四川大学化工原理课程设计
化工原理课程设计分离甲醇—乙醇混合液及浮阀精馏塔
四川大学轻纺与食品学院化工原理课程设计——分离甲醇—乙醇混合液的浮阀精馏塔设计者：姜虹伶学号：1043091109班级：食品2班联系方式：邮箱：指导教师：蒋炜设计时间：2012.5.20—2012.7.4四川大学轻纺与食品学院目录一、设计任务.............................................................................................................................. - 4 -二、背景介绍.............................................................................................................................. - 4 -1 . 精馏原理........................................................................................................................ - 4 -2 . 板式塔作用原理............................................................................................................ - 4 -3 . 浮阀塔............................................................................................................................ - 5 -三、设计流程图.......................................................................................................................... - 5 -四、浮阀塔的设计...................................................................................................................... - 7 -1 . 全塔物料衡算................................................................................................................ - 7 -（1）原料液、馏出液及残液的摩尔分数和均摩尔质量的计算 ............................ - 7 -（2) 原料液、馏出液及残液的摩尔流率计算......................................................... - 8 -2 . 加料热状态参数q值的确定........................................................................................ - 8 -（1）进料液、馏出液、残液的温度确定................................................................ - 8 -（2）q值的计算......................................................................................................... - 9 -（3）q线方程式....................................................................................................... - 10 -3 . 最小回流比的计算...................................................................................................... - 10 -（1）相对挥发度的计算.......................................................................................... - 10 -（2）平衡方程式...................................................................................................... - 11 -（3）最小回流比的计算.......................................................................................... - 11 -（4）实际回流比的计算.......................................................................................... - 11 -4 . 精馏段和提馏段的气、液流量.................................................................................. - 12 -(1) 精馏段内气、液流量 ....................................................................................... - 12 -（2）提馏段内气、液流量...................................................................................... - 13 -5 . 