化工原理課程設計化工原理課程設計Ⅰ課程開設準備Ⅱ課程設計指導Ⅲ課程設計書寫規(guī)范與考核Ⅳ

課程設計總結與歸檔Ⅰ課程開設準備Ⅱ課程設計指導Ⅲ課程設計書寫規(guī)范與考核Ⅳ課Ⅰ課程開設準備設計題目設計參考資料匯總列管換熱器的設計板式精餾塔的設計填料吸收塔的設計設計參考書目單設計用書設計參考網(wǎng)址設計題目設計參考資料匯總Ⅰ課程開設準備設計題目設計參考資料匯總列管換熱器的設計設計Ⅱ課程設計指導第一節(jié)概述第二節(jié)板式精餾塔設計第三節(jié)填料吸收塔的設計第四節(jié)列管換熱器的設計Ⅱ課程設計指導第一節(jié)概述第二節(jié)板式精餾塔設計第三節(jié)填第一節(jié)概述教學內容一、課程設計意義與要求二、課程設計的基本內容三、課程設計的步驟第一節(jié)概述教學內容一、課程設計意義與要求二、課程設計的基本工程意識、工程問題解決方法資料查閱、分析工程計算方法、準確性文字、圖表表達獨立完成一般化工過程與設備的設計任務一、課程設計意義與要求工程意識、工程問題解決方法資料查閱、分析工程計算方法、準確性一、課程設計意義與要求查閱資料確定方案選擇流程計算核算一、課程設計意義與要求查閱確定選擇計算二、課程設計基本內容設計方案簡介主要設備的工藝設計計算典型輔助設備的選型和計算帶控制點的工藝流程簡圖主體設備工藝條件圖設計內容二、課程設計基本內容設計方案簡介主要設備的工藝設計計算典型輔封面（課程設計題目、班級、姓名、指導教師、時間）目錄設計任務書設計方案簡介；設計條件及主要物性參數(shù)表工藝設計計算；輔助設備的計算及選型；設計評述設計結果匯總表工藝流程圖及設備工藝條件圖參考資料設計說明書封面（課程設計題目、班級、姓名、指導教師、時間）目錄設計任三、課程設計步驟動員和布置任務繪圖和編寫說明書設計計算閱讀指導書和查閱資料考核21345三、課程設計步驟動員和布置任務繪圖和編寫說明書設計計算閱讀指第二節(jié)板式精餾塔設計1設計原則與步驟2理論塔板數(shù)的確定3塔板效率和實際塔板數(shù)4結構設計

5塔高及輔助設備第二節(jié)板式精餾塔設計1設計原則與步驟2理論塔板數(shù)的確定根據(jù)設計任務書搜集有關物性數(shù)據(jù)確定精餾操作流程物料衡算確定塔板數(shù)工藝條件計算（操作壓力、溫度、密度、粘度、表面張力）塔的主要工藝尺寸計算流體力學性能校核繪出負荷性能圖，確定操作彈性選板間距確定塔徑溢流裝置塔板布置（開孔率）單板壓降小于設計允許值霧沫夾帶小于0.1kg（液）/kg（氣）漏液量（溫度系數(shù)）液泛[清液層高度≤Φ(HT+hw)]板式精餾塔工藝設計步驟框圖否是根據(jù)設計任務書搜集有關物性數(shù)據(jù)確定精餾操作流程物料衡算確定塔篩板塔化工設計計算（1）塔的有效高度Z

已知：實際塔板數(shù)NP

；塔板間距HT；

選取塔板間距

HT

：塔板間距和塔徑的經(jīng)驗關系塔體高度：有效高+頂部+底部+

其它

有效塔高：篩板塔化工設計計算選取塔板間距HT：塔板間距和塔徑的經(jīng)

C：氣體負荷因子，與HT、液體表面張力和兩相接觸狀況有關。①液泛氣速兩相流動參數(shù)FLV：（2）塔徑

確定原則：防止過量液沫夾帶液泛

步驟：先確定液泛氣速uf(m/s)；然后選設計氣速

u；最后計算塔徑D。C：氣體負荷因子，與HT、液體表面張力和兩相接對于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖，C20=(HT

、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05篩板塔泛點關聯(lián)圖對于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖，C20=(HT、FL②選取設計氣速

u

選取泛點率：u/

uf

一般液體，0.6~0.8

易起泡液體，0.5~0.6所需氣體流通截面積設計氣速

u=泛點率×ufADAd③計算塔徑

D塔截面積：A=AT-Ad塔徑說明：計算塔徑需圓整，且重新計算實際氣速及泛點率。②選取設計氣速u所需氣體流通截面積設計氣速u=泛（3）溢流裝置設計①溢流型式的選擇依據(jù)：塔徑、流量；

型式：單流型、U形流型、雙流型、階梯流型等。②降液管形式和底隙

降液管：弓形、圓形。降液管截面積：由Ad/AT=0.06~0.12確定；底隙

hb

：通常在30~40mm。③溢流堰（出口堰）

作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。

型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。（3）溢流裝置設計②降液管形式和底隙③溢流堰（出化工原理課程設計-2課件堰長

lW

：影響液層高度。堰高hW：直接影響塔板上液層厚度過小，相際傳質面積過??；

過大，塔板阻力大，效率低。常、加壓塔：40~80mm；減壓塔：25mm左右。說明：通常應使溢流強度VLh/lW

不大于100~130m3/（mh）?；颍弘p流型:單流型：堰長lW：影響液層高度。堰高hW：直接影響塔板上液層厚(4)塔板及其布置

①受液區(qū)和降液區(qū)一般兩區(qū)面積相等。

②入口安定區(qū)和出口安定區(qū)其中，E：液流收縮系數(shù)，一般可近似取E=1。堰上方液頭高度hOW

：要求：③邊緣區(qū)：bcbdbslWrx(4)塔板及其布置其中，E：液流收縮系數(shù)，一般可近似取（5）篩孔的尺寸和排列

篩孔：有效傳質區(qū)內，常按正三角形排列。篩板開孔率：

單流型弓形降液管塔板：④有效傳質區(qū)：

雙流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t（5）篩孔的尺寸和排列單流型弓形降液管塔板：④有效傳質區(qū)：篩孔直徑d0:3~8mm(一般)。

12~25mm(大篩孔)

孔中心距t:(2.5~5)d0

取整。開孔率φ:

通常為0.08~0.12。板厚：碳鋼（3~4mm）、不銹鋼。

篩孔氣速：篩孔數(shù)：d0t篩孔直徑d0:3~8mm(一般)。篩孔氣速：(6)塔板的校核

對初步設計的結果進行調整和修正。①液沫夾帶量校核單位質量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質量（或摩爾）ev：

kg液體/kg氣體，或kmol液體/kmol氣體單位時間夾帶到上層塔板的液體質量（或摩爾）e：

kg液體/h或kmol液體/h液沫夾帶分率ψ：夾帶的液體流量占橫過塔板液體流量的分數(shù)。故有：

所以(6)塔板的校核①液沫夾帶量校核所以說明：超過允許值，可調整塔板間距或塔徑。

ev的計算方法：方法1：利用Fair關聯(lián)圖求Ψ，進而求出ev。方法2：用Hunt經(jīng)驗公式計算ev。式中Hf

為板上泡沫層高度：要求：ev≤0.1kg液體/kg氣體。說明：超過允許值，可調整塔板間距或塔徑。ev的計算方法②塔板阻力的計算和校核

塔板阻力：

塔板阻力hf包括

以下幾部分:

