和方法，了解化工生产的基本过程和设备，培养学生运用化工原理解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）理解化工原理的基本概念和原理；（2）熟悉化工生产的基本过程和设备；（3）掌握化工计算方法和技能。
2.技能目标：（1）能够运用化工原理解决实际问题；（2）具备化工过程设计和优化能力；（3）学会使用化工设备和仪器进行实验和调试。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的团队合作意识和沟通能力；（2）增强学生对化工行业的认识和兴趣；（3）培养学生对科学研究的热爱和责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.化工原理基本概念和原理：包括溶液、蒸馏、吸收、萃取、离子交换等基本操作原理和方法。
2.化工生产过程和设备：包括反应器、换热器、蒸发器、膜分离设备等的基本结构和原理。
3.化工计算方法：包括物料平衡、热量平衡、质量平衡等计算方法。
具体教学大纲安排如下：第1-2周：化工原理基本概念和原理；第3-4周：化工生产过程和设备；第5-6周：化工计算方法。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解基本概念、原理和方法，引导学生理解和掌握；2.案例分析法：分析实际案例，让学生学会运用化工原理解决实际问题；3.实验法：进行实验操作，培养学生的实践能力和实验技能；4.小组讨论法：分组讨论，培养学生的团队合作意识和沟通能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：《化工原理》；2.参考书：相关化工原理的教材和学术著作；3.多媒体资料：教学PPT、视频、动画等；4.实验设备：反应器、换热器、蒸发器、膜分离设备等。
以上教学资源将用于支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等多个方面，以全面客观地评价学生的学习成果。
1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等形式的评估，考察学生的学习态度和理解能力。
化工原理课程设计柴诚敬
化工原理课程设计 柴诚敬一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握化工原理的基本概念，如流体力学、热力学、传质与传热等；2. 学会运用化学工程的基本原理分析典型化工过程中的现象与问题；3. 掌握化工流程设计的基本方法和步骤，能结合实际案例进行流程分析与优化。
技能目标：1. 能够运用数学工具解决化工过程中的计算问题，如物料平衡、能量平衡等；2. 培养学生运用实验、图表、模拟等方法对化工过程进行研究和评价的能力；3. 培养学生团队协作、沟通表达及解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理学科的兴趣和热爱，激发学习积极性；2. 增强学生的环保意识，使其认识到化工过程对环境的影响及责任感；3. 培养学生严谨、求实的科学态度，提高其创新意识和实践能力。
本课程针对高年级学生，结合化工原理课程性质，注重理论与实践相结合，旨在培养学生运用基本原理解决实际问题的能力。
教学要求以学生为中心，注重启发式教学，激发学生的主动性和创造性。
课程目标分解为具体学习成果，以便于后续教学设计和评估。
通过本课程的学习，使学生能够全面掌握化工原理知识，为未来从事化工领域工作打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括：1. 化工流体力学基础：流体静力学、流体动力学、流体阻力与流动形态等；参考教材第二章：流体力学基础。
2. 热力学原理及应用：热力学第一定律、第二定律，以及理想气体、实际气体的热力学性质；参考教材第三章：热力学原理及其在化工中的应用。
3. 传质与传热过程：质量传递、热量传递的基本原理，以及相应的传递速率计算；参考教材第四章：传质与传热。