塔板数的计算.............................................................................................................. - 13 -（1）逐板计算法...................................................................................................... - 13 -（2）塔效率.............................................................................................................. - 15 -（3）实际塔板数的计算.......................................................................................... - 16 -6 . 塔径的计算.................................................................................................................. - 16 -(1) 精馏段塔径的计算 ........................................................................................... - 16 -（2）提馏段塔径的计算.......................................................................................... - 20 -（3）塔径的实际值.................................................................................................. - 23 -7. 塔高的确定................................................................................................................. - 23 -五、精馏段塔板结构设计及力学校核 - 24 -1.溢流装置......................................................................................................................... - 24 -（1) 降液管的宽度和截面面积的确定................................................................... - 24 -（2) 出口溢流堰与进口溢流堰的确定................................................................... - 24 -（3) 降液管底隙高度与受液盘的确定................................................................... - 25 -2.板面布置及主要尺寸..................................................................................................... - 25 -（1) 板面布置 .......................................................................................................... - 25 -（2) 浮阀的数目与排列 .......................................................................................... - 26 -3.浮阀塔板的流体力学校核............................................................................................. - 29 -（1) 塔板压降的校核 .............................................................................................. - 29 -（2) 液沫夹带的校核 .............................................................................................. - 29 -（3) 溢流液泛的校核 .............................................................................................. - 30 -（4) 负荷性能图及操作弹性 .................................................................................. - 30 -六、提馏段塔板结构设计及力学校核.................................................................................... - 34 -1 . 溢流装置...................................................................................................................... - 34 -（1) 降液管的宽度和截面面积的确定................................................................... - 34 -（2) 出口溢流堰与进口溢流堰的确定................................................................... - 34 -（3) 降液管底隙高度与受液盘的确定................................................................... - 35 -2 . 