过程装备设计课程设计题.doc

《过程装备设计》课程设计
基本要求：按照课程设计指导书的有关要求进行。
题目：
1．某企业用冷却水冷却从反应器中出来的循环使用的有机液，要求从有机液中取出4×105kJ/h的热量，其操作条件和物性参数如表所示，设有两个单程列管式换热器可用，其尺寸如下：换热器内径D=270mm，内装48根Φ25×2.5mm，长3m的钢管，试通过计算分析如下问题并设计该换热器：
（1）这两个换热器能否移走4×105kJ/h的热量？
（2）这两个换热器用并联的方式安装，是否最好？
液体
温度，℃
质量流量
kg/h
比热
kJ/kg·K
密度
kg/m3
导热系数
W/m·K
粘度
N·s/m2
入口
出口
有机液
63
T2
30000
2.261
950
0.172
1×10-3
水
28
t2
20000
4.187
1000
0.621
0.742×10-3

2．某炼油厂用175℃的柴油将原油从70℃预热到110℃，已知柴油的处理量为34000kg/h，柴油的密度为715kg/m3，比热为2.48kJ/kg·K，导热系数为0.133W/m·K，粘度为0.64×10-3N·s/m2，原油处理量为44000kg/h，密度为815kg/m3，比热为2.2kJ/kg·K，导热系数为0.128W/m·K，粘度为3×10-3N·s/m2，传热管两侧污垢热阻取为0.000172m2·K/W，两侧的阻力损失都不应超过0.3105N/m2，试确定一适当的列管式换热器。

3．某炼油厂用海水冷却常压塔产出的柴油馏分，冷却器为Φ114×8钢管组成的排管，水平浸没于一很大的海水槽中，海水由下部引入，上部溢出，海水通过槽内时的流速很小。已知计算时测得海水的平均温度为42.5℃，钢管外壁温度为56℃，试确定该冷却器的基本结构参数。

4．以一精馏塔用于分离乙苯—苯乙烯混合物，其中塔的进料量为3100kg/h，混合物中乙苯的质量分率为0.6，要求塔顶和塔底产品中的乙苯质量分率应达到0.95和0.25，试通过计算确定该塔型和其基本结构。

5．以一常压连续精馏塔用于分离含苯40%（质量分数）的苯—甲苯混合液，要求塔顶和塔底产品中的苯质量分数应达到97%以上和2%以下，采用的回流比R=3.5，若精馏塔内的塔板结构为筛板，已知苯和甲苯在塔顶和塔底的平均温度95℃下的粘度均为0.275mPa·s，试估算在泡点（液体加热过程中，开始沸腾，产生气泡的点）进料时的实际塔板数和加料位置，若其中混合液为饱和液体时，并计算确定其塔型和其基本结构。

6．我校过控实验室设计的乙醇—水精馏塔。为了正常开展实验，需将含有少量SO2的实验气体进行净化，设实验的温度为20℃，压强（表压）为13kPa，空气流量为300m3/h，当用流量为7500kg/h常温下的水除去其中所含少量的SO2。
若采用瓷质鲍尔环（25mm），试求所需填料塔的直径和设计气速下每米填料层的压降，并据此设计该塔。

7．试设计一筛板蒸馏塔，其用途为分离苯和甲苯混合液。常压操作，塔顶产品可认为是纯苯，其最大产量为20000kg/h。是按第一层板的条件进行计算，已知该板操作数据为：
苯
相对分子质量
78.1
蒸汽密度(kg/m3)
2.69
操作压力（kPa）
101.3
液体表面张力（21mN/m）
21
操作温度(℃)
80
液体最大流量(kg/h)
100000
液体密度(kg/m3)
694
气体最大流量(kg/h)
12000
8．已知一安装有6个平叶片的透平式搅拌叶轮的搅拌器，其工作介质的液体深度为9m，液体粘度为1000cP，密度为960kg/m3，搅拌叶轮的直径初定为3m，转速为10r/min，叶轮离槽底高度为3m时设计此搅拌其，试确定该搅拌器所需功率、设计挡板的安装位置、数量及有关的其他参数。

