第1章 课程设计基础知识 1
1.1 课程设计的目的、要求和内容 1
1.1.1 课程设计的目的要求 1
1.1.2 课程设计的内容 2
1.2 化工生产工艺流程设计 3
1.2.1 工艺流程图中常见的图形符号 3
1.2.2 工艺流程设计 7
1.2.3 工艺设计包内容 10
1.2.4 工艺流程说明 16
1.2.5 工艺流程图（PFD） 16
1.2.6 工艺流程设计的基本原则 17
1.3 设备设计 17
1.3.1 设备工艺条件图 17
1.3.2 装配图 18
1.4 设计图纸的规定和要求 22
1.4.1 制图的一般规定 22
1.4.2 带控制点工艺流程图的绘制 23
1.4.3 物料流程图的绘制 26
1.4.4 设备布置图的绘制 27
1.5 典型单元设备的控制流程设计 28
1.5.1 输送设备的控制流程设计 28
1.5.2 传热设备的控制流程设计 31
1.5.3 精馏塔的控制流程 33
1.6 化工过程技术经济评价的基本概念 39
1.6.1 技术评价指标 39
1.6.2 经济评价指标 39
1.6.3 工程项目投资估算 40
1.6.4 化工产品的成本估算 42
1.6.5 利润和利润率 44
1.7 化工设备设计的最优化 44
1.8 计算机在化工设计中的应用 45
1.9 物性数据 46
第2章 换热器设计 48
2.1 概述 48
2.2 列管式换热器的设计 50
2.2.1 设计方案的确定 51
2.2.2 列管式换热器的结构 56
2.2.3 列管式换热器的设计计算 61
2.3 换热器的优化设计 68
2.4 无相变化列管换热器设计示例 69
2.4.1 确定设计方案 70
2.4.2 确定物性数据 70
2.4.3 计算总传热系数 70
2.4.4 计算传热面积 71
2.4.5 工艺结构尺寸的计算 71
2.4.6 换热器核算 72
2.5 再沸器工艺设计及设计示例 75
2.5.1 再沸器基础知识 75
2.5.2 釜式再沸器设计 77
2.5.3 釜式再沸器设计示例 81
2.6 冷凝器工艺设计及设计示例 84
2.6.1 冷凝器基础知识 84
2.6.2 冷凝器设计示例 86
2.7 换热器设计任务书 89
2.7.1 煤油冷却器的设计任务书 89
2.7.2 乙醇-水精馏塔顶产品冷凝器的设计任务书 90
2.7.3 正戊烷冷凝器的设计任务书 92
第3章 板式塔设计 95
3.1 概述 96
3.1.1 塔设备的类型 96
3.1.2 板式塔与填料塔的比较及选型 96
3.2 板式塔的设计 97
3.2.1 设计方案的确定 98
3.2.2 塔板的类型与选择 99
3.2.3 板式塔的塔体工艺尺寸计算 102
3.2.4 板式塔的塔板工艺尺寸计算 104
3.2.5 塔板的流体力学计算 111
3.2.6 塔板的负荷性能图 115
3.2.7 板式塔的结构与附属设备 115
3.3 精馏塔优化设计 121
3.3.1 精馏塔优化设计的目标函数 121
3.3.2 目标函数的求解 125
3.4 浮阀精馏塔设计示例 128
3.4.1 化工原理课程设计任务书 128
3.4.2 塔板的工艺设计 129
3.4.3 塔板的流体力学计算 137
3.4.4 塔附件设计 141
3.4.5 塔总体高度的设计 143
3.4.6 附属设备设计 144
3.5 筛板精馏塔设计示例 145
3.5.1 化工原理课程设计任务书 145
3.5.2 设计计算 145
3.6 板式塔设计任务书 155
3.6.1 苯-甲苯混合液筛板（浮阀）精馏塔设计 155
3.6.2 乙醇-水混合液精馏塔设计任务书 158
3.6.3 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务书 160
3.6.4 乙烯-乙烷、丙烯-丙烷板式精馏塔设计任务书 162
3.6.5 甲醇-水溶液连续精馏塔设计任务书 163
3.6.6 常压分离环己醇-苯酚连续操作筛板精馏塔的工艺设计任务书 163
第4章 填料塔设计 165
4.1 填料塔设计 166
4.1.1 设计方案的确定 166
4.1.2 填料的类型与选择 168
4.1.3 填料塔工艺尺寸的计算 171
4.1.4 填料层压降的计算 178
4.1.5 填料塔内件的类型与设计 179
4.2 填料吸收塔设计示例 181
4.2.1 填料吸收塔示例1 181
4.2.2 填料吸收塔示例2——碳酸丙烯酯脱碳填料塔的工艺设计 187
4.3 填料精馏塔设计示例 199
4.3.1 课程设计任务书 199
4.3.2 前言 199
4.3.3 流程确定和说明 200
4.3.4 精馏塔设计计算 201
4.3.5 附属设备及主要附件的选型计算 211
4.3.6 精馏塔主要设计参数汇总表 214
4.4 填料塔设计任务书 215
4.4.1 甲醇-水分离过程填料精馏塔设计 215
4.4.2 水吸收氨过程填料吸收塔设计 216
4.4.3 水吸收丙酮过程填料吸收塔设计 217
4.4.4 丙酮-水填料精馏塔设计 219
第5章 Aspen Plus在化工设计计算中的应用 220
5.1 Aspen Plus简介 220
5.1.1 Aspen Plus的主要功能和特点 220
5.1.2 Aspen Plus的物性数据库 220
5.1.3 Aspen Plus的热力学模型 222
5.1.4 Aspen Plus的物性分析工具 222
5.1.5 Aspen Plus的单元模型库 222
5.2 Aspen Plus基本操作 222
5.2.1 Aspen Plus的启动 222
5.2.2 Aspen Plus的流程设置 223
5.2.3 物流数据及其他数据的输入 224
5.2.4 结果的输出 224
5.2.5 灵敏度分析和设计规定 225
5.2.6 物性分析和物性估算 225
5.2.7 物性数据回归 225
5.3 Aspen Plus换热器计算中的单元模块 226
5.3.1 Heater模型 226
5.3.2 HeatX换热器模型 227
5.4 Aspen Plus塔设备计算中的单元模块 233
5.4.1 DSTWU模块 233
5.4.2 RadFrac模块 234
5.5 Aspen Plus应用实例 238
5.5.1 二元混合物连续精馏的计算 238
5.5.2 三元混合物连续精馏的计算 242
5.5.3 乙醇-水-苯恒沸精馏的计算 244
5.6 Aspen Plus设计任务书 246
5.6.1 用Aspen Plus进行精馏塔设计任务书 246
5.6.2 用Aspen Plus进行填料吸收塔设计任务书 247
附录1 精馏塔的设计任务书 248
附录2 化工原理课程设计评分标准 251
附录3 带控制点工艺流程图 253
附录4 列管换热器装配图 254
附录5 填料吸收塔装配图 255
附录6 浮阀精馏塔装配图 256