（a）干板阻力h0—氣體通過板上孔的阻力（設無液體時）；

（b）液層阻力hl—氣體通過液層阻力；（c）克服液體表面張力阻力hσ—孔口處表面張力。清液柱高度表示：（a）干板阻力h0②塔板阻力的計算和校核塔板阻力hf包括以下幾部分:清d0/δC0塔板孔流系數(shù)C0—孔流系數(shù)d0/δC0塔板孔流系數(shù)C0—孔流系數(shù)（b）液層阻力hl查圖求充氣系數(shù)β（b）液層阻力hl查圖求充氣系數(shù)β說明：若塔板阻力過大，可增加開孔率或降低堰高。（c）克服液體表面張力阻力（一般可不計）

③降液管液泛校核故塔板阻力：降液管中清液柱高度(m)說明：若塔板阻力過大，可增加開孔率或降低堰高。（c）克服液（a）液面落差Δ一般較小，可不計。當不可忽略時，一般要求：Δ<0.5h0（b）液體通過降液管阻力hd包括底隙阻力hd1和進口堰阻力hd2。無進口堰時：（a）液面落差Δ一般較小，可不計。當不可忽略時，一般要求泡沫層高度要求：說明：若泡沫高度過大，可減小塔板阻力或增大塔板間距。泡沫層相對密度：對不易起泡物系，易起泡物系，④液體在降液管中停留時間校核目的：避免嚴重的氣泡夾帶。

停留時間：要求：說明：停留時間過小，可增加降液管面積或增大塔板間距。泡沫層高度要求：說明：若泡沫高度過大，可減小塔板阻力或增大（a）計算嚴重漏液時干板阻力h0′（b）計算漏液點氣速u0′

說明：如果穩(wěn)定系數(shù)k過小，可減小開孔率或降低堰高。⑤嚴重漏液校核漏液點氣速u0′

：發(fā)生嚴重漏液時篩孔氣速。穩(wěn)定系數(shù)：要求：（a）計算嚴重漏液時干板阻力h0′（b）計算漏液點氣速①過量液沫夾帶線（氣相負荷上限線）

規(guī)定：ev=0.1（kg液體/kg氣體）為限制條件。（6）塔板的負荷性能圖——確定塔板的操作彈性②液相下限線整理出：規(guī)定：③嚴重漏液線（氣相下限線）①過量液沫夾帶線（氣相負荷上限線）（6）塔板的負荷性能圖—代入相關公式，如hOW、σ、u0’，整理出。④液相上限線⑤降液管液泛線規(guī)定：代入相關公式，如hOW、σ、u0’，整理出。④液相上限線⑤塔板的操作彈性：·①過量液沫夾帶線③嚴重漏液線②液相下限線④液相上限線⑤降液管液泛線VL塔板的負荷性能圖塔板的操作彈性：·①過量液沫夾帶線③嚴重漏液線②液相下限線④第三節(jié)填料吸收塔設計1設計任務⑴在單位時間所應處理的氣體總量⑵氣體組成；⑶被吸收組分的吸收率或排出氣體的濃度；⑷所使用的吸收液；⑸操作溫度和壓力。第三節(jié)填料吸收塔設計1設計任務⑴在單位時間所應處理的氣化工原理課程設計-2課件2設計過程2.1吸收流程的確定2.2填料的選擇2.3基礎物性數(shù)據(jù)2.4物料衡算2.5填料塔的工藝尺寸的計算2.6填料層壓降計算2.7塔內輔助裝置的選擇和計算2設計過程2.1吸收流程的確定2.1吸收流程的確定根據(jù)氣、液兩相流動方向的不同，分為逆流操作和并流操作兩類，工業(yè)上常采用逆流操作。一般需對吸收后的溶液繼以脫吸，使溶劑再生，循環(huán)使用。因此，需一個完整的吸收-脫吸流程。2.1吸收流程的確定根據(jù)氣、液兩相流動方向的不同，2.1吸收流程的確定1-吸收塔；2-富液泵；3-貧液泵；4-解吸塔2.1吸收流程的確定1-吸收塔；2-富液泵；3-貧液泵；42.2填料的選擇拉西環(huán)鮑爾環(huán)弧鞍形填料矩鞍形填料θ網(wǎng)環(huán)波紋填料結構階梯環(huán)金屬鞍環(huán)長期的研究，開發(fā)出許多性能優(yōu)良的填料，如圖是幾種填料的形狀。2.2填料的選擇拉西環(huán)鮑爾環(huán)弧鞍形填料矩鞍形填料θ網(wǎng)環(huán)波紋2.2填料的選擇拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)2.2填料的選擇拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)按填料結構及其使用方式可以分為散堆填料和規(guī)整填料。按填料結構及其使用方式可以分為散堆填料和規(guī)整填料。填料的性能評價填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤濕性能越好，則傳質效率越高；填料的空隙率越大，結構越開敞，則通量越大，壓降亦越低。采用模糊數(shù)學方法對九種常用填料的性能進行了評價，得出如下表所示的結論。填料的性能評價填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降三要素衡填料種類的選擇填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通常考慮以下幾個方面：(1)傳質效率要高

一般而言，規(guī)整填料的傳質效率高于散裝填料(2)通量要大在保證具有較高傳質效率的前提下，應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料(3)填料層的壓降要低(4)填料抗污堵性能強，拆裝、檢修方便填料種類的選擇填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]以填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。⑴散裝填料規(guī)格的選擇

工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應大于8。填料規(guī)格的選擇填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。填料規(guī)格的選擇填料規(guī)格的選擇（2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇國內習慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也明顯增加。選用時應從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質及設備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術要求，又具有經(jīng)濟合理性。應予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。設計時應靈活掌握，根據(jù)技術經(jīng)濟統(tǒng)一的原則來選擇填料的規(guī)格。填料規(guī)格的選擇（2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇2.3基礎物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)氣相物性數(shù)據(jù)氣液相平衡數(shù)據(jù)2.3基礎物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)