9．过控实验室所设计的搅拌式反应釜，设其参数如下：6个平叶片的透平式搅拌叶轮。其直径为50cm，位于槽的中心，转速为100r/min，工作介质为液体，其粘度为200厘泊（cP），重度为945kgf/m3，槽中液体深度为1.5m，试确定该搅拌器所需功率、叶轮离槽底的高度、是否需要安装挡板？如需要加热，其加热的温度可选择范围是多少？（提示：先设定反应釜中的反应介质，然后进行计算）

10．已知某固定管板换热器的管板厚度为24mm，胀接深度为21mm，管子与管板为开槽胀接，其余参数如上题所示，试问该换热器是否需要设置膨胀节？并设计该换热器

11．某浮阀塔(见附图)，公称直径Dg=2000mm，高度H=32m。操作压力为0.6×106Pa，操作温度120℃。裙座高3m。塔顶和离地20m处各有一平台，塔顶有一条φ219×8的出气管直立向下，塔侧有笼式扶梯与直立管成900布置。该塔保温层厚100mm，直立管保温层厚50mm。塔体材料选用Q235R，裙座材料用Q235。该塔在操作时的质量为3.2×104kg，设备的最小质量为2.2×104kg，最大质量为11.4×104kg，在塔座与塔体焊接处(对焊)，裙座与塔封头焊缝处以上的设备操作质量为2.9×104kg，水压试验时塔设备的最大质量为11.3×104kg。设备安装地区的基本风压q0=3.5×10-4MPa，地震裂度为7度，地基为Ⅱ类场地土，试对该塔的筒体及裙座进行强度计算及校核

12、试设计每小时将350m3(标准状况下)的高温气体(混合气体)从30℃冷却到0℃所用的列管式换热器。高温气体的组成为：
m3 %
H2 81.5 23.3
CH4 150.4 42.9
C2H4 89.1 25.5
C3H6 29.0 8.3
合计 350.0 100.0
高温气体的压力为0.6MPa，冷冻剂也是在同一压力下的同一气体，不过其最初的温度为-30℃。

13、试设计一螺旋换热器（如下图示），用来将40m3／h的水从15℃加热到50℃，加热所用的是从多效蒸发器来的压力为0.05MPa，t=80℃的用来蒸发糖浆的二次蒸汽。

14、混合液中含有40％(重量)的苯和60％的甲苯。试设计每小时分离1.0×104kg该混合液的连续式精馏塔。馏出液中必须含有96％(重量)的苯，而塔釜内残叶中应含有98%的甲苯。原始混合液送入塔内时是处于沸点状态。加热蒸汽的压力P=3表压。精馏塔装置如图所示。（建议用浮阀塔）

15、一台钢制的固定管板式换热器，壳体内径D1=1000mm，换热管为φ25×2.5mm，两管板内侧之间的距离为5890mm，管子单位长度质量为1.39kg／m，弹性模量E=2.03×105MPa，管子在管板上的排列以及折流板布置如下图所示。管子为正三角形排列，排列角为30°，管间距32mm，壳程流体横向流过折流板区的管束时，最小间隙出现在第六排，总间隙量为bmin＝226.4mm，流体的操作条件如下表所示。试问此换热器会不会发生振动？并据上述条件画出该换热器的总装配图。

16、某醋酸精馏塔设计。设计一年产1.5万t的醋酸精馏塔，要求产品含醋酸99％以上，其中甲酸含量应小于0.15％；塔顶馏出物中，醋酸含量应小于25％。已知精馏塔各组物流的组成如表所示。

17、用甲苯自水溶液(连续相)中萃取丙酮，已知分配系数m＝0.64，ρc＝998kg／m3，ρd＝857kg／m3，DC＝1.3×10-9m2／s，Dd＝2.48×10-9m2／s，σ＝0.026N／m。今用φ25mm鲍尔环作填料，R＝Vp／Vc＝1.82，丙酮初浓度为0.241kmol／m3，要求萃取率为80％，试求塔径及填料高度，并设计该填料萃取塔。（题中c、d分别代表连续相和分散相）

18、某搅拌反应釜，其工艺条件如表所示，试设计该搅拌反应釜。

19、某炼油厂减压塔采用干式蒸馏法生产燃料油，结构与温度和压力阐述如下图所示，该减压塔的处理量为1×104kg/h，生产所用原油为汽油、煤油和柴油组合成的混合油，其混合比为3：2：5，试确定该减压塔的基本结构和主要零部件的基本尺寸。

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