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內容簡介: |
本书简介了化工装备选型设计的基本原则和基本方法,系统地介绍了:基于Aspen Plus软件的反应设备、板式精馏塔和填料吸收塔的工艺设计;基于Aspen EDR软件的管壳式换热器的工艺设计;基于Cup-Tower软件的板式精馏塔和填料吸收塔的水力学设计和校核;基于SW6-2011软件的反应设备、列管式换热器、板式精馏塔、填料塔、储罐的机械校核;基于NSAS软件的压力容器开孔结构分析设计;基于软件的安全阀选型、压力容器划类、流程泵选型;基于AutoCAD软件的过程设备绘图。以应用案例的形式分析了以下软件:换热设备工艺设计常用的“HTRI软件和Aspen EDR软件”;过程设备强度计算常用的的“SW6软件”和“PV Elite软件”;压力容器分析设计常用的软件ANSYS。附图包括列管移热式固定床催化反应器、搅拌反应釜、降膜式蒸发器、板式精馏塔、填料吸收塔、卧式储罐在内的过程设备的装配图图纸6张。
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關於作者: |
刘超锋,郑州轻工业学院,副教授,从事20多年的高等学校教学工作,主讲的课程包括化工设备设计、工程热力学、过程装备维护、过程装备CAD;作为指导教师,指导学生获得全国第7届大学生过程装备实践与创新大赛三等奖。 科研:公开发表期刊论文70多篇,其中EI收录5篇;中国国家知识产权局授权刘超锋发明人的发明专利4项;完成人完成省级科技成果鉴定4项。
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目錄:
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第1章基于Aspen的反应设备的工艺设计1 1.1基于RStoic模块的物料衡算和热量衡算1 1.2基于Heater模块的反应设备出口温度计算6 1.3基于Aspen EDR软件的多管式固定床催化反应设备的设计8 1.3.1初步设计8 1.3.2初步设计结果9 1.3.3校核11 1.3.4校核阶段的计算结果12 1.3.5进一步优化后的结果13 第2章基于Aspen EDR软件的列管式换热器的工艺设计15 2.1管壳式换热设备设计原则15 2.2设计参数的初步确定16 2.3初步设计过程17 2.3.1建立和保存文件17 2.3.2设置应用选项17 2.3.3输入工艺参数17 2.3.4输入物性数据17 2.3.5输入结构数据19 2.3.6运行程序19 2.3.7设计计算结果分析19 2.4校核过程21 2.4.1设置应用选项21 2.4.2结构数据标准化21 2.4.3运行程序22 2.4.4校核计算结果分析22 2.5进一步优化过程23 第3章Aspen EDR软件应用案例分析24 3.1关于换热器的型式24 3.2对于管壳式换热器25 3.3对于板翅式换热器26 3.4案例分析28 第4章HTRI软件应用案例分析43 4.1关于物性参数43 4.2关于工艺条件43 4.3关于流程43 4.4关于换热器类型44 4.5关于换热器壳程流动的调整46 4.6关于换热管振动49 4.7关于热虹吸式再沸器56 4.8关于尾气焚烧炉59 第5章基于Aspen Plus软件的板式精馏塔的工艺设计63 5.1设计条件的确定63 5.2初步计算过程64 5.2.1模型的新建64 5.2.2物料的定义64 5.2.3物性方法的选择64 5.2.4流程的建立65 5.2.5物料衡算的单位设置66 5.2.6进料条件的定义67 5.2.7塔内参数的定义67 5.2.8恒算结果68 5.3进一步优化设计69 5.4塔设备尺寸计算过程70 5.4.1定义塔内的参数70 5.4.2处理量的调整对塔径的影响70 5.4.3水力学计算结果72 5.4.4塔板结构参数72 5.4.5塔板的工艺参数73 5.5小结75 第6章基于Cup-Tower软件的板式塔水力学校核和设计76 6.1水力学校核计算过程76 6.1.1参数设置76 6.1.2校核计算结果78 6.2水力学设计计算过程81 6.2.1设计参数的定义81 6.2.2设计计算结果82 6.3小结85 第7章基于Aspen Plus软件的填料吸收塔的工艺设计86 7.1模拟所需要的参数确定86 