對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純溶劑的物性數(shù)據(jù)。⑴密度：⑵粘度：⑶表面張力：⑷擴散系數(shù)：液相物性數(shù)據(jù)對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)氣相物性數(shù)據(jù)⑴混合氣體的平均摩爾質量⑵混合氣體的平均密度：⑶混合氣體的粘度，查手冊⑷擴散系數(shù)氣相物性數(shù)據(jù)⑴混合氣體的平均摩爾質量氣液相平衡數(shù)據(jù)⑴亨利系數(shù)⑵相平衡常數(shù)⑶溶解度系數(shù)氣液相平衡數(shù)據(jù)⑴亨利系數(shù)2.4物料衡算物料衡算與吸收操作線方程吸收劑用量對操作線的影響最小液氣比2.4物料衡算物料衡算與吸收操作線方程2.5填料塔的工藝尺寸的計算2.5.1.填料塔塔徑的計算泛點氣速的計算塔徑的計算及校核2.5.2.填料層高度的計算2.1氣相總傳質單元高度的計算2.2氣相總傳質單元數(shù)的計算2.5填料塔的工藝尺寸的計算2.5.1.填料塔塔徑的計2.5.1.填料塔塔徑的計算填料塔的直徑D與操作空塔氣速u及氣體體積流量Vs之間存在以下關系：式中：D——塔徑，m;Vs——氣體體積流量，m3/s;u——操作空塔氣速，m/s2.5.1.填料塔塔徑的計算填料塔的直徑D與操作空塔氣速u（1）散堆填料泛點氣速的計算常用?？颂兀‥ckert）泛點氣速關聯(lián)圖進行計算，該關聯(lián)圖是以X為橫坐標，以Y為縱坐標進行關聯(lián)的。其中：（2）規(guī)整填料泛點氣速的計算匡國柱，史啟才主編.化工單元過程及設備課程設計.北京：化學工業(yè)出版社.2002.1:263~265對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為u/uF=0.5-0.85

對于規(guī)整填料，其泛點率的經(jīng)驗值為u/uF=0.6-0.95（1）散堆填料泛點氣速的計算常用?？颂兀‥ckert）泛點氣Ecket泛點關聯(lián)圖Ecket泛點關聯(lián)圖塔徑的計算及校核塔徑的計算：塔徑的圓整：單位：mm塔徑的計算及校核塔徑的計算：塔徑的圓整：單位：mm（1）泛點率校核（2）填料規(guī)格校核（1）泛點率校核（2）填料規(guī)格校核（3）液體噴淋密度校核填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計算式為：式中：U——液體噴淋密度，m3/(m2·h);Lh——液體噴淋量，m3/h;D——填料塔直徑，m為使填料能獲得良好的潤濕，塔內液體噴淋量應不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以Umin表示式中：Umin——最小噴淋密度，m3/(m2·h);(LW)min——最小潤濕密度，m3/h;at——填料的總比面積，m2/m3（3）液體噴淋密度校核填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。其值可由經(jīng)驗公式計算，也可采用一些經(jīng)驗值。對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率(LW)min為0.08m3/(m·h);對于直徑大于75mm的散裝填料，可取(LW)min為0.12m3/(m·h)。對于規(guī)整填料，其最小噴淋密度可從有關填料手冊中查得，設計中，通常取Umin=0.2。最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體2.5.2.填料層高度的計算2.1氣相總傳質單元高度的計算2.2氣相總傳質單元數(shù)的計算2.5.2.填料層高度的計算對于散裝填料，一般推薦的分段高度為：對于散裝填料，一般推薦的分段高度為：2.6填料層壓降計算散裝填料的壓降值可由?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算。先根據(jù)氣液負荷及有關數(shù)據(jù)，求出橫坐標值，再根據(jù)操作孔塔氣速u及有關物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標值。通過作圖得出交點，讀出交點的等壓線數(shù)值，即得到每米填料層壓降值。2.6填料層壓降計算散裝填料的壓降值可由?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖2.7塔內輔助裝置的選擇和計算1液體分布器2填料塔附屬高度3填料支承板4填料壓緊裝置5液體進、出口管6液體除霧器7筒體和封頭8手孔9法蘭10液體再分布裝置

2.7塔內輔助裝置的選擇和計算1液體分布器6液體除霧器1、換熱器類型的選擇2、流動空間的選擇3、流速的確定4、流動方式的選擇5、流體出口溫度的確定一、設計方案的確定二、列管式換熱器的結構三、列管式換熱器設計計算第三節(jié)列管換熱器設計1、換熱器類型的選擇一、設計方案的確定二、列管式換熱器的結構固定管板式換熱器固定管板式換熱器管束連接在管板上，管板與殼體焊接。1、換熱器類型的選擇固定管板式換熱器固定管板式換熱器管束連接在管板上，管板與殼體優(yōu)點：

1）傳熱面積比浮頭式換熱器大20%-30%；

2）旁路漏流較水；

3）鍛件使用較少；

4）沒有內漏。缺點：1）不適用于換熱管與殼程圓筒的熱膨脹變形差很大的場合，管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應力而損壞；（為了減少熱應力，通常在固定管板式換熱器中設置柔性元件．如：設置膨脹節(jié)．來吸收熱膨脹差）2）殼程無法機械清洗，不適用于殼程結垢的場合；3）管子腐蝕后造成連同殼體報廢，殼體部件壽命決定于管子壽命，故設備壽命相對較低。適用的場合：1）管殼程金屬溫差不是很大的場合；2）殼程流體清潔，無需經(jīng)常抽出管束清洗的場合。優(yōu)點：

1）傳熱面積比浮頭式換熱器大20%-30%；

2）旁浮頭式換熱器兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對殼體自由移動，稱為浮頭。浮頭由浮頭管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會主生熱應力。浮頭式換熱器兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對殼體自優(yōu)點：

1)管束可以抽出，以方便清洗管程、殼程；

2)殼程壁與管壁不受溫差限制；

3)可在高溫、高壓下工作，一般溫度T≤450℃，P≤6.4MPa;

4)可用于結垢比較嚴重的場合;

5)可用于管程腐蝕場合.缺點:1)浮頭端易發(fā)生內漏；2)金屬材料耗量大，成本高20%；3)結構復雜?？捎玫膱龊希?）管殼程金屬溫差很大場合；2）殼程介質易結垢要求經(jīng)常清洗的場合；優(yōu)點：

1)管束可以抽出，以方便清洗管程、殼程；

2)殼程壁U形管式換熱器U形換熱器的典型結構如圖。這種換熱器的結構特點是，只有一塊管板，管束由多根U形管組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。當殼體與U形換熱管有溫差時，不會產(chǎn)生熱應力。U形管式換熱器U形換熱器的典型結構如圖。這種換熱器的結構特點優(yōu)點：

1）管束可抽出來機械清洗；

2）殼體與管壁不受溫差限制；

3）可在高溫、高壓下工作，一般適用于T≤500℃，P≤10MPa;

4）可用于殼程結垢比較嚴重的場合;

5）可用于管程易腐蝕場合.

