化工原理课程设计（叶世超）

《化工原理课程设计》是化工类学生在学完化工原理及先修课程之后，进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的实践性教学环节。本课程是以生产实际为背景，以化工厂单元操作设备的设计为课题，完成该单元操作关键设备工艺设计的教学过程，具有很强的工程性。学生在教师的指导下，通过查阅文献资料，收集物性数据，独立完成化工设备的工艺设计和工程图纸绘制，后以设计说明书的形式提交设计结果。引用宋代大文学家苏轼的一句名言，“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。学生通过以工业生产为题材的设计实践，运用所学专业知识分析和解决工程实际问题，掌握化工单元操作设备设计的基本方法，学会使用化工工程师的语言体系撰写设计文件。学生在实战演练中，可提高自身的专业素养，取得丰硕的收获，真切感受到学习的快乐。

本书共分七章，内容包括：化工原理课程设计基础、液体搅拌设备设计、换热器设计、板式精馏塔设计、填料吸收塔设计、干燥器设计、结晶器设计。对于所涉及的化工单元操作，除讨论工艺技术方案的选择原则、设备选型、工艺尺寸的设计方法外，还给出了设计计算示例，并附有系统工艺流程图和设备工艺条件图。

编者努力探索并吸收了多年来教学改革和产学研成果，力求在内容上体现自身特色，着重突出以下两点：，把多年积淀的科学研究和工程技术成果经过转化和整理，作为设计示例编写到本书中来，使其在内容取材上具有一定的新颖性；第二，各单元操作都绘制了带控制点的工艺流程图和设备工艺条件图，使学生更好掌握化学工程师的语言，即不仅能对化工过程进行阐述和计算，而且能绘制规范的工程图纸。此外，在板式精馏塔设计中还讨论了设计新塔的操作性能，以期深化化工单元操作的教学内容。

参加本书编写的人员及分工如下：

第1章 化工原理课程设计基础 叶世超

第2章 液体搅拌设备设计 刘长军

第3章 换热器设计 叶世超 谢 锐

第4章 板式精馏塔设计 叶世超

第5章 填料吸收塔设计 叶世超

第6章 干燥器设计

 气流干燥器设计 叶世超 易美桂

 喷雾干燥器设计 金 央 付晓蓉

 流化床干燥器设计 罗建洪 周 勇

第7章 结晶器设计 金 央

在本书编写过程中，攀钢集团煤化工公司教授级高级工程师张初永提供了宝贵意见，曹丽淑老师为填料吸收塔设计提供了帮助，在此表示感谢。

由于编者水平有限，书中不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

编者 

2021年1月

《化工原理课程设计》作为化工原理课程系列教材之一，是化工类专业化工原理课程设计的教学参考书。本书共分七章，内容包括：化工原理课程设计基础、液体搅拌设备设计、换热器设计、板式精馏塔设计、填料吸收塔设计、干燥器设计、结晶器设计。对于所涉及的化工单元操作，除讨论流程方案的选择原则、设备选型、工艺尺寸的设计计算方法外，还给出了相应的设计示例，并附有系统工艺流程图和主体设备工艺条件图。