7.2吸收过程的初步模拟86 7.2.1创建新的模拟86 7.2.2物性方法的选择89 7.2.3流程图的定义89 7.2.4流程图中物流的定义92 7.2.5吸收塔的定义94 7.2.6初步模拟结果96 7.3吸收塔内过程的进一步优化98 7.4填料吸收塔的水力学设计99 7.4.1填料的选择99 7.4.2液泛分率的选择100 7.4.3水力学计算结果101 7.4.4查看填料塔尺寸及相关参数103 第8章基于Cup-Tower软件的填料吸收塔的水力学设计104 8.1填料塔水力学设计的一般要求104 8.2输入参数的定义105 8.3计算结果106 第9章基于SW6软件的反应设备的机械校核108 9.1主体设计参数输入108 9.2筒体数据输入108 9.3管板数据输入109 9.4前端管箱数据输入110 9.5后端管箱数据输入111 9.6前端管箱法兰数据输入112 9.7筒体法兰数据输入113 9.8开孔补强数据输入115 9.9反应设备校核结果116 9.9.1前端管箱筒体计算结果116 9.9.2前端管箱封头计算结果117 9.9.3后端管箱筒体计算结果117 9.9.4后端管箱封头计算结果117 9.9.5壳程圆筒计算结果117 9.9.6开孔补强计算结果118 9.9.7延长部分兼作法兰固定式管板计算结果119 9.10反应设备的裙座设计校核数据输入119 9.10.1主体设计参数输入119 9.10.2筒体数据输入120 9.10.3附件数据输入120 9.10.4上封头数据输入120 9.10.5下封头数据输入121 9.10.6裙座数据输入121 9.11裙座校核结果123 第10章基于软件的管壳式换热设备的机械校核126 10.1新建文件的操作126 10.2主体设计参数的输入126 10.3筒体数据的输入126 10.4管板数据的输入128 10.5前端管箱数据的输入129 10.6前端管箱法兰数据输入131 10.7后端管箱数据输入132 10.8筒体法兰数据输入134 10.9开孔补强数据输入135 10.10运行136 10.11前端管箱筒体的设计计算结果137 10.12前端管箱封头的设计计算结果137 10.13后端管箱筒体的设计计算结果137 10.14后端管箱封头的设计计算结果138 10.15壳程圆筒的设计计算结果138 10.16开孔补强的设计计算结果138 10.17固定式管板的设计计算结果139 10.18管箱法兰的设计计算结果140 10.19耳式支座的选择140 10.19.1数据输入140 10.19.2计算结果141 10.19.3校核所选耳式支座141 第11章基于SW6软件的板式精馏塔的机械校核142 11.1板式塔机械设计参数的确定142 11.1.1设计压力的确定142 11.1.2设计温度的确定142 11.1.3材料选择和实验压力的确定142 11.1.4封头的确定142 11.1.5管口和人孔143 11.1.6塔顶空间高度的确定144 11.1.7塔底部空间高度的确定144 11.1.8裙座高度的确定144 11.1.9液柱静压力的确定145 11.1.10接管尺寸145 11.1.11吊柱的选取145 11.2基于SW6软件的板式塔机械强度校核146 11.2.1主体设计参数的输入146 11.2.2筒体参数的输入146 11.2.3塔板参数的输入147 11.2.4附件数据的输入147 11.2.5上封头数据的输入147 11.2.6下封头数据的输入147 11.2.7载荷数据的输入148 11.2.8裙座数据(1)的输入149 11.2.9裙座数据(2)的输入149 11.2.10裙座数据(3)的输入150 11.2.11开孔补强的数据输入151 11.3校核计算结果154 11.4小结160 第12章基于SW6软件的填料吸收塔的机械校核161 12.1主体设计参数162 12.2筒体数据163 12.3内件数据164 12.4附件数据165 12.5封头数据166 12.6载荷数据167 12.7裙座数据167 12.8开孔补强数据169 12.9容器壳体强度计算结果175 12.10上封头校核计算结果176 12.11下封头校核计算结果176 12.12裙座校核结果177 12.13开孔补强校核结果181 第13章基于SW6软件的卧式容器的机械校核183 13.1SW6的打开方式183 