《化学工程 卷Ⅵ S1单位，化工设计导论》求取 ⇩

第一章设计导论1

1.1 引言1

1.2设计的性质1

1.2.1 设计的目标(需要)2

1.2.2 资料收集2

1.2.3 产生有可能性的设计答案2

1.2.4 选择3

1.3 对化工生产过程的剖析4

1.4 化工设计项目的组织5

1.5 工程项目的文件6

1.6 规范与标准8

1.7 安全系数(设计因子)9

1.8 单位制9

1.9自由度和设计变量·设计问题的数学表达法10

1.9.1 信息流和设计变量10

1.9.2 设计变量的选择13

1.9.3 信息流和设计问题的结构13

1.10优化16

1.10.1 总程序16

1.10.2 简单模型17

1.10.3 多变问题17

1.10.4 线性规划18

1.10.5 动态规划18

1.10.6 间歇式与半连续工艺过程的优化18

1.11 参考文献19

1.12 符号说明20

第二章物料平衡基本原理21

2.1 引言21

2.2 质量与能量的相当性21

2.3 质量守恒21

2.4 表示组成的单位22

2.5 化学计算23

2.6 系统边界的选择23

2.7 计算基准的选择25

2.8 独立组分的个数26

2.9 流量和组成的约束因素26

2.10 一般代数法27

2.11 连结组分28

2.12 过量反应物30

2.13 转化率和收率30

2.14 循环工艺过程33

2.15 排放35

2.16 旁路36

2.17 不稳定状态的计算36

2.18 处理物料平衡问题的一般步骤38

2.19 参考文献(进一步的读物)38

2.20 符号说明39

第三章能量平衡的基本原理40

3.1 引言40

3.2 能量守恒40

3.3能量的形态(每单位物质的物料)40

3.3.1 势能40

3.3.2 动能40

3.3.3 内能41

3.3.4 功41

3.3.5 热41

3.3.6 电能41

3.4 能量平衡41

3.5 比焓的计算44

3.6 平均热容45

3.7 压力对热容的影响46

3.8混合物的热焓48

3.8.1 积分溶解热48

3.9 热焓-浓度图50

3.10反应热50

3.10.1 压力对反应热的影响51

3.11 标准生成热53

3.12 燃烧热54

3.13气体的压缩和膨胀55

3.13.1 Mollier图55

3.13.2 多变压缩和膨胀57

3.13.3 电驱动设备61

3.14 简单能量平衡程序62

3.15 不稳定状态能量平衡65

3.16能最回收66

3.16.1 热交换67

3.16.2 热交换器网络67

3.16.3 废热锅炉67

3.16.4 高温反应器68

3.16.5 低品位燃料69

3.16.6 高压工艺物流71

3.17 参考文献73

3.18 符号说明73

第四章流程图的编制76

4.1 引言76

4.2流程图的表示方法76

4.2.1 方块流程图76

4.2.2 图例76

4.2.3 物流流量的表示77

4.2.4 图中应包括的资料77

4.2.5 流程图的布置79

4.2.6 资料的精确度79

4.2.7 计算的基础80

4.2.8 间歇式工艺过程80

4.2.9 公用工程80

4.2.10 设备的标识80

4.3流程图的手工计算80

4.3.1 流程计算的基准81

4.3.2 单个设备的流程图计算81

4.4 计算机辅助编制流程图102

4.5全稳态的模拟程序102

4.5.1 信息流程图103

4.6简单的物料平衡程序104

4.6.1 简单物料平衡程序的开发104

4.6.2 例证106

4.6.3 估算分流分率系数的导则111

4.6.4 MASSBAL，质量平衡程序112

4.7 参考文献114

4.8 符号说明114

第五章管道及仪表流程图116

5.1 引言116

5.2PI图116

5.2.1 符号与布置116

5.2.2 基本符号116

5.3 阀的选择117

5.4 泵120

5.5管道系统的机械设计122

5.5.1 壁厚：管子表号122

5.5.2 管架122

5.5.3 管件122

5.5.4 管道应力123

5.6 管道尺寸的选择123

5.7控制和仪表130

5.7.1 仪表130

5.7.2 仪表和控制目标131

5.7.3 自动控制方案131

5.8典型的控制系统132

5.8.1 液面控制132

5.8.2 压力控制132

5.8.3 流量控制133

5.8.4 换热器133

5.8.5 串级控制134

5.8.6 比例控制134

5.8.7 蒸馏塔的控制134

5.8.8 反应器的控制135

5.9 报警、安全自动断开和联锁137

5.10 参考文献138

5.11 符号说明138

第六章估价与工程项目评价140

6.1 引言140

6.2 投资估算的准确度与目的140

6.3 固定投资与流动资金140

6.4 价格的上升(通货膨胀)141

6.5 快速投资估算法143

6.6因子法估价145

6.6.1 Lang氏因子145