4. 化工过程模拟与优化：介绍化工过程模拟的基本方法，如流程模拟、动态模拟等，以及优化策略；参考教材第五章：化工过程模拟与优化。
5. 典型化工单元操作：分析各类单元操作的基本原理及设备选型，如反应器、塔器、换热器等；参考教材第六章：典型化工单元操作。
教学大纲安排如下：第一周：化工流体力学基础；第二周：热力学原理及应用；第三周：传质与传热过程；第四周：化工过程模拟与优化；第五周：典型化工单元操作。
化工原理课程设计
化工原理课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握化工原理的基本概念和基本原理，了解化工过程的基本单元操作，包括流体流动、传质、传热等，培养学生分析和解决化工问题的能力。
具体来说，知识目标包括：1.掌握流体流动的基本原理和计算方法；2.了解传质和传热的基本原理和计算方法；3.掌握化工过程的基本单元操作和流程。
技能目标包括：1.能够运用流体流动、传质、传热的基本原理分析和解决实际问题；2.能够运用化工原理的基本单元操作设计和优化化工过程。
情感态度价值观目标包括：1.培养学生的科学精神和创新意识，使其能够积极面对和解决化工过程中的问题；2.培养学生的团队合作意识和责任感，使其能够有效地参与和完成化工项目。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括化工原理的基本概念、基本原理和基本单元操作。
具体来说，教学大纲如下：1.流体流动：流体的性质、流动的类型和计算方法；2.传质：传质的类型和计算方法、传质的设备；3.传热：传热的基本原理和计算方法、传热的设备；4.化工过程的基本单元操作：反应器、分离器、输送设备等。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
具体来说：1.讲授法：通过教师的讲解，让学生掌握化工原理的基本概念和基本原理；2.讨论法：通过小组讨论，让学生深入理解和掌握化工原理的知识；3.案例分析法：通过分析实际案例，让学生了解化工过程的基本单元操作和流程；4.实验法：通过实验操作，让学生亲自体验和验证化工原理的知识。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：化工原理教材，用于提供基础知识和理论框架；2.参考书：化工原理相关参考书，用于提供更多的知识和案例；3.多媒体资料：化工原理相关的视频、图片等资料，用于辅助讲解和展示；4.实验设备：化工原理实验设备，用于进行实验操作和验证。
化工原理课程设计 最终版
广州大学生命科学学院《化工原理》课程设计精馏塔设计设计题目：甲醇——水二元混合物连续精馏塔的设计姓名：班级：学号：指导老师：邹汉波设计时间：2017年1月目录前言 (4)课程设计任务书 (5)第一章设计方案的确定 (6)1.1 概述 (6)1.2基本原理 (6)1.3设计方案原则 (6)1.4 设计方案的确定 (7)1.5塔板类型的选择 (7)1.6操作压力 (7)1.7进料状态 (7)1.8加热方式 (7)1.9回流比 (7)1.10热能利用 (7)1.11工艺流程示意图 (8)第二章塔板的工艺计算 (10)2.1 全塔物料衡算 (10)2.2 塔板数的确定 (11)第三章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (17)3.1操作压力的计算 (17)3.2操作温度的计算 (17)3.3平均摩尔质量计算 (17)3.4平均密度计算 (18)3.5液体平均张力计算 (20)3.6液体平均粘度计算 (21)第四章精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (22)4.1塔径 (22)4.2精馏塔有效高度计算 (25)第五章溢流装置的计算 (26)5.1 溢流堰 (26)5.2受液盘 (27)5.3 弓形降液管的宽度和横截面积 (28)5.4降液管底隙高度h0 (29)5.5塔板布置及浮阀数目及排列 (30)第六章塔板的流体力学计算 (33)6.1 气体通过浮阀塔板的压降 (33)6.2 液泛 (36)6.3 雾沫夹带 (37)6.4 漏液校核 (41)6.5 塔的负荷性能图 (42)第七章精馏塔的结构设计 (48)7.1筒体及封头 (48)7.2 裙座 (50)7.3人孔 (51)7.4吊柱 (52)7.5除沫器 (53)7.6操作平台及梯子 (55)7.7接管 (55)7.8法兰的选择 (57)7.9塔总体高度的设计 (68)第八章设计结果汇总 (60)参考文献. (64)结束语. (65)前言课程设计是课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。
化工原理课程设计
运用化工原理及相关课程的基础理论，结合工程实际，采用计算机辅助设计软 件等工具，进行工艺流程模拟与优化、设备选型和计算、车间布置设计等。
02
化工原理基础知识
化工过程基本原理
质量守恒定律
在任何化工过程中，物质的质量不会凭 空产生或消失，只会从一种形式转化为 另一种形式。
能量守恒定律
在化工过程中，能量既不能被创造也不 能被消灭，只能从一种形式转化为另一 种形式。
作品三
点评其环保理念在设计中的体现，减少对环境的污染并实现可持续发展。
作品四
点评其综合运用化工原理知识，解决复杂工程问题的能力。
06
课程总结与展望
本次课程总结回顾
课程目标与内容
本次化工原理课程设计旨在通过实践应用化工原理知识，培养学生分析和解决工程问题的能力。课程内容包括流体流 动、传热、传质分离等基础实验，以及工艺流程设计、设备选型和模拟优化等综合项目。
据。
02
数据处理
对采集到的数据进行整理、分 类和计算，得出实验结果。
03
数据分析
运用统计分析方法，对实验结 果进行解释和评估，验证实验
假设。
结果讨论与改进措施
结果讨论
将实验结果与预期目标进行比较，分析差异 原因，总结实验经验。
改进措施
针对实验过程中出现的问题和不足，提出改 进方案和优化措施。
实验报告
学习态度与方法
回顾本次课程设计，我认为自己在学 习态度和方法上还存在一些问题。例 如，有时过于追求速度而忽略了细节 和准确性；在遇到困难时缺乏耐心和 毅力，容易放弃或寻求他人帮助。为 了改进这些问题，我需要更加专注和 细心地对待每一个任务，并学会独立 思考和解决问题。
对未来学习的建议与展望
化工原理课程设计（乙醇和水的分离）
化⼯原理课程设计（⼄醇和⽔的分离）化⼯原理课程设计课题名称⼄醇-⽔分离过程筛板精馏塔设计院系可再⽣能源学院班级应⽤化学0901班学号 1091100128学⽣蔡⽂震指导⽼师覃吴设计周数 1⽬录⼀、化⼯原理课程设计任务书 (4)1.1设计题⽬ (4)1.2原始数据及条件： (4)⼆、塔板⼯艺设计 (4)2.1精馏塔全塔物料衡算 (4)2.2⼄醇和⽔的物性参数计算 (5)2.2.1 温度 (5)2.2.2 密度 (6)2.2.3相对挥发度 (9)2.2.4混合物的黏度 (9)2.2.5混合液体的表⾯⼒ (9)2.3塔板的计算 (10)2.3.1 q、精馏段、提留段⽅程计算 (10)2.3.2理论塔板计算 (12)2.3.3实际塔板计算 (12)2.4操作压⼒的计算 (13)三、塔体的⼯艺尺⼨计算 (13)3.1塔径的初步计算 (13)3.1.1⽓液相体积流量计算 (13)3.1.2塔径计算 (13)3.2塔体有效⾼度的计算 (15)3.3精馏塔的塔⾼计算 (16)3.4溢流装置 (16)3.4.1堰长 (16)3.4.2溢流堰⾼度 (16)3.4.3⼸形降液管宽度和截⾯积 (17)3.5塔板布置 (17)3.5.1塔板的分块 (17)3.5.2边缘区宽度的确定 (18)3.5.3开孔区⾯积计算 (18)3.5.4筛孔计算及其排列 (18)四、筛板的流体⼒学验算 (19)4.1塔板压降 (19)4.1.1⼲板阻⼒ (19)4.1.2⽓体通过液层的阻⼒ (19)4.1.3液体表⾯⼒的阻⼒（很⼩可以忽略不计） (20)4.1.4⽓体通过每层板的压降 (20)4.2液沫夹带 (20)4.3漏液 (21)4.4液泛 (21)五、塔板负荷性能图 (22)5.1漏液线 (22)5.2液沫夹带线 (22)5.3液相负荷下限线 (24)5.4液相负荷上限线 (24)5.5液泛线 (24)5.6图表汇总及负荷曲线图 (26)六、主要⼯艺接管尺⼨的计算和选取 (26)七、课程设计总结 (27)⼋、参考⽂献 (28)⼀、化⼯原理课程设计任务书1.1设计题⽬分离⼄醇⼀⽔筛板精馏塔的设计1.2原始数据及条件：⽣产能⼒：年处理⼄醇⼀⽔混合液2.6万吨/年（约为87吨/天）。