缺點:1)在管子的U型處易沖蝕，應控制管內流速;2)管程不適用于結垢較重的場合;可用的場合:1)管程走清潔流體;2)管程壓力特別高;3)管殼程金屬溫差很大,固定管板換熱器連設置膨脹節(jié)都無法滿足要求的場合.優(yōu)點：

1）管束可抽出來機械清洗；

2）殼體與管壁不受溫差限2、流動空間的選擇2、流動空間的選擇3、流速的確定3、流速的確定4、流動方式的選擇除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復雜流動。當流量一定時，管程或殼程越多，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，對傳熱過程越有利。但是，采用多管程或多殼程必導致流體阻力損失，即輸送流體的動力費用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時，需權衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。4、流動方式的選擇除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱5、流體出口溫度的確定若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，則不存在確定流體兩端溫度的問題。若其中一流體僅已知進口溫度，則出口溫度應由設計者來確定。例如用冷水冷卻一熱流體，冷水的進口溫度可根據(jù)當?shù)氐臍鉁貤l件作出估計，而其出口溫度則可根據(jù)經(jīng)濟核算來確定：為了節(jié)省冷水量，可使出口溫度提高一些，但是傳熱面積就需要增加；為了減小傳熱面積，則需要增加冷水量。兩者是相互矛盾的。一般來說，水源豐富的地區(qū)選用較小的溫差，缺水地區(qū)選用較大的溫差。不過，工業(yè)冷卻用水的出口溫度一般不宜高于45℃，因為工業(yè)用水中所含的部分鹽類（如CaCO3、CaSO4、MgCO3和MgSO4等）的溶解度隨溫度升高而減小，如出口溫度過高，鹽類析出，將形成傳熱性能很差的污垢，而使傳熱過程惡化。如果是用加熱介質加熱冷流體，可按同樣的原則選擇加熱介質的出口溫度。5、流體出口溫度的確定若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條二、列管式換熱器的結構1、管程結構①換熱管規(guī)格和排列的選擇換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對于潔凈的流體管徑可取小些。但對于不潔凈或易結垢的流體，管徑應取得大些，以免堵塞?？紤]到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過多。目前我國試行的系列標準規(guī)定采用和兩種規(guī)格。二、列管式換熱器的結構1、管程結構①換熱管規(guī)格和排列的選擇按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長度。實際所取管長應根據(jù)出廠的鋼管長度合理截用。我國生產(chǎn)系列標準中管長有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時，管子的長度又應與管徑相適應，一般管長與管徑之比，即L/D約為4～6按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對易結垢流體更為適用。管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種。與正方形相比，等邊三②管板固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。③封頭和管箱封頭用于直徑小的殼體。管箱用于直徑大的殼體，也叫分配室。用以分配液體和起封頭的作用。壓力較低時可采用平蓋，壓力較高時則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。檢修時可拆下管箱對管子進行清洗或更換。②管板固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連化工原理課程設計-2課件2、殼程結構

換熱器殼體的內徑應等于或稍大于(對浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計算出的實際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等，可用作圖法確定殼體的內徑。單管程①殼體

（管心距一般是管外徑的1.25倍）2、殼程結構換熱器殼體的內徑應等于或稍大于(對浮頭式換熱器多管程多管程②折流擋板

安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約為外殼內徑的10～40％，一般取25％，過高或過低都不利于傳熱。圓缺形.圓盤形②折流擋板安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內徑D的(0.2～1)倍。板間距過小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過大，流體就難于垂直地流過管束，使對流傳熱系數(shù)下降。我國系列標準中采用的擋板間距為：固定管板式有100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，700mm七種浮頭式有100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，450mm（或480mm），600mm八種。兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內徑D的(0.2～③接管尺寸

換熱器中流體進、出口的接管直徑按下式計算Vs--流體的體積流量，m3/s；

u--接管中流體的流速，m/s。流速u的經(jīng)驗值為:對液體：u=1.5～2m/s；對蒸汽：u=20～50m/s；對氣體：u=(15～20)p/ρ；式中p為壓強，單位為atm；ρ為氣體密度，單位為kg/m3③接管尺寸換熱器中流體進、出口的接管直徑按下式計算Vs--化工原理課程設計-2課件化工原理課程設計-2課件化工原理課程設計-2課件ⅰ傳熱計算給定的條件

(1)熱流體的入口溫度T1、出口溫度T2；

(2)冷流體的入口溫度t1、出口溫度t2；

熱平衡方程式是反映換熱器內冷流體的吸熱量與熱流體的放熱量之間的關系式。由于換熱器的熱散失系數(shù)通常接近1，計算時不計算散熱損失，則冷流體吸收熱量與熱流體放出熱量相等。三、列管式換熱器設計計算ⅰ傳熱計算給定的條件

(1)熱流體的入口溫度T1、出口溫度1、傳熱系數(shù)K傳熱系數(shù)K是表示換熱設備性能的極為重要的參數(shù)，是進行傳熱計算的依據(jù)。K的大小取決于流體的物性、傳熱過程的操作條件及換熱器的類型等，K值通常可以由實驗測定，或取生產(chǎn)實際的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，也可以通過分析計算求得。1、傳熱系數(shù)K傳熱系數(shù)K是表示換熱設備性能的極為重要的參數(shù)列管式換熱器中K值大致范圍列管式換熱器中K值大致范圍2、平均溫度差

逆流：

并流：2、平均溫度差

逆流：并流：3、對流傳熱系數(shù)（無相變）

3、對流傳熱系數(shù)（無相變）

對流傳熱系數(shù)（相變）對流傳熱系數(shù)（相變）4、污垢熱阻換熱器的傳熱表面在經(jīng)過一段時間運行后，壁面往往積一層污垢，對傳熱形成附加的熱阻，稱為污垢熱阻，這層污垢熱阻在計算傳熱系數(shù)K時一般不容忽視。由于污垢層的厚度及其熱導率不易估計，通常根據(jù)經(jīng)驗確定污垢熱阻。若管壁內、外側表面上的污垢熱阻分別用Rdi和Rd0表示，根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原則4、污垢熱阻換熱器的傳熱表面在經(jīng)過一段時間運行后，壁面往污垢熱阻Rd的大致范圍污垢熱阻Rd的大致范圍污垢熱阻Rd污垢熱阻Rdii流體流動阻力(壓強降)的計算換熱器管程及殼程的流動阻力，常常控制在一定允許范圍內。若計算結果超過允許值時，則應修改設計參數(shù)或重新選擇其他規(guī)格大換熱器。按一般經(jīng)驗，對于液體常控制在104～105Pa范圍內，對于氣體則以103～104Pa為宜。此外，也可依據(jù)操作壓力不同而有所差別，參考下表ii流體流動阻力(壓強降)的計算換熱器管程及(1)管程流體阻力管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。對于多程換熱器，其總阻力Δpt等于各程直管阻力、回彎阻力及進、出口阻力之和。一般進、出口阻力可忽略不計，故管程總阻力的計算式為每程直管阻力；

每程回彎阻力式中ΔPi、ΔPr------分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降，N/m2Ft-----結垢校正因數(shù)，無因次，對于φ25×2.5mm的管子，取為1.4，對于φ19×2mm的管子，取為1.5；Np-----管程數(shù)；

Ns-----串聯(lián)的殼程數(shù)。

(1)管程流體阻力管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。(2)殼程流體阻力現(xiàn)已提出的殼程流體阻力的計算公式雖然較多，但是由于流體的流動狀況比較復雜，使所得的結果相差很多。下面介紹埃索法計算殼程壓強的公式——殼程總阻力損失，

——流過管束的阻力損失，

——流過折流板缺口的阻力損失，

Fs-殼程阻力結垢校正系數(shù)，對液體可取Fs=1.15，對氣體或可凝蒸汽取Fs=1.0；Ns-殼程數(shù)；(2)殼程流體阻力現(xiàn)已提出的殼程流體阻力的計算公式管束阻力損失折流板缺口阻力損失NB——折流板數(shù)目；