板面布置及主要尺寸.................................................................................................. - 35 -（1) 塔板布置 .......................................................................................................... - 35 -（2) 浮阀的数目与排列 ............................................................................................ - 36 -（3) 校核： .............................................................................................................. - 38 -（4) 校核塔板开孔率 .............................................................................................. - 38 -3 . 浮阀塔板的流体力学校核.......................................................................................... - 39 -（1) 塔板压降的校核 .............................................................................................. - 39 -（2) 液沫夹带的校核 .............................................................................................. - 40 -（3) 溢流液泛的校核 .............................................................................................. - 40 -（4) 负荷性能图及操作弹性 .................................................................................. - 41 -七、塔顶冷凝器的选用............................................................................................................ - 44 -1.物料衡算......................................................................................................................... - 44 -2.换热器选用..................................................................................................................... - 45 -3.验算压降......................................................................................................................... - 46 -（1）验算管程压降.................................................................................................. - 46 -（2) 验算管程压降 .................................................................................................. - 46 -4. 核算总传热系数........................................................................................................... - 47 -（1) 管程给热系数 .................................................................................................. - 48 -（2) 壳程给热系数 .................................................................................................. - 48 -（3) 导热系数和传热面积 ...................................................................................... - 48 -八、塔接管设计........................................................................................................................ - 49 -1.塔顶出料管直径............................................................................................................. - 49 -2.回流管直径..................................................................................................................... - 49 -3.