化工原理课程设计完整版
————大学化工原理课程设计说明书专业：班级：学生姓名：学生学号：指导教师：提交时间：成绩：化工原理课程设计任务书专业班级设计人一、设计题目分离乙醇-水混合液（混合气）的填料精馏塔二、设计数据及条件生产能力：年处理乙醇-水混合液（混合气）：0.7 万吨（开工率300天/年）；原料：乙醇含量为40 %（质量百分率，下同）的常温液体（气体）；分离要求：塔顶乙醇含量不低于（不高于）93 %；塔底乙醇含量不高于（不低于）0.3 %。
建厂地址：沈阳三、设计要求（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：1、前言；2、流程的确定和说明（附流程简图）；3、生产条件的确定和说明；4、精馏（吸收）塔的设计计算；5、附属设备的选型和计算；6、设计结果列表；7、设计结果的讨论与说明；8、注明参考和使用的设计资料；9、结束语。
（二）绘制一个带控制点的工艺流程图（2#图）（三）绘制精馏（吸收）塔的工艺条件图（坐标纸）四、设计日期：2012 年03 月07 日至2012 年03 月18 日目录前言 (1)第一章流程确定和说明 (2)1.1加料方式的确定 (2)1.2进料状况的确定 (2)1.3冷凝方式的确定 (2)1.4回流方式的确定 (3)1.5加热方式的确定 (3)1.6再沸器型式的确定 (3)第二章精馏塔设计计算 (4)2.1操作条件与基础数据 (4)2.1.1操作压力 (4)2.1.2气液平衡关系与平衡数据 (4)2.1.3回流比 (4)2.2精馏塔工艺计算 (5)2.2.1物料衡算 (5)2.2.2 热量衡算 (9)2.2.3理论塔板数的计算 (12)2.2.4实际塔板数的计算 (13)2.3精馏塔主要尺寸的设计计算 (15)2.3.1塔和塔板设计的主要依据和条件 (15)2.3.2. 塔体工艺尺寸的计算 (18)2.3.3填料层高度的计算 (21)2.3.4填料层压降的计算 (22)2.3.5填料层的分段 (24)第三章附属设备及主要附件的选型计算 (25)3.1冷凝器的选择 (25)3.1.1 冷凝剂的选择 (25)3.2再沸器的选择 (26)3.2.1间接加热蒸气量 (26)3.2.2再沸器加热面积 (26)3.3塔内其他构件 (27)3.3.1 接管的计算与选择 (27)3.3.2 液体分布器 (29)3.3.3 除沫器的选择 (30)3.3.4 液体再分布器 (31)3.3.5填料及支撑板的选择 (31)3.3.6裙座的设计 (31)3.3.7手孔的设计 (32)3.3.8 塔釜设计 (32)3.3.9 塔的顶部空间高度 (32)3.4精馏塔高度计算 (32)第四章设计结果的自我总结和评价 (34)4.1精馏塔主要工艺尺寸与主要设计参数汇总表 (34)4.2精馏塔主要工艺尺寸 (34)4.3同组数据比较 (35)4.4设计结果的自我总结与评价 (35)附录 (37)一、符号说明 (37)二、不同设计条件下设计结果比较 (38)前言在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。
王卫东化工原理课程设计
王卫东化工原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握化工原理中的基本概念，如反应速率、化学平衡、传质过程等；2. 掌握化工过程中的基本计算方法，如物质的量、浓度、转化率等计算；3. 了解化工设备的基本原理和结构，如反应釜、塔设备、换热器等。