NTc——橫過管束中心的管子數(shù)對于三角形排列的管束，對于正方形排列的管束，為每一殼程的管子總數(shù)；

B-折流板間距，m；D-殼程直徑，m；U0-按殼程流通截面積或按其截面積計算所得的殼程流速，m/s；F-管子排列形式對壓降的校正系數(shù)，對三角形排列F=0.5，對正方形排列F=0.3，對正方形斜轉45°，F(xiàn)=0.4；f0-殼程流體摩擦系數(shù)管束阻力損失折流板缺口阻力損失NB——折流板數(shù)目；iii列管式換熱器的設計和選用的計算步驟總結設有流量為mh的熱流體，需從溫度T1冷卻至T2，可用的冷卻介質入口溫度t1，出口溫度選定為t2。由此已知條件可算出換熱器的熱流量Q和逆流操作的平均推動力。根據(jù)傳熱速率基本方程當Q和△tm已知時，要求取傳熱面積A必須知K，則是由傳熱面積A的大小和換熱器結構決定的。可見，在冷、熱流體的流量及進、出口溫度皆已知的條件下，選用或設計換熱器必須通過試差計算，按以下步驟進行。

iii列管式換熱器的設計和選用的計算步驟總結設有流量為1、初選換熱器的規(guī)格尺寸◆初步選定換熱器的流動方式，保證溫差修正系數(shù)大于0.8，否則應改變流動方式，重新計算?！粲嬎銦崃髁縌及平均傳熱溫差△tm，根據(jù)經(jīng)驗估計總傳熱系數(shù)K估，初估傳熱面積A估?！暨x取管程適宜流速，估算管程數(shù)，并根據(jù)A估的數(shù)值，確定換熱管直徑、長度及排列1、初選換熱器的規(guī)格尺寸◆初步選定換熱器的流動方式，保證2、核算總傳熱系數(shù)分別計算管、殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，確定污垢熱阻，求出總傳系數(shù)K計，并與估算時所取用的傳熱系數(shù)K估進行比較。如果相差較多，應重新估算2、核算總傳熱系數(shù)分別計算管、殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，確定污垢熱3、計算傳熱面積并求裕度

根據(jù)計算的K計值、熱流量Q及平均溫度差△tm，由總傳熱速率方程計算傳熱面積A0，一般應使所選用或設計的實際傳熱面積AP大于A0。裕度的計算式為：3、計算傳熱面積并求裕度根據(jù)計算的K計值、熱流量Q及平均溫4、計算管、殼程阻力

在選擇管程流體與殼程流體以及初步確定了換熱器主要尺寸的基礎上，就可以計算管、殼程流速和阻力，看是否合理?；蛘呦冗x定流速以確定管程數(shù)NP和折流板間距B再計算壓力降是否合理。這時NP與B是可以調整的參數(shù)，如仍不能滿足要求，可另選殼徑再進行計算，直到合理為止。4、計算管、殼程阻力在選擇管程流體與殼程流體以及初步確定了Ⅲ課程設計書寫規(guī)范與考核設計書格式繪圖規(guī)范考核方式考核內容為設計方案、計算過程、相關圖紙、說明書等；成績構成為：設計態(tài)度及出勤率（10分）、設計質量（40分）、說明書質量（20分）、答辯情況（30分），最終成績分為優(yōu)、良、中、及格、不及格。Ⅲ課程設計書寫規(guī)范與考核設計書格式繪圖規(guī)范考核方式考核內容課程設計總結Ⅳ課程設計總結與歸檔資料歸檔對本次課程設計的學生情況、設計情況、存在問題進行全面總結。附課程設計成績課程設計實施方案課程設計說明書課程設計總結課程設計題目課程設計總結Ⅳ課程設計總結與歸檔資料歸檔對本次課程設計的學謝謝大家！謝謝大家！化工原理課程設計化工原理課程設計Ⅰ課程開設準備Ⅱ課程設計指導Ⅲ課程設計書寫規(guī)范與考核Ⅳ

課程設計總結與歸檔Ⅰ課程開設準備Ⅱ課程設計指導Ⅲ課程設計書寫規(guī)范與考核Ⅳ課Ⅰ課程開設準備設計題目設計參考資料匯總列管換熱器的設計板式精餾塔的設計填料吸收塔的設計設計參考書目單設計用書設計參考網(wǎng)址設計題目設計參考資料匯總Ⅰ課程開設準備設計題目設計參考資料匯總列管換熱器的設計設計Ⅱ課程設計指導第一節(jié)概述第二節(jié)板式精餾塔設計第三節(jié)填料吸收塔的設計第四節(jié)列管換熱器的設計Ⅱ課程設計指導第一節(jié)概述第二節(jié)板式精餾塔設計第三節(jié)填第一節(jié)概述教學內容一、課程設計意義與要求二、課程設計的基本內容三、課程設計的步驟第一節(jié)概述教學內容一、課程設計意義與要求二、課程設計的基本工程意識、工程問題解決方法資料查閱、分析工程計算方法、準確性文字、圖表表達獨立完成一般化工過程與設備的設計任務一、課程設計意義與要求工程意識、工程問題解決方法資料查閱、分析工程計算方法、準確性一、課程設計意義與要求查閱資料確定方案選擇流程計算核算一、課程設計意義與要求查閱確定選擇計算二、課程設計基本內容設計方案簡介主要設備的工藝設計計算典型輔助設備的選型和計算帶控制點的工藝流程簡圖主體設備工藝條件圖設計內容二、課程設計基本內容設計方案簡介主要設備的工藝設計計算典型輔封面（課程設計題目、班級、姓名、指導教師、時間）目錄設計任務書設計方案簡介；設計條件及主要物性參數(shù)表工藝設計計算；輔助設備的計算及選型；設計評述設計結果匯總表工藝流程圖及設備工藝條件圖參考資料設計說明書封面（課程設計題目、班級、姓名、指導教師、時間）目錄設計任三、課程設計步驟動員和布置任務繪圖和編寫說明書設計計算閱讀指導書和查閱資料考核21345三、課程設計步驟動員和布置任務繪圖和編寫說明書設計計算閱讀指第二節(jié)板式精餾塔設計1設計原則與步驟2理論塔板數(shù)的確定3塔板效率和實際塔板數(shù)4結構設計

5塔高及輔助設備第二節(jié)板式精餾塔設計1設計原則與步驟2理論塔板數(shù)的確定根據(jù)設計任務書搜集有關物性數(shù)據(jù)確定精餾操作流程物料衡算確定塔板數(shù)工藝條件計算（操作壓力、溫度、密度、粘度、表面張力）塔的主要工藝尺寸計算流體力學性能校核繪出負荷性能圖，確定操作彈性選板間距確定塔徑溢流裝置塔板布置（開孔率）單板壓降小于設計允許值霧沫夾帶小于0.1kg（液）/kg（氣）漏液量（溫度系數(shù)）液泛[清液層高度≤Φ(HT+hw)]板式精餾塔工藝設計步驟框圖否是根據(jù)設計任務書搜集有關物性數(shù)據(jù)確定精餾操作流程物料衡算確定塔篩板塔化工設計計算（1）塔的有效高度Z