进料管直径..................................................................................................................... - 50 -4.馏出液管直径................................................................................................................. - 50 -九、设计总结............................................................................................................................ - 51 -十、参考文献............................................................................................................................ - 51 -一、设计任务设计题目：分离甲醇—乙醇混合液的浮阀精馏塔原料液：组成甲醇0.6 乙醇0.4处理量：8800温度：28℃馏出液：组成苯0.96残液：组成苯0.02（均为摩尔分率）操作压力：常压连续操作二、背景介绍1 . 精馏原理精馏过程的基础依然是混合液组分间挥发度的差异，而塔内的气、液“回流”则是沿塔高不断进行气、液传质实现精馏的必要条件。
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。
化工原理知识课程设计
化工原理知识课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握化工原理的基本概念，如流体力学、热力学、传质和反应工程等；2. 引导学生了解化工过程中常见单元操作及其原理，如蒸馏、吸收、萃取等；3. 帮助学生理解化学工程在国民经济发展中的作用，培养他们对化工行业的兴趣。
技能目标：1. 培养学生运用化工原理分析和解决实际问题的能力；2. 提高学生运用数学和物理知识解决化工过程中相关问题的能力；3. 培养学生查阅化工文献、资料，了解化工行业发展趋势的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱化工专业，树立为化工事业贡献力量的信念；2. 增强学生的环保意识，让他们认识到化学工程在环境保护中的责任和使命；3. 培养学生的团队协作精神，提高他们在实际工作中的沟通与协作能力。
课程性质：本课程为专业基础课，旨在为学生奠定扎实的化工原理知识基础，为后续专业课程学习打下坚实基础。
学生特点：学生处于高中阶段，具有一定的数学、物理和化学基础，思维活跃，求知欲强。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生运用知识解决实际问题的能力。
在教学过程中，关注学生的情感态度价值观培养，激发他们的学习兴趣和责任感。
通过具体的学习成果分解，使教学设计和评估更具针对性。
二、教学内容1. 流体力学基础：流体静力学、流体动力学、流体阻力、流体输送设备原理及计算；2. 热力学基础：热力学第一定律、热力学第二定律、热力学循环、热量传递方式及设备；3. 传质过程：质量传递原理、分子扩散、对流传质、传质设备及应用；4. 反应工程基础：化学反应动力学、反应器设计、反应条件优化；5. 单元操作：蒸馏、吸收、萃取、吸附、离子交换等操作原理及设备；6. 化工工艺：典型化工工艺流程分析、工艺参数优化、设备选型及操作；7. 化工设备：常见化工设备结构、原理、材料及强度计算；8. 化工安全与环保：化工生产过程中的安全措施、环境保护及三废处理。
教学内容安排和进度：第一周：流体力学基础；第二周：热力学基础；第三周：传质过程；第四周：反应工程基础；第五周：单元操作（蒸馏、吸收）；第六周：单元操作（萃取、吸附）；第七周：化工工艺；第八周：化工设备；第九周：化工安全与环保。
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
塔板效率是气、液两相的传质速率、混合和流动状况、以及 板间返混(液沫夹带、气泡夹带和漏液等所致)的综合结果。 板效率是设计重要数据。由于影响因素很多且关系复杂，至 今还难以正确可靠地对其进行预测。 工业装臵或实验装臵的实测数据是板效率最可靠的来源。 全塔效率实测数据的关联式可用于塔板效率的估算。 奥康内尔（O’connell）关联方法 精馏塔：采用相对挥发度 与液相粘度 L 的乘积为参数来表 示全塔效率 ET： 0.245 ET 0.49L
0.245
L xi i
α 相对挥发度 μ
L
液相粘度
100
H P/ μ L
11-15
11-16
11. 实际塔板数( NP )
NT
N ET
12. 确定进料板位置
N 精实
13. 塔高
N精 ET
Z NT 1 HT Z1 Z2
Z1 1.0 ~ 1.5 Z1 1.0 ~ 2.0
板式塔
球罐
列管式换热器
Ｐ
Ｃ
离心泵
喷射泵
往复泵
鼓风机
旋转式压缩机
离心式压缩机
工艺流程
E02
球阀
闸阀
堞形阀
E04
E01 T01
减压阀
安全阀
P01
带法兰的阀门
V02 E03
V03
V01
E01 原料储槽
E01 原料储槽
E01 加热器
T01 精馏塔
E02 冷凝器
E03 冷凝器
V02 残液储槽
E04 冷凝器
V03 产品储槽
文献检索
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
化工工艺设计手册 化工原理设计导论 化工制图 常用化工单元的设备设计 塔设备设计 换热器设计手册 化工数据手册
化工原理课程设计课程设计
化工原理课程设计课程背景化工原理是化学工程中的基础课程之一，其涵盖了诸如热力学、传质和反应工程等基本概念。
本科生需要在本课程中学会运用这些基本概念解决工程问题，并开展一些基本的实验设计和模拟计算。
该课程设计旨在加深化工原理课程的理论学习，并提高学生的实际操作能力。
课程目标本课程设计的目标是让学生在课程的实践中掌握基本的化工原理知识，并运用这些知识解决实际的工业问题。
具体目标有：1.学习掌握热力学的基本概念和计算方法。
2.学习掌握传质过程的基本方程和物理资料的估算方法。
3.学习掌握反应工程的基本概念和反应机理的分析方法。
4.在实践课程中，学生需要掌握实验操作和实验数据的处理方法，以及模拟计算工具的使用。