技能目标：1. 能够运用所学原理分析和解决实际问题，如设计简单的化工流程、计算反应所需物质量等；2. 能够运用实验方法和设备进行简单的化工实验，如测定反应速率、分析物质成分等；3. 能够运用图表、数据和文字表达实验结果，进行数据分析。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理学科的兴趣和热情，激发探究精神；2. 培养学生的团队合作意识，学会与他人共同解决问题；3. 增强学生的环保意识，了解化工生产过程中的环保要求。
本课程针对高中年级学生，结合化工原理学科特点，注重理论联系实际，提高学生的实践操作能力。
课程目标具体、可衡量，旨在使学生掌握化工原理的基本知识，培养实际操作技能，同时注重情感态度价值观的培养，为后续学习打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，紧密结合教材，确保科学性和系统性。
主要包括以下部分：1. 化工原理基本概念：反应速率、化学平衡、传质过程等；- 教材章节：第一章 化工基本概念2. 化工过程中的基本计算方法：物质的量、浓度、转化率等计算；- 教材章节：第二章 化工计算3. 化工设备基本原理和结构：反应釜、塔设备、换热器等；- 教材章节：第三章 化工设备4. 实验方法和设备：测定反应速率、分析物质成分等；- 教材章节：第四章 化工实验方法5. 实际案例分析：设计简单的化工流程、计算反应所需物质量等；- 教材章节：第五章 化工案例分析教学进度安排如下：第一周：基本概念学习，反应速率和化学平衡；第二周：化工计算，物质的量、浓度、转化率；第三周：化工设备原理和结构；第四周：实验方法和设备，进行简单实验；第五周：实际案例分析，设计化工流程。
化工原理课程设计 (2)(2013)
6、塔板负荷性能图；
7、辅助设备计算与选型（泵、再沸器及冷 凝器） 8、筛板塔的工艺设计计算结果总表 ； 9、筛板塔接管尺寸一览表 10、设计讨论 11、参考文献 12、附属图纸（理论板图解图、塔板负荷 性能图、塔板结构示意图及工艺流程图）
2013-6-24
四、精馏塔工艺设计
计算前先查出物性数据。
2013-6-24
4、塔板工艺尺寸计算
安定区
开孔区
受 液 区
降 液 管
溢流堰
2013-6-24
2013-6-24
2013-6-24
（1）溢流装置的设计
2013-6-24
液相负荷、塔径与液流型式的关系
液体流量L，m3/h 塔径D，mm U形流 单溢流 双溢流
1000 1400 2000 3000 4000 5000
7以下 9以下 11以下 11以下 11以下 11以下
45以下 70以下 90以下 110以下 110以下 110以下
90～160 110～200 110～230 110～250
2013-6-24
1) 出口堰（溢流堰）
(0.6 ~ 0.8) D
堰长
，单溢流
lW
(0.5 ~ 0.6) D
，双溢流
塔径标准化以后，应重新验算液沫夹带量，必要时在此先进 行塔径的调整，然后再决定塔板结构的参数，并进行其它各 项计算。
2013-6-24
塔有效高度：
H HD ( N p 2 S ) HT S H HF HB
' T
式中 HD——塔顶空间，m；
HB——塔底空间，m；
HT——塔板间距，m； HT’——开有人孔的塔板间距，m； HF——进料段高度，m； Np——实际塔板数； S——人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间的人孔）。
化工原理课程设计
化工原理课程设计一、背景化工原理是化学工程领域中的基础学科之一，是化学工程师必须掌握的科目。
本课程设计旨在巩固和深化学生对化工原理相关理论知识的理解，同时培养学生分析和解决实际问题的能力。
二、设计内容1. 课程设计主题本课程设计的主题是“设计一座化工厂”。
学生需设计一个化工流程，包括原料和中间产物的处理、反应器的选择、反应条件的调整等方面，并进行流程图、平衡方程和能量平衡计算。
2. 设计流程•第一步：确定设计要求和条件学生需按照实际工业生产中的要求和条件，确定设计的物料、产量、品质等关键参数。
