李芳，安徽工程大學，副教授，李芳：1998.7–2002.8 河南三門峽化工機械有限公司，先後在容器分廠擔任技術員及公司研究所壓力容器室從事設計工作。2005.6至今 安徽工程大學任教，主要承擔化工原理和化工設備設計基礎的教學工作。

楊仁春：2010.9至今從事化學反應工程的教學。

李興揚：2005.6至今從事化工熱力學和化工原理的教學。

霍朝飛：2014.7-2018.12中國天辰工程有限公司 2018.12至今安徽工程大學從事化工設計教學

汪海燕：2014年至今東華工程科技股份有限公司

薛愛芳：1994年至今三門峽化工機械有限公司設計所

第1章列管式換熱器工藝設計1

1.1概述1

1.1.1換熱器的分類、特點及結構組成1

1.1.2列管式換熱器標準簡介2

1.1.3非標換熱器工藝設計步驟3

1.2列管式換熱器工藝設計3

1.2.1設計方案3

1.2.2傳熱面積的估算5

1.2.3工藝結構設計7

1.2.4換熱器核算12

1.3換熱器工藝設計舉例15

1.3.1設計任務書15

1.3.2變換器水冷器設計16

1.4EDR換熱器設計舉例21

1.4.1設計任務書21

1.4.2Aspen EDR設計21

1.4.3Aspen EDR 校核24

1.4.4設計結果25



第2章精餾塔工藝設計28

2.1板式塔類型28

2.1.1篩板塔及其優缺點28

2.1.2浮閥塔及其優缺點28

2.2精餾塔的設計步驟29

2.3設計方案29

2.3.1設計方案的確定29

2.3.2確定設計方案的原則30

2.4板式精餾塔設計計算31

2.4.1物料衡算與操作線方程31

2.4.2塔的有效高度和板間距的初選33

2.4.3塔徑34

2.5板式塔的結構35

2.5.1塔的總體結構35

2.5.2塔體總高度36

2.5.3塔板結構37

2.5.4塔板分布40

2.5.5篩板篩孔基本尺寸、開孔率和篩孔數41

2.5.6塔板流體力學驗算42

2.5.7塔板負荷性能圖44

2.5.8熱量衡算和接管選型45

2.6三氯硅烷-四氯硅烷篩板精餾塔設計示例46

2.6.1設計要求46

2.6.2物料衡算46

2.6.3塔板數的確定47

2.6.4精餾塔的工藝條件及有關物性數據55

2.6.5精餾塔的塔體工藝尺寸計算60

2.6.6溢流裝置工藝尺寸62

2.6.7塔板布置63

2.6.8篩板的流體力學驗算64

2.6.9精餾塔塔板負荷性能圖67

2.6.10熱量衡算、接管選型和板式精餾塔高度74

2.7Aspen設計舉例77

2.7.1簡捷塔計算77

2.7.2嚴格塔計算78

2.7.3精餾塔校核82

2.7.4設計條件及結果一覽表85



第3章吸收塔工藝設計86

3.1概述86

3.2設計方案的確定86

3.2.1裝置流程的確定86

3.2.2吸收劑的選擇87

3.2.3吸收劑再生方法選擇87

3.2.4塔設備的選擇87

3.2.5操作參數選擇88

3.2.6提高能量利用率89

3.3填料塔的工藝設計89

3.3.1概述89

3.3.2塔填料的選擇90

3.3.3物料衡算與操作線方程96

3.3.4小吸收劑用量與吸收劑用量96

3.3.5塔徑的計算97

3.3.6填料層高度的計算100

3.3.7填料層的分段103

3.3.8塔附屬空間高度103

3.3.9填料塔內件的類型與設計104

3.3.10填料層壓降的計算112

3.4設計舉例113

3.5Aspen設計舉例120

3.5.1Aspen模擬120

3.5.2Aspen校核123



第4章列管式換熱器機械設計127

4.1概述127

4.2列管式換熱器的結構設計127

4.2.1管程結構127

4.2.2殼程結構128

4.2.3連接結構設計131

4.2.4標準件的選用135

4.3列管式換熱器的強度計算138

4.3.1殼體、封頭的強度計算138

4.3.2管板的強度計算138

4.4固定管板式換熱器機械設計舉例140

4.4.1設計條件140

4.4.2材料選擇141

4.4.3結構設計141

4.4.4強度計算145



第5章塔設備機械設計149

5.1概述149

5.2塔外部結構設計150

5.2.1塔體150

5.2.2裙座150

5.2.3人孔、手孔155

5.2.4除沫器156

5.2.5弔柱與弔耳156

5.2.6保溫(保冷)157

5.2.7操作平臺158

5.2.8接管158

5.3板式塔內部結構設計160

5.3.1整塊式塔盤160

5.3.2分塊式塔盤162

5.4填料塔內件結構設計164

5.4.1液體分布器164

5.4.2液體再分布器166

5.4.3填料支承板166

5.4.4填料壓板及床層限制板168

5.5塔設備的強度設計和穩定校核168

5.5.1載荷計算168

5.5.2塔的軸向強度和穩定性校核173

5.6填料塔機械設計舉例177

5.6.1設計條件177

5.6.2選材及結構初步設計179

5.6.3強度及穩定性計算179



附錄188



參考文獻192

前言

本書是根據安徽工程大學化工原理及化工設備設計基礎相關授課教師多年教學實踐經 驗，結合工程技術人員多年的設計經驗與我校課程設計實際情況編寫而成的。本書在介紹設備設計基本原理和方法的基礎上，重點介紹了換熱器與塔設備的詳細設計實例。另外，考慮到目前Aspen軟件的普及，此次修訂增加了換熱器、精餾塔與吸收塔Aspen設計實例，並按照全國化工設計大賽標準進行設計。

本書由李芳擔任主編，霍朝飛擔任副主編。第1章、第5章由李芳 (安徽工程大學)編寫, 第2章由許茂東 (安徽工程大學)編寫, 第3章由張翠歌 (安徽工程大學)編寫，第4章由薛愛芳 (三門峽化工機械研究所)編寫。本書中所有Aspen設計案例由李芳、霍朝飛(安徽工程大學)編寫。本書由唐定興、楊仁春共同審定，唐定興為主審。本書的編寫工作得到了安徽工程大學校領導和學院領導的大力支持，在此表示感謝!

由於編者水平有限,書中不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。



編者

2020年5月









版前言

本書是根據安徽工程大學化工原理及化工設備設計基礎相關授課教師多年教學實踐經驗，並結合工程技術人員多年的設計經驗與我校課程設計實際情況組織編寫。各章除了強調課程設計的設計原理及方法外，還重點編寫了具有工程背景的換熱器、板式塔、反應釜的詳細設計實例，以便於教與學，目的是增強學生的工程觀念。

本書由李芳擔任主編，李勤擔任副主編，唐定興任主審。第1章列管式換熱器工藝設計由李芳(安徽工程大學)、李勤(瀋陽工業大學)編寫，第2章精餾塔工藝設計由許茂東(安徽工程大學)編寫，第3章吸收塔工藝設計由張翠歌(安徽工程大學)編寫，第4章列管式換熱器機械設計由薛愛芳(三門峽化工機械研究所)編寫，第5章塔設備機械設計由李芳(安徽工程大學)編寫，第6章反應釜結構設計由李興揚、王芬華（安徽工程大學）編寫。

本教材的編寫得到了安徽工程大學校領導和生化學院領導的大力支持，在此表示感謝！

由於編者水平有限，書中不足之處懇請讀者批評指正。



編者

2011年4月