第1章緒論1

1.1設計的目的和要求1

1.2設計的內容2



第2章精細化學品生產裝置工藝設計3

2.1設計概述3

2.2設計內容3

2.2.1生產工藝流程設計3

2.2.2生產工藝流程圖的繪制4

2.2.3管道及儀表流程圖的繪制4

2.2.4常見設備圖形符號12

2.3工藝流程設計15

2.3.1方框流程圖和生產工藝流程草圖15

2.3.2工藝物料流程圖15

2.3.3帶控制點的工藝流程圖16

2.4工藝流程設計的基本原則16

2.5主體設備設計條件圖17

2.5.1工藝條件圖的作用17

2.5.2工藝條件圖的內容17

2.5.3工藝條件圖的畫圖規格17

2.6工藝計算18

2.6.1物料衡算18

2.6.2熱量衡算19

2.6.3設備選型計算及部分管路計算19

2.7精細化學品生產工藝設計案例19

2.7.1設計任務19

2.7.2設計內容20

2.7.3已知條件20

2.7.4物料衡算21

2.7.5熱量衡算29

2.7.6設備選型及計算32

2.7.7管路計算39

2.7.8生產設備42

2.7.9設計案例附圖43



第3章換熱器的設計44

3.1設計方案的確定44

3.1.1換熱器類型的選擇44

3.1.2流程的選擇46

3.1.3加熱劑或冷卻劑的選擇47

3.1.4流體出口溫度的確定47

3.1.5流體流速的選擇47

3.2工藝結構尺寸設計48

3.2.1管徑選擇48

3.2.2管程數和總管數的確定50

3.2.3管子的排列50

3.3工藝設計計算51

3.3.1計算步驟51

3.3.2傳熱面積的計算52

3.3.3總傳熱繫數K值的計算55

3.3.4阻力損失的計算59

3.4立式熱虹吸式再沸器60

3.4.1立式熱虹吸式再沸器內加熱過程60

3.4.2設計過程61

3.5設計計算案例75

3.5.1列管式換熱器75

3.5.2立式熱虹吸式再沸器80

3.5.3冷凝冷卻器84



第4章板式精餾塔的設計86

4.1概述86

4.2設計方案的確定86

4.2.1裝置流程的確定87

4.2.2精餾方式的選定87

4.2.3操作壓力的選取87

4.2.4加料狀態的選擇87

4.2.5加熱方式88

4.2.6回流比的選擇88

4.2.7塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質的選擇88

4.2.8板式塔類型的選擇88

4.3物料衡算、熱量衡算89

4.3.1物料衡算89

4.3.2熱量衡算90

4.4塔板數的計算92

4.4.1理論塔板數的計算92

4.4.2塔板效率的估算98

4.5板式塔主要工藝尺寸的計算99

4.5.1塔高和塔徑100

4.5.2塔板上液流流型的選擇102

4.5.3溢流裝置102

4.5.4篩板塔塔板設計108

4.5.5浮閥塔塔板設計114

4.6板式塔的結構與附屬設備119

4.6.1板式塔的結構119

4.6.2板式塔的附屬設備120

4.7浮閥塔、篩板塔設計案例123

4.7.1浮閥塔123

4.7.2篩板塔130



第5章填料吸收塔設計142

5.1概述142

5.2設計方案142

5.2.1裝置流程142

5.2.2操作條件的選擇144

5.2.3吸收劑的選擇144

5.2.4能量的合理利用145

5.3塔填料的類型和選擇145

5.3.1填料的類型146

5.3.2填料的選擇147

5.4填料吸收塔工藝設計149

5.4.1塔徑的計算149

5.4.2填料層高度計算及分段153

5.5填料塔壓降的計算157

5.5.1散裝填料壓降的計算157

5.5.2規整填料壓降的計算158

5.6填料塔內件的類型與設計158

5.6.1塔內件的類型158

5.6.2塔內件的設計159

5.7填料吸收塔設計案例161

5.7.1設計方案的確定161

5.7.2填料的選擇161

5.7.3基礎物性數據161

5.7.4物料衡算162

5.7.5填料塔工藝尺寸的計算163

5.7.6填料層壓降計算165

5.7.7液體分布器簡要設計166



第6章流化床干燥裝置的設計167

6.1概述169

6.1.1流態化現像169

6.1.2流化床干燥器的特性170

6.1.3流化床干燥器的形式及干燥流程171