6.6.2 详细因子估价145

6.7 购买设备的估价147

6.8 因子法摘要151

6.9操作费用(Operating Cost)151

6.9.1 操作费用的估算152

6.10工程项目的经济评价158

6.10.1 现金流量和现金流量图158

6.10.2 税金和折旧159

6.10.3 折现现金流量(货币的时值)159

6.10.4 回收率的计算159

6.10.6 折现现金流量的目收率(DCFRR)160

6.10.6 偿还期160

6.10.7 考虑通货膨胀160

6.10.8 敏感性分析161

6.10.9 摘要161

6.11 参考文献164

6.12 符号说明164

第七章结构材料166

7.1 引言166

7.2 材料性能166

7.3机械性能167

7.3.1 拉伸强度167

7.3.2 刚性167

7.3.3 韧性167

7.3.4 硬度168

7.3.5 疲劳168

7.3.6 蠕变168

7.3.7 温度对机械性能的影响168

7.4耐腐蚀性168

7.4.1 均匀腐蚀169

7.4.2 电化腐蚀170

7.4.3 点蚀171

7.4.4 晶间腐蚀171

7.4.5 应力的影响171

7.4.6 磨蚀-腐蚀172

7.4.7 高温氧化172

7.4.8 氢脆172

7.6 耐腐蚀性能的选择172

7.6 材料价格173

7.7 污染174

7.8通常使用的结构材料174

7.8.1 钢铁174

7.8.2 不锈钢175

7.8.3 镍177

7.8.4 蒙乃尔合金(Monel)177

7.8.5 因康镍(Inconel)177

7.8.6 海氏合金(Hastelloy)177

7.8.7 铜及铜合金177

7.8.8 铝及铝合金177

7.8.9 铅177

7.8.10 钛177

7.8.11 钽178

7.9作为建造化工装置的材料——塑料178

7.9.1 聚氯乙烯(PVC)178

7.9.2 聚烯烃179

7.9.3 聚四氟乙烯(PTFE)179

7.9.4 玻璃钢(GRP)179

7.9.5 橡胶179

7.10陶瓷材料(硅酸盐材料)179

7.10.1 玻璃180

7.10.2 陶瓷180

7.10.3 耐酸砖180

7.10.4 耐火材料(耐热材料)180

7.11 石墨180

7.12 保护涂层181

7.13 耐腐蚀结构设计181

7.14 参考文献181

7.15 符号说明184

第八章设计资料和资料185

8.1 引言185

8.2 生产工艺资料的来源185

8.3 物性的一般来源186

8.4 工程资料需要的准确性186

8.5 物性的推算187

8.6密度188

8.6.1 液体188

8.6.2 气体和蒸气的密度(比容)189

8.7粘度189

8.7.1 液体189

8.7.2 气体192

8.8导热率192

8.8.1 固体192

8.8.2 液体192

8.8.3 气体193

8.8.4 混合物193

8.9比热194

8.9.1 固体和液体194

8.9.2 气体196

8.10气化热焓(潜热)197

8.10.1 混合物200

8.11 蒸气压201

8.12扩散系数201

8.12.1 气体201

8.12.2 液体203

8.13表面张力204

8.13.1 混合物205

8.14 临界常数206

8.15 反应热焓和生成热焓208

8.16相平衡资料208

8.16.1 汽-液平衡资料(vle)208

8.16.2 液相活度系数的关联210

8.16.3 汽-液平衡的推算211

8.16.4 烃类的K值213

8.16.5 高压下的汽-液平衡214

8.16.6 液-液平衡214

8.16.7 气体溶解度214

8.17 参考文献214

8.18 符号说明216

第九章安全和预防损失218

9.1 引言218

9.2 本质和非本质安全218

9.3危险219

9.3.1 毒性219

9.3.2 可燃性220

9.3.3 爆炸221

9.3.4 燃烧源221

9.3.5 离子辐射222

9.3.6 压力222

9.3.7 温度偏差223

9.3.8 噪声223

9.4“Dow”火灾和爆炸指数224

9.4.1. “Dowv火灾和爆炸指数的计算224

9.4.2 防护措施(PP)的选择227

9.4.3 Mond-Dow指数230

9.4.4 小结230

9.5危险性和可操作性研究232

9.5.1 基本原则232

9.5.2 引导字码的解释233

9.5.3 步骤234

9.6 危险性分析237

9.7 可以接受的风险和安全优先238

9.8 安全核查表239

9.9 参考文献241

9.10 符号说明243

第十章设备选择、规格要求和设计244

10.1 引言244

10.2 分离过程244

10.3固-固分离245

10.3.1 筛分245

10.3.2 液-固旋流器247

10.3.3 水力分离器和筛子(分选器)247

10.3.4 水力淘簸筛247