•第二步：选择反应方案根据要求和条件，学生需选择相应的反应方案，并确定反应器类型和大小。
•第三步：制定工艺流程学生需制定处理原料和中间产物的工艺流程，并考虑各处理步骤的顺序和影响。
•第四步：进行物料平衡和能量平衡计算根据工艺流程和反应方案，进行物料平衡和能量平衡计算。
学生需考虑原料和中间产物的用量，反应产物的生成和转化，以及反应过程中放热或吸热的情况。
•第五步：绘制流程图和平衡方程根据计算结果，学生需绘制流程图和平衡方程，并进行统一的单位换算。
•第六步：进行方案评估和改进根据计算结果和实际情况，学生需对方案进行评估和改进，并提出可行的解决方案。
3. 设计要求和评分标准•设计要求：根据指定的原料和条件，设计化工流程，并进行物料平衡和能量平衡计算，绘制流程图和平衡方程。
要求数据准确，计算正确，创新性强，表达清晰。
•评分标准：–设计思路和方案（30%）–物料平衡和能量平衡计算（30%）–流程图和平衡方程（20%）–书面报告（20%）三、学习目标与作用1. 学习目标通过本课程设计，学生具备以下能力：•掌握化工流程设计的基本方法和技巧；•熟练掌握物料平衡和能量平衡计算方法；•熟悉各种反应器的特点和应用；•具有较强的思考和解决问题的能力。
2. 学习作用本课程设计的实践意义非常重要，它对培养化学工程师的实际操作能力和实际应用能力都具有非常重要的作用。
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一、设计任务书1、设计题目：填料吸收塔的设计2、设计任务：试设计一填料吸收塔，用于脱除合成氨尾气中的氨气，要求塔顶排放气体中含氨低于200ppm，采用清水进行吸收3、工艺参数与操作条件（1）工艺参数表1—1尾气处理量（Nm3/h）混合气组成（%）NH3 H2 N2 CH4+Ar2020 8 60 20 12（2）操作条件①常压吸收：P0=101.3kPa②混合气体进塔温度：30℃③吸收水进塔温度：20℃。
4、设计项目：（1）流程的确定及其塔型选择；（2）吸收剂用量的确定；（3）填料的类型及规格的选定；（4）吸收塔的结构尺寸计算及其流体力学验算，包括：塔径、填料层高度及塔高的计算；喷淋密度的校核、压力降的计算等；（5）吸收塔附属装置选型：喷淋器、支承板、液体再分布器等；（6）附属设备选型：泵、风机附：1、NH3H2O系统填料塔吸收系数经验公式：k G a=cG m W L nk L a=bW L P式中k G a——气膜体积吸收系数，kmol/m2.h.atmk L a——液膜何种吸收系数，l/hG——气相空塔质量流速，kg/m2.hW L——液相空塔流速，kg/m2.h表1—2，查手册（李功样《常用化工单元设备设计》华南理工大学出版社得）填料尺寸（mm） c m n B P 12．5 0．0615 0．9 0．39 0．11 0．65 25．0 0．139 0．77 0．2 0．03 0．78 ≥38.0 0．0367 0．72 0．38 0．027 0．782、（氨气—水）二成分气液平衡数据表1—3序号温度（℃）（液相）x（NH3液相摩尔分率）p NH3(mmHg)（NH3平衡分压）1 22.32 0.005 2.932 24.64 0.01 6.973 26.95 0.015 12.094 29.27 0.02 18.395 31.58 0.025 266 33.89 0.03 35.17 36.2 0.035 45.868 38.51 0.04 58.59 40.8 0.045 73.2110 43.12 0.05 90.29二、工艺流程示意图（带控制点）三、流程方案的确定及其填料选择的论证1、塔型的选择：塔设备是能够实现蒸馏的吸收两种分离操作的气液传质设备，广泛地应用于化工、石油化工、石油等工业中，其结构形式基本上可以分为板式塔和填料塔两大类。
在工业生产中，一般当处理量较大时采用板式塔，而当处理量小时多采用填料塔。
填料塔不仅结构简单，而且阻力小，便于用耐腐蚀材料制造，对于直径较小的塔，处理有腐蚀性的物料或要求压降较小的真空蒸馏系统，填料塔都具有明显的优越性。