已知：實際塔板數(shù)NP

；塔板間距HT；

選取塔板間距

HT

：塔板間距和塔徑的經(jīng)驗關系塔體高度：有效高+頂部+底部+

其它

有效塔高：篩板塔化工設計計算選取塔板間距HT：塔板間距和塔徑的經(jīng)

C：氣體負荷因子，與HT、液體表面張力和兩相接觸狀況有關。①液泛氣速兩相流動參數(shù)FLV：（2）塔徑

確定原則：防止過量液沫夾帶液泛

步驟：先確定液泛氣速uf(m/s)；然后選設計氣速

u；最后計算塔徑D。C：氣體負荷因子，與HT、液體表面張力和兩相接對于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖，C20=(HT

、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05篩板塔泛點關聯(lián)圖對于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖，C20=(HT、FL②選取設計氣速

u

選取泛點率：u/

uf

一般液體，0.6~0.8

易起泡液體，0.5~0.6所需氣體流通截面積設計氣速

u=泛點率×ufADAd③計算塔徑

D塔截面積：A=AT-Ad塔徑說明：計算塔徑需圓整，且重新計算實際氣速及泛點率。②選取設計氣速u所需氣體流通截面積設計氣速u=泛（3）溢流裝置設計①溢流型式的選擇依據(jù)：塔徑、流量；

型式：單流型、U形流型、雙流型、階梯流型等。②降液管形式和底隙

降液管：弓形、圓形。降液管截面積：由Ad/AT=0.06~0.12確定；底隙

hb

：通常在30~40mm。③溢流堰（出口堰）

作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。

型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。（3）溢流裝置設計②降液管形式和底隙③溢流堰（出化工原理課程設計-2課件堰長

lW

：影響液層高度。堰高hW：直接影響塔板上液層厚度過小，相際傳質面積過小；

過大，塔板阻力大，效率低。常、加壓塔：40~80mm；減壓塔：25mm左右。說明：通常應使溢流強度VLh/lW

不大于100~130m3/（mh）?；颍弘p流型:單流型：堰長lW：影響液層高度。堰高hW：直接影響塔板上液層厚(4)塔板及其布置

①受液區(qū)和降液區(qū)一般兩區(qū)面積相等。

②入口安定區(qū)和出口安定區(qū)其中，E：液流收縮系數(shù)，一般可近似取E=1。堰上方液頭高度hOW

：要求：③邊緣區(qū)：bcbdbslWrx(4)塔板及其布置其中，E：液流收縮系數(shù)，一般可近似?。?）篩孔的尺寸和排列

篩孔：有效傳質區(qū)內，常按正三角形排列。篩板開孔率：

單流型弓形降液管塔板：④有效傳質區(qū)：

雙流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t（5）篩孔的尺寸和排列單流型弓形降液管塔板：④有效傳質區(qū)：篩孔直徑d0:3~8mm(一般)。

12~25mm(大篩孔)

孔中心距t:(2.5~5)d0

取整。開孔率φ:

通常為0.08~0.12。板厚：碳鋼（3~4mm）、不銹鋼。

篩孔氣速：篩孔數(shù)：d0t篩孔直徑d0:3~8mm(一般)。篩孔氣速：(6)塔板的校核

對初步設計的結果進行調整和修正。①液沫夾帶量校核單位質量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質量（或摩爾）ev：

kg液體/kg氣體，或kmol液體/kmol氣體單位時間夾帶到上層塔板的液體質量（或摩爾）e：

kg液體/h或kmol液體/h液沫夾帶分率ψ：夾帶的液體流量占橫過塔板液體流量的分數(shù)。故有：

所以(6)塔板的校核①液沫夾帶量校核所以說明：超過允許值，可調整塔板間距或塔徑。

ev的計算方法：方法1：利用Fair關聯(lián)圖求Ψ，進而求出ev。方法2：用Hunt經(jīng)驗公式計算ev。式中Hf

為板上泡沫層高度：要求：ev≤0.1kg液體/kg氣體。說明：超過允許值，可調整塔板間距或塔徑。ev的計算方法②塔板阻力的計算和校核

塔板阻力：

塔板阻力hf包括

以下幾部分:

（a）干板阻力h0—氣體通過板上孔的阻力（設無液體時）；

（b）液層阻力hl—氣體通過液層阻力；（c）克服液體表面張力阻力hσ—孔口處表面張力。清液柱高度表示：（a）干板阻力h0②塔板阻力的計算和校核塔板阻力hf包括以下幾部分:清d0/δC0塔板孔流系數(shù)C0—孔流系數(shù)d0/δC0塔板孔流系數(shù)C0—孔流系數(shù)（b）液層阻力hl查圖求充氣系數(shù)β（b）液層阻力hl查圖求充氣系數(shù)β說明：若塔板阻力過大，可增加開孔率或降低堰高。（c）克服液體表面張力阻力（一般可不計）

③降液管液泛校核故塔板阻力：降液管中清液柱高度(m)說明：若塔板阻力過大，可增加開孔率或降低堰高。（c）克服液（a）液面落差Δ一般較小，可不計。當不可忽略時，一般要求：Δ<0.5h0（b）液體通過降液管阻力hd包括底隙阻力hd1和進口堰阻力hd2。無進口堰時：（a）液面落差Δ一般較小，可不計。當不可忽略時，一般要求泡沫層高度要求：說明：若泡沫高度過大，可減小塔板阻力或增大塔板間距。泡沫層相對密度：對不易起泡物系，易起泡物系，④液體在降液管中停留時間校核目的：避免嚴重的氣泡夾帶。

停留時間：要求：說明：停留時間過小，可增加降液管面積或增大塔板間距。泡沫層高度要求：說明：若泡沫高度過大，可減小塔板阻力或增大（a）計算嚴重漏液時干板阻力h0′（b）計算漏液點氣速u0′