10.3.5 淘选台248

10.3.6 分选离心机248

10.3.7 浓稠介质分离器(浮沉法)248

10.3.8 浮选分离器(泡沫浮选)248

10.3.9 磁选机249

10.3.10 静电分离器249

10.4液-固(固-液)分离器249

10.4.1 增稠器和澄清器250

10.4.2 过滤250

10.4.3 离心机254

10.4.4 旋液分离器(液体旋流器)259

10.4.5 压榨(挤出)262

10.4.6 固体干燥262

10.5溶解固体的分离267

10.5.1 蒸发器268

10.5.2 结晶器270

10.6液-液分离272

10.6.1 倾析器(澄清器)272

10.6.2 板式分离器275

10.6.3 聚结器276

10.6.4 离心分离机276

10.7溶解液体的分离276

10.7.1 溶剂萃取(液-液萃取)276

10.8气-固分离(气体净化)277

10.8.1 重力沈降(沉降槽)278

10.8.2 撞击式分离器278

10.8.3 离心分离器(旋风分离器)278

10.8.4 过滤器284

10.8.5 湿式洗涤器(洗涤)284

10.8.6 静电除尘器285

10.9 气-液分离器285

10.10 破碎与研磨设备287

10.11混合设备289

10.11.1 气体混合289

10.11.2 液体混合289

10.11.3 固体和膏状物293

10.12物料的输送与贮存294

10.12.1 气体295

10.12.2 液体297

10.12.3 固体297

10.13反应器299

10.13.1 主要类型的反应器299

10.13.2 设计步骤301

10.14 参考文献302

10.15 符号说明304

第十一章分离塔(蒸馏与吸收)306

11.1 引言306

11.2连续蒸馏的过程说明306

11.2.1 关于回流方面的考虑307

11.2.2 进料点位置308

11.2.3 塔压选择308

11.3连续蒸馏的基本原理308

11.3.1 平衡级方程308

11.3.2 露点和泡点309

11.3.3 平衡闪蒸的计算309

11.4 蒸馏中的设计变量311

11.5二元系统的设计方法312

11.5.1 基本方程313

11.5.2 McCabe-Thiele法314

11.5.3 低浓度产品316

11.5.4 Smoker方程319

11.6多组分蒸馏的一般原理323

11.6.1 关键组分323

11.6.2 塔数324

11.7多组分蒸馏、板数和回流比的简捷计算法324

11.7.1 虚拟二元系统324

11.7.2 Smith-Brinkley法327

11.7.3 经验关联法328

11.7.4 非关键组分的分配(作图法)331

11.8多组分系统的严格解法(电算法)344

11.8.1 Lewis-Matheson法345

11.8.2 Thiele-Geddes法345

11.8.3 松弛法346

11.8.4 线性代数法346

11.9 间歇蒸法346

11.10塔板效率346

11.10.1 塔板效率的推算347

11.10.2 O′Connell关联法348

11.10.3 Van Winkle关联法350

11.10.4 AIChE法350

11.10.5 雾沫夹带353

11.11 近似选定塔的尺寸353

11.12板式塔354

11.12.1 板型选择356

11.12.2 塔板结构356

11.13塔板流体力学计算359

11.13.1 塔板设计步骤359

11.13.2 塔板面积360

11.13.3 塔径360

11.13.4 液流型式362

11.13.5 雾沫夹带362

11.13.6 泄漏点362

11.13.7 堰上清液层高度363

11.13.8 溢流堰的尺寸364

11.13.9 开孔面积364

11.13.10 孔径365

11.13.11 孔间距365

11.13.12 液面梯度365

11.13.13 液体抛出距离365

11.13.14 塔板压降365

11.13.15 降液管设计〔滞液(淹塔)现象〕367

11.14填料塔375

11.14.1 填料形式377

11.14.2 填料(床)高度379

11.14.3 传质单元高度的推算(HTU)382

11.14.4 塔径(能力)385

11.14.5 塔的内件391

11.14.6 润湿率394

11.15 塔的附属设备394

11.16 参考文献394

11.17 符号说明396

第十二章传热设备402

12.1 引言402

12.2 基本的设计方法和理论402

12.3 总传热系数403

12.4 污垢系数405

12.5列管换热器的结构零件407

12.5.1 换热器的标准和规范408

12.5.2 管子410

12.5.3 壳体411

12.5.4 管板的布置(管子计数)412

12.5.5 壳体型式(程数)414

12.5.6 折流板414

12.5.7 支承板和拉杆415