根据本设计任务，是用水吸收法除去合成氨生产尾气的氨气，氨气溶于水生成了具有腐蚀性的氨水；本设计中选取直径为600mm，该值较小，且Φ800mm 以下的填料塔对比板式塔，其造价便宜。
基于上述优点，因此本设计中选取填料塔。
2、填料塔的结构填料塔的主要构件为：填料、液体分布器、填料支承板、液体再分器、气体和液体进出口管等。
3、操作方式的选择对于单塔，气体和液体接触的吸收流程有逆流和并流两种方式。
在逆流操作下，两相传质平均推动力最大，可以减少设备尺寸，提高吸收率和吸收剂使用效率，因此逆流优于并流。
因此，本设计采用逆流。
4、吸收剂的选择（1）水对由 NH3、H2、N2 、CH4+Ar组成的混合气中的NH3的溶解度很大，而对除NH3外的其它组成基本上不吸收或吸收甚微；（2）在操作温度下水的蒸气压小、粘度较低、不易发泡，可以减速少溶剂的损失，操作高效稳定。
（3）水具有良好的化学稳定性和热稳定性，不易燃、不易爆，安全可靠；（4）水无腐蚀性、无毒性、无环境污染；（5）水价廉易得，十分经济。
因此选用水作为吸收剂。
5、填料的选择鲍尔环的构造是在拉西环的壁上开两排长方形窗口，被切开的环壁形成叶片，一边与壁相连，另一端向环内弯曲，并在中心处与其他叶片相搭。
鲍尔环的构造提高了环内空间和环内表面的有效利用率，使气体阻力降低，液体分布有所改善，提高了传质效果；其结构简单，制造容易，价格低廉，因此本设计采用塑料鲍尔环。
四、工艺及填料塔计算1、物料衡算（1）近似取塔平均操作压强为101.3kPa，进塔混合气中各组分的量为混合气量：混合气中氨气量：操作条件下总气量：m3氨气的体积流量： m3/h m3/h其余数据同理可得出，结果见表4—1：表4—1流量进塔气量成分m3/h kmol/h kg/h H21345.19 54.11 108.22N2448.40 18.04 505 CH4+Ar 269.04 10.82 173.15NH3179.35 7.21 122.64总计2241.98 90.18 909.01（2）混合气进出塔的摩尔组成为：y1=0.08 y2=0.0002，y1为混合气进塔的摩尔组成；y2为混合气出塔的摩尔组成。
（3）混合气进出塔的摩尔比组成Y1=y1/(1-y1)=8.696%,即进塔时的摩尔比；Y2=y2/(1-y2)=0.02%,即出塔时的摩尔比。
（4）出塔混合气量可求得氨气回收率η=G(Y1-Y2)/(GY1)=1-Y2/Y2=99.77%则可得NH3出塔时的体积流量：179.35×(1-99.77%)=0.4125m3/h混合气中氨气量：7.21×(1-99.77%)=0.0166kmol/h=0.0166×17=0.2821kg/h 而其余气体即视为惰性气体，溶解度很小，可忽略不计，即和进塔时的气量一样，结果见表4—2：表4—2流量成分出塔气量m3/h kmol/h kg/hH21345.19 54.11 108.22N2448.40 18.04 505 CH4+Ar 269.04 10.82 173.15NH30．4125 0．0166 0．2821总计2063．04 82．99 786．65 2、热量衡算与气液平衡曲线表4—3 各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据序号t/（℃）X(摩尔分率)XNH3平衡分压P/(kPa)m E/kPa H y Y*1 22.32 0.005 0.0050250．39 0.77 78 0.71 0.004 0.0038712 24.64 0.01 0.0101010．93 0.92 93 0.60 0.009 0.0092583 26.95 0.015 0.0152281．61 1.06 107.3 0.52 0.016 0.0161694 29.27 0.02 0.0204082．45 1.21 122.5 0.45 0.024 0.0248045 31.58 0.025 0.0256413．