6.2設計方案的確定172

6.2.1流化床干燥器的設計步驟172

6.2.2流化床干燥器干燥條件的確定173

6.2.3干燥過程的物料衡算和熱量衡算175

6.2.4流化床干燥器操作流化速度的確定177

6.2.5流化床干燥器主體工藝尺寸的計算180

6.2.6干燥器的結構設計182

6.3干燥裝置附屬設備的計算與選型187

6.3.1風機187

6.3.2空氣加熱器187

6.3.3供料器188

6.3.4氣固分離器190

6.4臥式多室流化床干燥裝置設計案例191

6.4.1干燥流程的確定191

6.4.2物料和熱量衡算192

6.4.3干燥器的工藝設計194

6.4.4附屬設備的選型198



第7章蒸發器的設計201

7.1概述201

7.2設計方案的確定202

7.2.1蒸發操作條件202

7.2.2蒸發設備的要求203

7.2.3蒸發器的類型及其選擇203

7.2.4選型的基本原則說明206

7.2.5蒸發裝置流程207

7.3多效蒸發的工藝計算210

7.3.1總蒸發水量的計算211

7.3.2估算各效蒸發量211

7.3.3估算各效溶液的濃度212

7.3.4分配各效壓強212

7.3.5計算各效溫度差損失212

7.3.6計算總溫度差損失214

7.3.7計算有效總傳熱溫度差214

7.3.8計算各效溶液的沸點214

7.3.9計算各效溶液的蒸發量及加熱蒸汽消耗量214

7.3.10計算各效傳熱速率215

7.3.11計算各效傳熱繫數K215

7.3.12有效傳熱溫度差的分配215

7.3.13傳熱面積的計算216

7.4傳熱繫數K值的計算與確定217

7.5蒸發器的結構設計和強度計算221

7.5.1蒸發器的結構設計221

7.5.2蒸發器的殼體設計225

7.5.3蒸發器頂蓋設計226

7.5.4管板尺寸及其與管子和殼體的連接228

7.5.5保溫層厚度的確定231

7.5.6混合冷凝器的計算232

7.5.7真空泵生產能力的計算233

7.6三效蒸發器設計案例233



附錄238

附錄一列管式換熱器的基本參數238

附錄二再沸器的基本參數241

附錄三管板上加熱管數與圈數的關繫242

附錄四在0.1013MPa下NaOH溶液沸點溫度的升高值243

附錄五NaOH溶液的密度244

附錄六NaOH溶液比熱容cp244

附錄七NaOH溶液運動黏度繫數γ×103 245

附錄八NaOH溶液表面張力σ×104 245

附錄九NaOH溶液的普朗特準數［Pr］245

附錄十密度與波美度的關繫246

附錄十一水的物理性質246

附錄十二水在不同溫度下的黏度247

附錄十三飽和水蒸氣表（以溫度為準）248

附錄十四飽和水蒸氣表（以kPa為單位的壓強為準）249

附錄十五壁面污垢的熱阻（污垢繫數）250

附錄十六總傳熱繫數推薦值251

附錄十七管內各種流體常用流速262

附錄十八泵規格（摘錄）263



參考文獻267

《化工過操作設備設計》結合精細化學品工藝設計和操作典型設備設計兩方面的內容，是高等學校化學工程與工藝專業的專業課教材。本教材主要闡述了化工過操作設備設計的基本原理、基本程序和基本方法。為了全面介紹化工過操作設備設計的基本原理、基本程序和基本方法，本書共安排了7章內容，具體包括緒論、精細化學品生產裝置工藝設計、換熱器的設計、板式精餾塔的設計、填料吸收塔設計、流化床干燥裝置的設計以及蒸發器的設計。章末配有典型案例和設計圖，方便教學和自學。

全書以處理工程問題的研究方法為主線，注重理論聯繫實際，強調研究方法和工程觀點的培養，實用與理論兼顧。通過設計，使學生了解工程設計的基本內容，掌握化工設計的程序和方法，培養學生的工程實踐能力，提升學生的工程素養。本書為高等學校化學工程與工藝及相關專業的實踐教學的教材，亦可作為化工、材料、環境、生工、醫藥等從事研究、設計與生產的工程技術人員的技術參考書。

本書由南通大學朱國華、喻紅梅主編，華平統稿並主審。具體編寫分工為：第1章、第2章由王樹清、朱國華編寫；第3章由姜國明編寫；第4章和附錄由王樹清和單佳慧編寫；第5章由單佳慧編寫；第6章由喻紅梅編寫；第7章由朱國華編寫；前言和簡介由華平撰寫。

由於編者水平有限，書中一定有不足和有爭議的地方，懇請同行批評指正。



編者

2019年4月於南通大學