12.5.8 管板415

12.5.9 壳体与管箱的管口416

12.5.10 流动引起的管子震动416

12.6 平均温度差(温度推动力)416

12.7列管换热器一般的设计考虑420

12.7.1 流体流道的选择420

12.7.2 壳程和管程的流体速度420

12.7.3 物流的温度421

12.7.4 压力降421

12.7.5 流体的物性421

12.8管程传热系数和压力降(单相)422

12.8.1 传热422

12.8.2 管程压力降425

12.9壳程传热和压力降(单相)427

12.9.1 流动状态427

12.9.2 设计方法429

12.9.3 Kern的方法429

12.9.4 Bell的方法436

12.9.5 壳体和管束的几何尺寸443

12.9.6 污垢对压力降的影响445

12.9.7 压力降的限制446

12.10冷凝器449

12.10.1 传热的基本原理449

12.10.2 水平管外冷凝450

12.10.3 垂直管内、外的冷凝450

12.10.4 水平管内冷凝454

12.10.5 蒸汽冷凝454

12.10.6 平均温度差455

12.10.7 过热降温和过冷455

12.10.8 混合物的冷凝456

12.10.9 冷凝器中的压力降458

12.11再沸器和气化器463

12.11.1 沸腾传热的基础464

12.11.2 槽式沸腾465

12.11.3 对流沸腾467

12.11.4 强制循环再沸器的设计470

12.11.5 热虹吸式再沸器的设计471

12.11.6 釜式再沸器的设计474

12.12板式换热器478

12.12.1 传热的设计478

12.12.2 压力降479

12.13 直接接触式换热器479

12.14 翅片管480

12.15 套管换热器481

12.16 空气冷却器481

12.17 火加热炉481

12.18 参考文献483

12.19 符号说明485

第十三章工艺设备的机械设计491

13.1引言491

13.1.1 压力容器的分类491

13.2 压力容器规范和标准492

13.3基本原理和公式492

13.3.1 主应力492

13.3.2 失效理论493

13.3.3 弹性稳定493

13.3.4 回转壳体的薄膜应力494

13.3.5 平板498

13.3.6 容器的胀大变形500

13.3.7 二次应力501

13.4压力容器的设计总则501

13.4.1 设计压力501

13.4.2 设计温度502

13.4.3 材料502

13.4.4 设计应力(公称设计强度)502

13.4.5 焊缝系数和结构分类502

13.4.6 腐蚀裕度503

13.4.7 设计载荷504

13.4.8 实用的最小壁厚504

13.5内压作用下的薄壁容器设计504

13.5.1 圆筒和球壳504

13.5.2 封头和顶盖505

13.5.3 平封头的设计506

13.5.4 凸形封头的设计507

13.5.5 圆锥形部分和端盖508

13.6 开孔和接管的补强509

13.7外压容器的设计511

13.7.1 圆筒形壳体511

13.7.2 加强圈的设计513

13.7.3 容器封头514

13.8承受组合载荷的容器设计515

13.8.1 重量载荷518

13.8.2 风载荷(高耸容器)519

13.8.3 地震载荷521

13.8.4 偏心载荷(高耸容器)521

13.8.5 扭矩522

13.9容器支座524

13.9.1 鞍式支座524

13.9.2 裙式支座528

13.9.3 悬挂式支座533

13.10螺栓法兰连接535

13.10.1 法兰型式及其选择535

13.10.2 垫片536

13.10.3 法兰接触面538

13.10.4 法兰设计538

13.10.5 标准法兰541

13.11换热器管板542

13.11.2 焊接接头的设计544

13.13 容器的疲劳估计546

13.14 压力试验546

13.15高压容器546

13.15.1 基本方程式547

13.15.2 复合容器549

13.15.3 自增强处理550

13.16 液体贮罐550

13.17离心机的机械设计551

13.17.1 离心压力551

13.17.2 转鼓和主轴的运转，临界转速552

13.18 参考文献554

13.19 符号说明557

第十四章厂址方面的一般考虑563

14.1 引言563

14.2 工厂位置与厂址的选择563

14.3 厂址的布置564

14.4工厂的布置566

14.4.1 用于厂址与工厂布置的技术567

14.5公用工程567

14.5.1 含水废物处理569

14.6 参考文献570

附录A装置和配管系统图标符号按BS1553：第1部分：1976571

附录B一个简单的流程图编制程序MASSBAL580

附录C 腐蚀表588

附录D物理性质数据库609

附录E部分常用SI单位的换算系数630

附录F标准法兰633

附录G设计习题639