课程内容该课程设计将分为以下几个部分：实验部分学生将进行基于传统的物理化学实验，质量传递、热力学、反应工程等实验设计，并通过实验数据分析和处理来确定已学习的基本概念和知识。
一些例子包括：•燃烧烷基气体的热力学变化。
•分析盐水蒸汽-液体传质的影响因素。
•合成醇酸的相变反应工程。
•模拟火箭推进器的性能和热效应。
在此过程中，学生将掌握实验设计的基本技能，并学习如何使用化学试剂和设备进行实验操作。
另外，还将学习数据采集、处理和分析的数据分析方法。
模拟部分该部分旨在教授学生如何运用现代计算机技术模拟基本化工过程。
具体而言，学生将使用Petrosim （或者其他模拟计算工具）软件来模拟各种化学过程，包括：•含有减压操作的多物质流体化反应器。
•用于石油提炼的不同精炼工艺的流程模拟。
在模拟的过程中，学生将学习理解物理过程、建立适当的模型、配置计算软件，并分析和评估模拟结果的有效性。
成果要求每位学生必须提交一份完整的课程设计报告，包括：1.实验部分的实验设计和数据分析，同时要展示自己对实验操作和数据分析的独立能力。
2.模拟部分的模拟计算过程与结果，展示自己对计算机模拟技术的掌握和理解能力。
3.论文应在规定的截止日期前提交，格式和结构必须规范，课程须按时完成。
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。
化工原理课程设计模板
化工原理课程设计模板一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握化工原理中流体流动与传输的基本概念，包括流体性质、流动状态及流体力学方程。
2. 学习并掌握热量传递的三种基本方式，即导热、对流和辐射，及其在化工过程中的应用。
3. 掌握质量传递的基本原理，包括扩散、对流传质和膜分离等，并能应用于化工单元操作中。
4. 分析典型化工单元操作的工作原理和设备结构，理解其工程实践意义。
技能目标：1. 能够运用流体力学原理，解决实际流体流动问题，如流量测量、泵和风机的选型等。
2. 能够运用热量传递原理，分析和解决化工过程中的热量控制问题，如换热器的设计和优化。
3. 能够运用质量传递原理，进行物质的分离和提纯，如吸收、蒸馏等操作。
4. 能够结合单元操作原理，设计简单的化工流程，进行初步的工程计算和设备选型。
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，激发学生探索科学规律的积极性。
2. 培养学生的工程意识，使其认识到化工原理在国民经济发展中的重要地位和作用。
3. 培养学生的团队协作精神和沟通能力，使其在解决实际问题时能够与他人合作，共同完成任务。
4. 培养学生的创新思维，使其在遇到问题时能够主动思考，寻求解决方案。
本课程针对高年级本科生，结合化工原理的学科特点，以理论知识与工程实践相结合的方式进行教学。
课程目标旨在使学生在掌握基本理论知识的基础上，能够运用所学知识解决实际问题，并培养其工程素养和创新能力，为未来从事化工领域的工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 流体流动与传输：包括流体性质、流体静力学、流体动力学、流体流动阻力与能量损失、泵与风机等章节内容。
- 流体性质：密度、粘度、表面张力等。
- 流体静力学：压力、压强、流体静力平衡。
- 流体动力学：连续性方程、伯努利方程、动量方程。
- 流体流动阻力与能量损失：摩擦阻力、局部阻力、雷诺数。
- 泵与风机：类型、工作原理、性能参数。
2. 热量传递：涵盖导热、对流、辐射及换热器设计等内容。
化工原理课程设计设计书
化工原理课程设计设计书一、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，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）了解化工原理的基本概念和原理；（2）掌握化工流程图的绘制和分析方法；（3）熟悉化工单元操作的基本原理和计算方法；（4）了解化工工艺流程和设备选型。
2.技能目标：（1）能够运用化工原理解决实际问题；（2）具备化工流程图的绘制和分析能力；（3）能独立完成化工单元操作的计算和设计；（4）具备一定的化工工艺流程设计和设备选型能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对化工行业的兴趣和热情；（2）增强学生的创新意识和团队协作精神；（3）培养学生遵守纪律、严谨治学的学术态度。
二、教学内容本课程主要内容包括化工原理的基本概念、理论和方法，以及化工单元操作和工艺流程。
具体安排如下：1.化工原理的基本概念和原理：主要包括化工过程的基本特点、化工流程图的绘制和分析方法。
2.化工单元操作：包括流体流动、压力容器、传热、传质、反应工程等基本操作原理和计算方法。
3.化工工艺流程和设备选型：主要包括工艺流程的设计原则、设备选型依据和实例分析。
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，引导学生掌握化工原理的核心内容。
2.案例分析法：通过分析实际案例，培养学生运用化工原理解决实际问题的能力。
3.实验法：进行化工单元操作的实验，让学生亲身体验和理解化工原理。
4.讨论法：学生分组讨论，培养学生的团队协作能力和创新思维。
四、教学资源1.教材：选用权威、实用的化工原理教材，为学生提供系统、全面的学习资源。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，提高课堂教学效果。
4.实验设备：配备齐全的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估本课程采用多元化的评估方式，全面客观地评价学生的学习成果。
化工原理课程设计编辑版
化工原理课程设计编辑版一、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，培养学生运用化工原理解决实际问题的能力。
通过本课程的学习，学生应达到以下目标：1.知识目标：（1）掌握化工原理的基本概念和理论；（2）了解化工过程的基本计算和分析方法；（3）熟悉化工设备的工作原理和操作方法。