說明：如果穩(wěn)定系數(shù)k過小，可減小開孔率或降低堰高。⑤嚴重漏液校核漏液點氣速u0′

：發(fā)生嚴重漏液時篩孔氣速。穩(wěn)定系數(shù)：要求：（a）計算嚴重漏液時干板阻力h0′（b）計算漏液點氣速①過量液沫夾帶線（氣相負荷上限線）

規(guī)定：ev=0.1（kg液體/kg氣體）為限制條件。（6）塔板的負荷性能圖——確定塔板的操作彈性②液相下限線整理出：規(guī)定：③嚴重漏液線（氣相下限線）①過量液沫夾帶線（氣相負荷上限線）（6）塔板的負荷性能圖—代入相關公式，如hOW、σ、u0’，整理出。④液相上限線⑤降液管液泛線規(guī)定：代入相關公式，如hOW、σ、u0’，整理出。④液相上限線⑤塔板的操作彈性：·①過量液沫夾帶線③嚴重漏液線②液相下限線④液相上限線⑤降液管液泛線VL塔板的負荷性能圖塔板的操作彈性：·①過量液沫夾帶線③嚴重漏液線②液相下限線④第三節(jié)填料吸收塔設計1設計任務⑴在單位時間所應處理的氣體總量⑵氣體組成；⑶被吸收組分的吸收率或排出氣體的濃度；⑷所使用的吸收液；⑸操作溫度和壓力。第三節(jié)填料吸收塔設計1設計任務⑴在單位時間所應處理的氣化工原理課程設計-2課件2設計過程2.1吸收流程的確定2.2填料的選擇2.3基礎物性數(shù)據(jù)2.4物料衡算2.5填料塔的工藝尺寸的計算2.6填料層壓降計算2.7塔內輔助裝置的選擇和計算2設計過程2.1吸收流程的確定2.1吸收流程的確定根據(jù)氣、液兩相流動方向的不同，分為逆流操作和并流操作兩類，工業(yè)上常采用逆流操作。一般需對吸收后的溶液繼以脫吸，使溶劑再生，循環(huán)使用。因此，需一個完整的吸收-脫吸流程。2.1吸收流程的確定根據(jù)氣、液兩相流動方向的不同，2.1吸收流程的確定1-吸收塔；2-富液泵；3-貧液泵；4-解吸塔2.1吸收流程的確定1-吸收塔；2-富液泵；3-貧液泵；42.2填料的選擇拉西環(huán)鮑爾環(huán)弧鞍形填料矩鞍形填料θ網(wǎng)環(huán)波紋填料結構階梯環(huán)金屬鞍環(huán)長期的研究，開發(fā)出許多性能優(yōu)良的填料，如圖是幾種填料的形狀。2.2填料的選擇拉西環(huán)鮑爾環(huán)弧鞍形填料矩鞍形填料θ網(wǎng)環(huán)波紋2.2填料的選擇拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)2.2填料的選擇拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)按填料結構及其使用方式可以分為散堆填料和規(guī)整填料。按填料結構及其使用方式可以分為散堆填料和規(guī)整填料。填料的性能評價填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤濕性能越好，則傳質效率越高；填料的空隙率越大，結構越開敞，則通量越大，壓降亦越低。采用模糊數(shù)學方法對九種常用填料的性能進行了評價，得出如下表所示的結論。填料的性能評價填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降三要素衡填料種類的選擇填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]以下幾個方面：(1)傳質效率要高

一般而言，規(guī)整填料的傳質效率高于散裝填料(2)通量要大在保證具有較高傳質效率的前提下，應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料(3)填料層的壓降要低(4)填料抗污堵性能強，拆裝、檢修方便填料種類的選擇填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]以填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。⑴散裝填料規(guī)格的選擇

工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應大于8。填料規(guī)格的選擇填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。填料規(guī)格的選擇填料規(guī)格的選擇（2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇國內習慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也明顯增加。選用時應從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質及設備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術要求，又具有經(jīng)濟合理性。應予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。設計時應靈活掌握，根據(jù)技術經(jīng)濟統(tǒng)一的原則來選擇填料的規(guī)格。填料規(guī)格的選擇（2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇2.3基礎物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)氣相物性數(shù)據(jù)氣液相平衡數(shù)據(jù)2.3基礎物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)

對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純溶劑的物性數(shù)據(jù)。⑴密度：⑵粘度：⑶表面張力：⑷擴散系數(shù)：液相物性數(shù)據(jù)對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)氣相物性數(shù)據(jù)⑴混合氣體的平均摩爾質量⑵混合氣體的平均密度：⑶混合氣體的粘度，查手冊⑷擴散系數(shù)氣相物性數(shù)據(jù)⑴混合氣體的平均摩爾質量氣液相平衡數(shù)據(jù)⑴亨利系數(shù)⑵相平衡常數(shù)⑶溶解度系數(shù)氣液相平衡數(shù)據(jù)⑴亨利系數(shù)2.4物料衡算物料衡算與吸收操作線方程吸收劑用量對操作線的影響最小液氣比2.4物料衡算物料衡算與吸收操作線方程2.5填料塔的工藝尺寸的計算2.5.1.填料塔塔徑的計算泛點氣速的計算塔徑的計算及校核2.5.2.填料層高度的計算2.1氣相總傳質單元高度的計算2.2氣相總傳質單元數(shù)的計算2.5填料塔的工藝尺寸的計算2.5.1.填料塔塔徑的計2.5.1.填料塔塔徑的計算填料塔的直徑D與操作空塔氣速u及氣體體積流量Vs之間存在以下關系：式中：D——塔徑，m;Vs——氣體體積流量，m3/s;u——操作空塔氣速，m/s2.5.1.填料塔塔徑的計算填料塔的直徑D與操作空塔氣速u（1）散堆填料泛點氣速的計算常用?？颂兀‥ckert）泛點氣速關聯(lián)圖進行計算，該關聯(lián)圖是以X為橫坐標，以Y為縱坐標進行關聯(lián)的。其中：（2）規(guī)整填料泛點氣速的計算匡國柱，史啟才主編.化工單元過程及設備課程設計.北京：化學工業(yè)出版社.2002.1:263~265對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為u/uF=0.5-0.85

對于規(guī)整填料，其泛點率的經(jīng)驗值為u/uF=0.6-0.95（1）散堆填料泛點氣速的計算常用?？颂兀‥ckert）泛點氣Ecket泛點關聯(lián)圖Ecket泛點關聯(lián)圖塔徑的計算及校核塔徑的計算：塔徑的圓整：單位：mm塔徑的計算及校核塔徑的計算：塔徑的圓整：單位：mm（1）泛點率校核（2）填料規(guī)格校核（1）泛點率校核（2）填料規(guī)格校核（3）液體噴淋密度校核填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計算式為：式中：U——液體噴淋密度，m3/(m2·h);Lh——液體噴淋量，m3/h;D——填料塔直徑，m為使填料能獲得良好的潤濕，塔內液體噴淋量應不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以Umin表示式中：Umin——最小噴淋密度，m3/(m2·h);(LW)min——最小潤濕密度，m3/h;at——填料的總比面積，m2/m3（3）液體噴淋密度校核填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。其值可由經(jīng)驗公式計算，也可采用一些經(jīng)驗值。對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率(LW)min為0.08m3/(m·h);對于直徑大于75mm的散裝填料，可取(LW)min為0.12m3/(m·h)。對于規(guī)整填料，其最小噴淋密度可從有關填料手冊中查得，設計中，通常取Umin=0.2。最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體2.5.2.填料層高度的計算2.1氣相總傳質單元高度的計算2.2氣相總傳質單元數(shù)的計算2.5.2.填料層高度的計算對于散裝填料，一般推薦的分段高度為：對于散裝填料，一般推薦的分段高度為：2.6填料層壓降計算散裝填料的壓降值可由?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算。先根據(jù)氣液負荷及有關數(shù)據(jù)，求出橫坐標值，再根據(jù)操作孔塔氣速u及有關物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標值。通過作圖得出交點，讀出交點的等壓線數(shù)值，即得到每米填料層壓降值。2.6填料層壓降計算散裝填料的壓降值可由?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖2.7塔內輔助裝置的選擇和計算1液體分布器2填料塔附屬高度3填料支承板4填料壓緊裝置5液體進、出口管6液體除霧器7筒體和封頭8手孔9法蘭10液體再分布裝置