本书可作为化工、制药、轻工、食品、生物、能源、环境等专业化工原理课程设计的教学参考书，也可供化工领域从事设计、生产与管理工作的工程技术人员参考。

第1章 化工原理课程设计基础

1.1 化工原理课程设计的目标和要求 1

1.2 化工原理课程设计的主要内容 1

1.2.1 化工单元操作工艺设计 1

1.2.2 机械制图 2

1.2.3 编写设计说明书 2

1.3 化工工艺流程图设计 3

1.3.1 工艺流程图中常见的图形符号 3

1.3.2 带控制点的工艺流程图画法 8

1.4 主体设备工艺条件图 9

1.5 化工原理课程设计常用参数 9

1.5.1 物性参数 9

1.5.2 过程参数 10

1.5.3 结构参数 10

1.5.4 生产指标 11

1.6 物性数据 11

1.6.1 混合物的密度 11

1.6.2 混合物的黏度 12

1.6.3 混合物的热导率 13

1.6.4 混合物的比热容 13

1.6.5 混合液体表面张力 14

1.6.6 蒸发潜热 15

1.6.7 液体饱和蒸气压 15

符号说明 16

参考文献 16

第2章 液体搅拌设备设计

2.1 概述 17

2.1.1 搅拌操作的原理简介 17

2.1.2 机械搅拌设备的基本结构 18

2.1.3 机械搅拌器的类型及选择 19

2.2 机械搅拌设备的设计 23

2.2.1 机械搅拌设备设计过程 23

2.2.2 搅拌功率的计算 24

2.2.3 搅拌设备中的传热计算 29

2.2.4 搅拌槽内的附件 35

2.2.5 搅拌器配套电动机及减速器的选型 36

2.3 机械搅拌设备设计示例 38

2.4 机械搅拌系统工艺流程图和设备工艺条件图 42

附：机械搅拌设备设计任务两则 45

符号说明 46

参考文献 47

第3章 换热器设计

3.1 概述 48

3.2 列管式换热器的设计 48

3.2.1 设计方案的确定 49

3.2.2 管壳式换热器的结构 52

3.2.3 管壳式换热器的设计计算 55

3.3 管壳式换热器工艺设计示例 63

3.4 系统工艺流程图和设备工艺条件图 69

附：换热器设计任务两则 72

符号说明 73

参考文献 73

第4章 板式精馏塔设计

4.1 概述 74

4.1.1 塔设备的类型与性能 74

4.1.2 塔设备技术的发展 74

4.2 板式精馏塔工艺设计 75

4.2.1 设计方案 75

4.2.2 塔板类型 76

4.2.3 塔体工艺尺寸设计 78

4.2.4 塔板工艺尺寸设计 80

4.2.5 塔板流体力学验算 86

4.2.6 塔板负荷性能图 89

4.2.7 附属设备 89

4.3 筛板塔工艺设计示例 91

4.4 系统工艺流程图和设备工艺条件图 110

4.5 板式精馏塔操作型计算 113

4.5.1 概述 113

4.5.2 板式精馏塔操作型计算方法 113

4.5.3 板式精馏塔操作型计算示例 114

4.6 设计思考题 117

附：板式精馏塔设计任务两则 118

符号说明 119

参考文献 120

第5章 填料吸收塔设计

5.1 概述 121

5.2 设计方案 121

5.3 填料的类型与选择 123

5.4 填料塔工艺尺寸设计 128

5.4.1 塔径设计 128

5.4.2 填料层高度设计及分段 131

5.5 填料层压降 135

5.6 填料塔内件的类型与设计 136

5.6.1 塔内件的类型 136

5.6.2 塔内件的设计 138

5.7 填料塔工艺设计示例 139

5.8 硝酸磷肥尾气除氨系统工艺流程图和设备工艺条件图 147

附：填料吸收塔设计任务两则 149

符号说明 150

参考文献 151

第6章 干燥器设计

6.1 气流干燥器设计 152

6.1.1 气流干燥器工艺简介 152

6.1.2 气流干燥器设计方法 154

6.1.3 气流干燥器工艺设计步骤 160

6.1.4 气流干燥器工艺设计示例 162

6.1.5 气流干燥系统工艺流程图和设备工艺条件图 175

附：气流干燥器设计任务两则 176

6.2 喷雾干燥器设计 179

6.2.1 喷雾干燥工艺简介 179

6.2.2 喷雾干燥器设计方法 181

6.2.3 喷雾干燥器设计示例 193

6.2.4 喷雾干燥系统工艺流程图和设备工艺条件图 207

附：喷雾干燥器设计任务两则 209

6.3 流化床干燥器设计 210

6.3.1 流化床干燥工艺简介 210

6.3.2 流化床干燥器设计方法 213

6.3.3 流化床干燥器设计示例 221

6.3.4 流化床干燥系统工艺流程图和设备工艺条件图 228

附：流化床干燥器设计任务两则 231

6.4 附属设备选型 231

符号说明 233

参考文献 235

第7章 结晶器设计

7.1 概述 237

7.1.1 结晶原理 237

7.1.2 溶液结晶方法 239

7.1.3 主要结晶器 240

7.2 结晶器工艺设计 243

7.2.1 结晶方案确定 243

7.2.2 物热衡算 246

7.2.3 成核-生长动力学 247

7.2.4 混合悬浮结晶器的粒数衡算 250

7.2.5 DTB结晶器设计方法 255

7.3 DTB结晶器工艺设计示例 257

7.4 结晶系统工艺流程图和DTB结晶器设备条件图 264

附：结晶器设计任务两则 267

符号说明 269

参考文献 270

附录

附录1 课程设计封面格式 271

附录2 课程设计任务书格式 272

1.本书把多年积淀的科学研究和工程技术成果经过转化和整理，作为设计示例编写到本书中来，使其在内容取材上具有一定的新颖性；

2.各单元操作都绘制了带控制点的工艺流程图和设备工艺条件图，使学生更好掌握化工工程师的语言，即不仅能对化工过程进行阐述和计算，而且能绘制规范的工程图纸；

3.在板式精馏塔设计中还讨论了设计新塔的操作性能，以期深化化工单元操作的教学内容。