46 1.37 138.4 0.40 0.034 0.0354316 33.89 0.03 0.0309284．67 1.54 155.7 0.36 0.046 0.0484337 36.2 0.035 0.0362696．10 1.72 174.3 0.32 0.060 0.0642348 38.51 0.04 0.0416677．78 1.92 194.5 0.29 0.077 0.0834159 40.8 0.045 0.047129．74 2.14 216.4 0.26 0.096 0.10662610 43.12 0.05 0.05263212．01 2.37 240.2 0.23 0.119 0.134857注：（1） NH3平衡分压P/（kPa）由p NH3(mmHg)×0.133可得；（2） y= p NH3/p0，Y*=y/(1-y)可得，P0=101.3kPa为标准大气压；（3）吸收剂为清水，X2=0。
查相关资料得知，氨气溶于水的亨利系数E可用右式计算：E=P/x由上式计算相应的E值，且m=E/P，分别将相应的E值及相平衡常数m的计算值列于表4-3的第6、7列。
由Y*=y/(1-y)=P/(P0-P)关系求取对应m及X的Y*，结果列于表4-3第9列。
①根据X- Y*数据，用Excel作表拟合绘制平衡曲线OE如图2-1，拟合曲线方程为：Y=4×106X4-69575X3+27895X2+639.3X-0.033由图2-1可查得，当Y1=0.08696时，X1*=0.042944。
最小吸收剂用量L min=G(Y1-Y2)/( X1*-X2)=取安全系数 1.8,则有安全用水量L=1.8×L min=167.62×1.8==5430.96kg/h②根据X-t数据，用Excel作图得图2-2，X-t图如下：图2-2 X-t图③根据x-P数据，用Excel作图得图2-3，x-P图如下：图2-3 x-P④根据X-H数据，用Excel作图得图2-4，X-H图如下：图2-4 X-H3、塔吸收液浓度X1物料衡算式：G（Y1-Y2）=L（X1-X2）所以 X1=G（Y1-Y2）/L+X24、操作线方程逆流吸收塔的操作线方程式为：Y=（Y2X2）将已知参数代入得将以上操作线绘于图2-1中，为BT直线。
5、塔径的计算因塔底气液负荷大，故按塔底条件计算：塔底混合气体温度30℃，X1=0.02386，由图2-3 X-t图查得塔底吸收30.70℃,设计压力取为塔的操作压力101.3kPa。
塔径的计算公式为：，u=（0.5~0.85）u f图5-1通用关联图，出自手册（李功样《常用化工单元设备设计》华南理工大学出版社）图5-1通用关联图（1）采用埃克特通用关联图计算泛点气速u f1)有关数据计算塔底混合气体质量流量W G=909.01kg/h吸收液的质量流量W L=5430.96+122.64- 0.2821)=5553.32kg/h进塔混合气体密度混合气体的分子量ρG m3由手册（李功样《常用化工单元设备设计》华南理工大学出版社）可查得吸收液（水）的密度为995.7kg/m3；吸收液粘度为μL=0.7890mPa.m。
经比较，选D=38mm的塑料鲍尔环（米）。
查表可得，其填料因子фF=184m-1，比表面积a t=155m2/m3。
2)关联图的横坐标值3)由关联图查得纵坐标值为0.133故泛点气速u F=4.273m/s（2）操作气速u=0.5u F=2.5638（3）塔径则取塔径为0.6m即为D=600mm，那么D/d=600/50=12＞10，满足鲍尔环的要求。
（4）核算气速（5）核算喷淋密度的环形填料最小润湿率为0.08m3/(m2.h)，最小喷淋密度：由于故满足要求。
6、填料层高度的计算由图1可见，平衡曲线的弯曲程度不大，本设计采用传质单元数法分两段计算吸收塔的填料层高度：（1）传质单元高度H OG的计算由表1-2查得相关参数数据，c=0.0367、m=0.72、n=0.38、b=0.027、P=0.78，由经验公式可得∴平衡线的斜率为惰性量V=82.97 kmol/h，D=0.6m∴（2）传质单元数的计算在图2-1把Y轴上分成50等分，编号如表6-1。