化工单元操作设计及优化(蔡源)

为适应职业技术教育应用性、针对性、岗位性以及专业性的特点，本书所编写的内容体现了必需、够用、实用的高职高专特色，在介绍常用单元操作工艺及设备设计后，增加了实用的设计案例。尽量简化但保留够用的成熟基础理论，努力反映学科的现代特点，强调实际应用技能和分析能力的培养。在文字上力求简练，通俗易懂，尽量符合化工专业技术人员的特点和需要。全书侧重于常用单元操作基础知识、基本理论在实际设计及优化中的应用，注意培养和启发学生解决问题的思路、方法及能力。本书与传统的《化工原理课程设计》教材相比，更注重理论对于工程设计的指导作用，引入技术经济分析评价的概念，强调在设计和优化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，使学生初步建立“效益”观念。

本书主要是为化工类专业的高职高专学生编写的教材。根据高职高专教育的特点，围绕化工单元操作设计与优化教学的基本要求，从培养学生化工设计及优化基本技能出发展开内容。全书共有四章，介绍了列管式换热器、板式精馏塔、填料吸收塔三类常见化工单元操作的理论基础、设计及优化方法和步骤的详细说明，每章均编有实际应用示例。此外教材中还安排了一些实际案例分析，目的是培养学生分析和解决实际问题的能力。
本书可作为高职高专化工及相关专业相应课程的教材或教学参考书，也可供化工企业一般工程技术人员及工人参考。

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第一章绪论1
第一节化工单元操作设计及优化课程简介1
一、化工单元操作设计及优化的性质1
二、课程目标2
三、 《化工单元操作设计及优化》的主要内容2
四、化工单元操作设计及优化的步骤3
第二节化工设计及优化过程中的参数4
一、物性参数4
二、过程参数7
三、结构参数8
第三节PID图和主体设备工艺条件图9
一、PID图(带控制点的工艺流程图)9
二、主体设备的工艺条件图10
第四节化工过程技术经济评价的基本概念10
一、技术评价指标10
二、经济评价指标11
三、工程项目投资估算11
四、化工产品的成本估算13
五、利润和利润率13
参考文献13
第二章列管式换热器工艺设计及优化14
第一节概述14
一、列管式换热器的应用14
二、换热器的设计要求15
第二节列管式换热器的设计16
一、设计方案的确定16
二、估算传热面积20
三、工艺结构尺寸的确定23
第三节列管式换热器设计及优化示例一26
一、设计任务和操作条件26
二、确定设计方案27
三、设计及优化步骤28
第四节列管式换热器设计及优化示例二33
一、设计任务和操作条件33
二、确定设计参数34
三、设计及优化步骤34
主要符号说明38
参考文献39
第三章板式精馏塔工艺设计及优化40
第一节概述40
一、精馏过程对塔设备的要求40
二、板式塔与填料塔的比较40
三、板式精馏塔的分类41
四、板式精馏塔设计及优化的主要内容43
第二节精馏装置设计及优化方案的确定44
一、精馏装置的流程44
二、操作压力的选择45
三、进料热状况的选择45
四、加热方式和加热剂的选择45
五、回流比的选择46
六、精馏过程的节能措施46
第三节精馏塔塔板数的设计及优化47
一、相平衡关系47
二、精馏塔的物料衡算49
三、精馏操作回流比的确定50
四、精馏塔理论塔板层数的确定53
五、精馏塔实际塔板层数确定55
第四节精馏塔主要尺寸的设计及优化55
一、塔高的确定56
二、塔径的确定56
三、溢流装置的确定59
四、塔板及其布置的确定64
五、浮阀塔板的流体力学校核69
六、塔板负荷性能图72
第五节板式塔的结构与附属设备79
一、板式塔的结构79
二、附属设备的确定82
第六节接管的确定87
一、塔顶蒸气出口管的直径dv87
二、回流管管径dR87
三、进料管管径dF87
四、塔底出料管管径dw88
五、塔底至再沸器的接管管径dL88
六、再沸器返塔连接管管径db88
第七节精馏装置带控制点的工艺流程图89
一、带控制点的工艺流程图89
二、工艺流程说明89
第八节精馏塔的工艺条件图89
主要符号说明92
参考文献93
第四章填料吸收塔工艺设计及优化94
第一节概述94
一、吸收操作及其应用94
二、吸收过程对塔设备的要求94
三、填料吸收塔装置设计主要内容95
第二节设计方案的确定95
一、吸收方法的选择95
二、吸收剂的选择96
三、吸收操作条件的确定96
四、能量的综合利用97
五、典型吸收解吸过程流程97
六、各类吸收设备98
第三节填料塔性能及简介100
一、填料塔概述100
二、填料塔的结构和特点100
第四节塔填料性能及选择101
一、传质过程对塔填料的基本要求101
二、塔填料分类101
第五节填料吸收塔设计及优化103
一、气液平衡关系的获取103
二、确定吸收剂用量103
三、塔径的计算105
四、填料层高度的计算106
五、气体压降的计算108
六、管径及泵的选择109
七、主要设计参数的核算及优化110
第六节填料塔附属内件选型111
一、填料支撑装置111
二、液体分布装置111
三、液体再分布装置112
四、液体出口装置112
五、气体进口装置112
六、除沫装置113
第七节填料吸收塔设计及优化示例一113
一、设计任务和操作条件113
二、确定设计方案114
三、设计及优化步骤114
第八节填料吸收塔设计及优化示例二127
一、设计任务和操作条件127
二、确定设计方案128
三、设计及优化步骤129
主要符号说明135
参考文献136
附录137
附录一法定计量单位及单位换算137
附录二常用数据表140
附录三常见气体、液体和固体的重要物理性质144
附录四一些气体溶于水的亨利系数153
附录五某些二元物系的气液平衡组成153
附录六乙醇水溶液的一些性质154
附录七常用管子的规格155
附录八设计代号及图例156