2.7塔內輔助裝置的選擇和計算1液體分布器6液體除霧器1、換熱器類型的選擇2、流動空間的選擇3、流速的確定4、流動方式的選擇5、流體出口溫度的確定一、設計方案的確定二、列管式換熱器的結構三、列管式換熱器設計計算第三節(jié)列管換熱器設計1、換熱器類型的選擇一、設計方案的確定二、列管式換熱器的結構固定管板式換熱器固定管板式換熱器管束連接在管板上，管板與殼體焊接。1、換熱器類型的選擇固定管板式換熱器固定管板式換熱器管束連接在管板上，管板與殼體優(yōu)點：

1）傳熱面積比浮頭式換熱器大20%-30%；

2）旁路漏流較水；

3）鍛件使用較少；

4）沒有內漏。缺點：1）不適用于換熱管與殼程圓筒的熱膨脹變形差很大的場合，管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應力而損壞；（為了減少熱應力，通常在固定管板式換熱器中設置柔性元件．如：設置膨脹節(jié)．來吸收熱膨脹差）2）殼程無法機械清洗，不適用于殼程結垢的場合；3）管子腐蝕后造成連同殼體報廢，殼體部件壽命決定于管子壽命，故設備壽命相對較低。適用的場合：1）管殼程金屬溫差不是很大的場合；2）殼程流體清潔，無需經(jīng)常抽出管束清洗的場合。優(yōu)點：

1）傳熱面積比浮頭式換熱器大20%-30%；

2）旁浮頭式換熱器兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對殼體自由移動，稱為浮頭。浮頭由浮頭管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會主生熱應力。浮頭式換熱器兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對殼體自優(yōu)點：

1)管束可以抽出，以方便清洗管程、殼程；

2)殼程壁與管壁不受溫差限制；

3)可在高溫、高壓下工作，一般溫度T≤450℃，P≤6.4MPa;

4)可用于結垢比較嚴重的場合;

5)可用于管程腐蝕場合.缺點:1)浮頭端易發(fā)生內漏；2)金屬材料耗量大，成本高20%；3)結構復雜?？捎玫膱龊希?）管殼程金屬溫差很大場合；2）殼程介質易結垢要求經(jīng)常清洗的場合；優(yōu)點：

1)管束可以抽出，以方便清洗管程、殼程；

2)殼程壁U形管式換熱器U形換熱器的典型結構如圖。這種換熱器的結構特點是，只有一塊管板，管束由多根U形管組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。當殼體與U形換熱管有溫差時，不會產(chǎn)生熱應力。U形管式換熱器U形換熱器的典型結構如圖。這種換熱器的結構特點優(yōu)點：

1）管束可抽出來機械清洗；

2）殼體與管壁不受溫差限制；

3）可在高溫、高壓下工作，一般適用于T≤500℃，P≤10MPa;

4）可用于殼程結垢比較嚴重的場合;

5）可用于管程易腐蝕場合.

缺點:1)在管子的U型處易沖蝕，應控制管內流速;2)管程不適用于結垢較重的場合;可用的場合:1)管程走清潔流體;2)管程壓力特別高;3)管殼程金屬溫差很大,固定管板換熱器連設置膨脹節(jié)都無法滿足要求的場合.優(yōu)點：

1）管束可抽出來機械清洗；

2）殼體與管壁不受溫差限2、流動空間的選擇2、流動空間的選擇3、流速的確定3、流速的確定4、流動方式的選擇除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復雜流動。當流量一定時，管程或殼程越多，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，對傳熱過程越有利。但是，采用多管程或多殼程必導致流體阻力損失，即輸送流體的動力費用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時，需權衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。4、流動方式的選擇除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱5、流體出口溫度的確定若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，則不存在確定流體兩端溫度的問題。若其中一流體僅已知進口溫度，則出口溫度應由設計者來確定。例如用冷水冷卻一熱流體，冷水的進口溫度可根據(jù)當?shù)氐臍鉁貤l件作出估計，而其出口溫度則可根據(jù)經(jīng)濟核算來確定：為了節(jié)省冷水量，可使出口溫度提高一些，但是傳熱面積就需要增加；為了減小傳熱面積，則需要增加冷水量。兩者是相互矛盾的。一般來說，水源豐富的地區(qū)選用較小的溫差，缺水地區(qū)選用較大的溫差。不過，工業(yè)冷卻用水的出口溫度一般不宜高于45℃，因為工業(yè)用水中所含的部分鹽類（如CaCO3、CaSO4、MgCO3和MgSO4等）的溶解度隨溫度升高而減小，如出口溫度過高，鹽類析出，將形成傳熱性能很差的污垢，而使傳熱過程惡化。如果是用加熱介質加熱冷流體，可按同樣的原則選擇加熱介質的出口溫度。5、流體出口溫度的確定若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條二、列管式換熱器的結構1、管程結構①換熱管規(guī)格和排列的選擇換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對于潔凈的流體管徑可取小些。但對于不潔凈或易結垢的流體，管徑應取得大些，以免堵塞。考慮到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過多。目前我國試行的系列標準規(guī)定采用和兩種規(guī)格。二、列管式換熱器的結構1、管程結構①換熱管規(guī)格和排列的選擇按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長度。實際所取管長應根據(jù)出廠的鋼管長度合理截用。我國生產(chǎn)系列標準中管長有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時，管子的長度又應與管徑相適應，一般管長與管徑之比，即L/D約為4～6按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對易結垢流體更為適用。管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種。與正方形相比，等邊三②管板固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。③封頭和管箱封頭用于直徑小的殼體。管箱用于直徑大的殼體，也叫分配室。用以分配液體和起封頭的作用。壓力較低時可采用平蓋，壓力較高時則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。檢修時可拆下管箱對管子進行清洗或更換。②管板固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連化工原理課程設計-2課件2、殼程結構

換熱器殼體的內徑應等于或稍大于(對浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計算出的實際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等，可用作圖法確定殼體的內徑。單管程①殼體

（管心距一般是管外徑的1.25倍）2、殼程結構換熱器殼體的內徑應等于或稍大于(對浮頭式換熱器多管程多管程②折流擋板

安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約為外殼內徑的10～40％，一般取25％，過高或過低都不利于傳熱。圓缺形.圓盤形②折流擋板安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內徑D的(0.2～1)倍。板間距過小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過大，流體就難于垂直地流過管束，使對流傳熱系數(shù)下降。我國系列標準中采用的擋板間距為：固定管板式有100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，700mm七種浮頭式有100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，450mm（或480mm），600mm八種。兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內徑D的(0.2～③接管尺寸

換熱器中流體進、出口的接管直徑按下式計算Vs--流體的體積流量，m3/s；

u--接管中流體的流速，m/s。流速u的經(jīng)驗值為:對液體：u=1.5～2m/s；對蒸汽：u=20～50m/s；對氣體：u=(15～20)p/ρ；式中p為壓強，單位為atm；ρ為氣體密度，單位為kg/m3③接管尺寸換熱器中流體進、出口的接管直徑按下式計算Vs--化工原理課程設計-2課件化工原