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的能力；（3）学会使用化工设备和仪器进行实验操作。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的科学精神和创新意识；（2）增强学生对化工行业的认识和兴趣；（3）培养学生关爱生命、关注环保的责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.化工原理的基本概念和理论：包括流体力学、热力学、传质传热等方面的基础知识；2.化工过程的基本计算和分析方法：包括速率定律、平衡定律、质量守恒定律等；3.化工设备的工作原理和操作方法：包括反应器、换热器、分离器等主要化工设备的特点和应用。
具体的教学安排如下：第一章：化工原理概述1.1 化工原理的基本概念1.2 化工原理的研究方法和内容第二章：流体力学基础2.1 流体的性质和流动现象2.2 流体力学的计算和分析方法第三章：热力学基础3.1 热力学基本定律3.2 热力学计算和分析方法第四章：传质传热4.1 传质传热的基本原理4.2 传质传热的计算和分析方法第五章：化工设备及操作5.1 反应器的工作原理和操作方法5.2 换热器的工作原理和操作方法5.3 分离器的工作原理和操作方法三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握化工原理的基本概念和理论；2.讨论法：引导学生通过讨论，深入理解化工原理的知识点；3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生学会运用化工原理解决实际问题；4.实验法：让学生亲自动手进行实验，加深对化工设备和工作原理的理解。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的化工原理教材；2.参考书：提供相关的化工原理参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，辅助教学；4.实验设备：准备完善的实验设备，让学生亲身体验化工原理的操作过程。
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四川大学化工学院化工原理课程说明书题目：设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔专业：过程装备与控制工程年级： 0 9 级学生姓名：刘勇学号： 0 8 4 3 0 8 2 1 2 1指导老师: 曹丽淑设计时间: 2011 年 12月16日至2012年1月6日目录第一章设计任务 (3)第二章设计流程的选择 (4)第三章吸收塔的设计计算 (5)3.1 气液平衡关系 (6)3.2 确定吸收剂的用量 (6)3.3 计算热效应 (7)3.4 塔径的计算 (8)3.4.1 混合气体的密度 (8)3.4.2 填料的选择 (8)3.4.2 计算塔径 (11)3.5喷淋密度的校核 (12)3.6总传质系数K a计算 (13)X3.7 填料层高度的计算 (14)3.8 填料层阻力计算 (16)第四章附属设备的选型和计算 (16)4.1 液体喷淋装置 (16)4.2 液体再分布器 (18)4.3 塔附属高度 (19)4.4 填料支撑板 (19)4.5 填料限定装置 (20)4.6 气体入口装置 (20)4.7 除沫装置 (20)4.8 封头 (21)4.9 泵的选择 (21)第五章设计结果概览 (23)第六章设计评价 (25)主要符号说明 (27)参考文献 (28)第一章设计任务题目：设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔目的和意义：在合成氨工艺中，由任何含碳原料制得的原料气（半水煤气）都含有相当量的二氧化碳，这些二氧化碳在进入合成工序以前必须清除干净，因为在合成过程中为高温高压，在高压下，二氧化碳很容易化成干冰，会堵塞设备和管道，给操作带来很大的危害；另外，二氧化碳的存在还会使氨合成的催化剂中毒，而且还给清除少量一氧化碳过程带来困难，同时二氧化碳又是制造尿素、碳酸氢铵、纯碱和干冰的重要原料。
因此，合成氨生产中，二氧化碳的脱除极其回收利用往往是脱碳过程的双重目的。
已知数据（一）气体混合物：1.组成（V%）：2C O 10.8%, 2H 65%, 2N 21%, 4C H 0.5%, C O2.6%,2O 0.1%2.气体量：40003/Nm h3.温度：30 C4.压力：17003/KN m（二）气体出口要求（V%）：2C O 0.55%（三）吸收剂：水第二章设计流程的选择吸收装置的流程主要有一下几种：（1）逆流吸收：气体自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。
（2）并流操作：气液两相均从他塔顶流向塔底，此即并流操作。
（3）吸收剂部分再循环操作：在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出的液体部分冷却后与新鲜吸收剂一同送回塔内。
（4）多塔串联操作：若设计的填料层高度过大，或者由于所处理的物料等原因需经常清理填料，为了便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等。
各种操作的优缺点比较如下表1所示：逆流并流部分回流多塔串联操作优点传质推动力比较大，传质速率快，分离效率高。
吸收剂利用率高，可降低吸收塔所需的传质面积。
当平衡曲线较平坦，流向对推动力影响不大；被处理气体不需要吸收很完全；吸收剂用量特别大时使用。
提高他的液体喷淋密度，控制塔内的温升，提高吸收剂的使用率，特别适用于相平衡常数很小的情况下。
降低单个塔的填料层高度，便于维修缺点液体的下流受到上升气体的作用力，因此限制了吸收塔所允许的液体流速和气体流速。
相同分离程度下，平均推动力下，所需要的传质面积大较逆流操作的平均推动力要低，且需设置循环泵，操作费用增加。
操作因塔内需要留较大空间，输液，喷淋，支撑板等辅助装置增加，使设备投资加大。
综合上面的分析，因二氧化碳属难溶气体，进出塔的吸收率较高，即要求处理吸收的较为完全，为了减少设备的投资，所以从工艺技术和经济两方面综合考虑，初步采用单塔逆流操作吸收流程。
当然工业生产中一般工艺流程都涉及吸收和解吸联合流程，虽然本设计中吸收剂为水，价值不高，极易得到，所吸收的溶质为二氧化碳，无毒，直接排放对环境的影响不大，但作为一个完整的工艺流程还是必需有的，整个工艺流程图如下图所示：第三章 吸收塔的设计计算3.1气液平衡关系本设计题目的操作压力为17002/KN m ，属于高压，因此压力影响产生对理想气体定律的偏差需进行校核。
由《化工原理（上册）》附录四，查得：2C O 的临界温度Tc=31.1C ︒，临界压力Pc=7.38Mpa 求得：对比温度：Tr=T T c=15.2731.3115.27330++ =0.9964，对比压力：Pr=2304.038.77.1==MpaMpa P P c由《物理化学》58页，图2-2-5 普遍化逸度系数图，查得：γ=0.92 则可得逸度：KPa Kpa p f 156492.01700=⨯==γ由《物理化学》64页，表2-4-1，查得T=30C ︒时2C O 在水为溶剂的亨利常数E=Pa 910188.0⨯，20.12010564.110188.069=⨯⨯==PaPa fE mXX XX Xm mX Y 20.119120.120)20.1201(120.120)1(1-=-+=-+=3.2确定吸收剂的用量已知1y =0.108，2y =0.0055：1211.0108.01108.01=-=Y ，0055.00055.010055.02=-=Y惰性气体的摩尔流量：V=29.159)1(4.2240001=-y Kmol/h最大出口浓度4111max 11099.820.11920.120-*⨯=+==Y Y X X该吸收过程属于低浓度吸收，最小液汽比可按下式计算即：对于纯吸收过程，进塔液相组成为2X =0；59.1281099.80055.01211.042max 121min=⨯-=--=⎪⎭⎫⎝⎛-X X Y Y V L由于m in ()(1.1~2)()L LVV=，实际液气比，取1.3，1.5，1.8倍三组数据计算；第一组：167.16759.1283.13.1min1=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛V L V L h kmol V L /03.26628167.1671=⨯=，4121111092.6167.1670055.01211.0-⨯=-=⎪⎭⎫⎝⎛-=V L Y Y X ；第二组：885.19259.1285.15.1min2=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛V L V L h kmol V L /65.30724885.1922=⨯=，4221211099.5885.1920055.01211.0-⨯=-=⎪⎭⎫⎝⎛-=V L Y Y X ；第三组：462.23159.1288.18.1min3=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛V L V L hkmol V L /58.36869462.2313=⨯=，4321311099.4462.2310055.01211.0-⨯=-=⎪⎭⎫⎝⎛-=V L Y Y X ；3.3计算热效应水吸收二氧化碳的量：h kmol Y Y V G A /41.18)0055.01211.0(29.159)(21=-⨯=-=查《化工原理设计导论》图4-5，得到CO 2的溶解热为：q=106kcal/kg查《化工原理》上册附录，用内插法得T=30C ︒时水的比热容为：Cp=4.174kJ/(kg ·k)根据公式1844 4.18A L C p t G q ⨯⨯⨯∆=⨯⨯⨯，可得：44 4.1818A G q t L Cp⨯⨯⨯∆=⨯⨯；Ct ︒<=⨯⨯⨯⨯⨯=∆1179.0174.41803.2662818.41064441.181C t ︒<=⨯⨯⨯⨯⨯=∆1155.0174.41865.3072418.41064441.182 Ct ︒<=⨯⨯⨯⨯⨯=∆1130.0174.41858.3686918.41064441.183，上述计算可知，三组数据的溶液温度变化都很小，可视为等温吸收。
3.4塔径的计算3.4.1混合气体的密度由各组分浓度计算平均摩尔质量：kmolkg M /772.12%1.032%6.228%5.016%2128%652%8.1044=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=由《化工原理（上册）》附录四，查得各组分的临界压力和临界温度为：2C O ：T c=31.1C ︒, Pc=7.38Mpa ，2H ：T c=-239.9C ︒, Pc=1.30MPa 2N ：T c=-147.13C ︒, Pc=3.39Mpa ，4C H ：T c=-82.15C ︒, Pc=4.62MPaC O ：T c=-140.2C︒, Pc=3.50Mpa ，2O ：T c=-118.82C ︒, Pc=5.04MPa求得假临界压力：∑⨯+⨯+⨯+⨯=∙=62.4%5.039.3%2130.1%6538.7%8.10ci i cm P y P MPa47.204.5%1.050.3%6.2=⨯+⨯+假临界温度：CT yT ci icm ︒-=-⨯+-⨯+-⨯+-+-+⨯=∙=∑65.187)82.118(%1.0)2.140(%6.2)15.82(%5.0)13.147%(21)9.239%(651.31%8.10由《工程热力学》附图1查得Z=1.01，3/53.8)3015.273(314.801.1772.121700mkg TZR M P m v =+⨯⨯⨯==ρ3.4.2填料的选择 1.填料类型的介绍：填料是填料塔的核心构件，它提供了塔内气-液两相接触而进行传质传热的表面，与塔的结构一起决定了填料塔的性能。
现代工业填料塔大体可分为实体填料塔和网状填料塔两大类，而就装填方式可分为散堆填料和规整调料。
散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。
现介绍几种较为典型的散装填料:图2：几种常用填料形状：（a）拉西环填料（b）鲍尔环填料（c）阶梯环填料（d）抓繁填料（e）矩鞍填料（f）金用环矩鞍填料（g）多面球形填料（h）TRI球形填料（o）金属板波纹填料（p）脉冲填料拉西环：拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环。
拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。
鲍尔环：是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。
鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。
与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。