13.2新建文件184 13.3数据输入184 13.3.1主体设计参数输入184 13.3.2筒体数据输入185 13.3.3左封头数据输入185 13.3.4右封头数据输入185 13.3.5鞍座数据输入186 13.3.6接管数据输入187 13.4校核计算188 13.4.1计算188 13.4.2退出并保存189 13.5内压圆筒校核结果190 13.6左封头计算结果190 13.7右封头计算结果190 13.8鞍座计算结果191 13.9开孔补强计算结果192 第14章基于软件的过程设备局部结构设计193 14.1基于SW6软件的齿啮式卡箍计算193 14.2基于程序的非标准螺纹法兰设计195 14.3基于NSAS软件的压力容器开孔结构优化199 14.3.1启动过程199 14.3.2管口类型的选择199 14.3.3数据输入201 14.3.4工况设置202 14.3.5参数调整202 14.3.6计算204 14.3.7计算结果的处理208 14.3.8接管壁厚的影响209 14.3.9筒体壁厚的影响209 14.3.10焊接角度对最大应力比的影响210 14.3.11正交试验210 第15章SW6软件应用案例分析212 15.1对于一般的设备212 15.1.1腐蚀裕量212 15.1.2封头壁厚212 15.1.3焊接接头系数213 15.1.4液柱压力213 15.1.5接管实际外伸长度213 15.1.6非圆形开孔计算直径213 15.2对于管壳式换热器214 15.2.1换热管受压失稳当量214 15.2.2分程隔板槽面积214 15.3对于夹套容器215 15.3.1夹套容器两腔的压力确定216 15.3.2计算工况的处理216 15.4关于鞍座的宽度222 第16章PV Elite软件应用案例分析223 16.1关于材料的添加223 16.2关于鞍座底板厚度计算226 16.3关于换热器计算228 第17章ANSYS软件压力容器应用案例分析236 17.1关于设计过程237 17.2关于命令流文件244 17.2.1开启新的工作246 17.2.2定义参数246 17.2.3前处理246 17.2.4求解部分247 17.2.5后处理部分247 17.3关于APDL命令流文件的运行方式250 17.3.1在ANSYS环境中运行250 17.3.2间接通过VB的方式251 第18章基于软件的压力容器划类256 18.1管壳式换热设备的压力容器划类258 18.1.1介质的输入258 18.1.2压力和容积尺寸的输入258 18.1.3划类结果260 18.2板式塔的划类260 18.2.1划类前的计算260 18.2.2进行划类260 第19章基于软件的安全阀选型262 19.1基于Aspen Plus软件的安全阀选型所需参数的计算263 19.1.1动力故障工况时的物性参数263 19.1.2火灾工况时的汽化潜热263 19.1.3计算最小泄放面积所需的多个物性参数266 19.1.4塔顶回流故障时的泄放量268 19.1.5真实气体摩尔体积的求解269 19.2基于Aspen Plus软件的安全阀设计270 19.3反应设备安全阀的选型273 19.3.1确定阀门类型的数据输入273 19.3.2定径计算的数据输入274 19.3.3确定材料和规格的数据输入275 19.3.4最终参数的数据输入275 19.3.5其他内容的数据输入276 19.3.6安全阀软件的选型结果276 19.4精馏塔安全阀的选型276 19.5储罐安全阀的选型279 第20章基于软件的流程泵选型286 20.1介质对选型的影响286 20.2操作参数对选型的影响287 20.3换热设备液体进料泵选型288 20.4精馏塔液体进料泵选型291 20.5储罐进料泵选型294 第21章基于AutoCAD软件的过程设备绘图298 21.1图纸上表达的内容299 21.1.1总体要求299 21.1.2图纸上需要特别注意的内容300 21.1.3数据表305 21.1.4管口明细表305 21.1.5明细表305 21.1.6装配图标题栏307 21.1.7零部件标题栏308 21.2绘图环境常用的设置308 21.2.1图形单位308 21.2.2图层308 21.2.3显示线宽309 21.2.4联机的内容和触摸体验309 21.2.5选择集模式310 21.2.6样板文件311 21.3常用的命令及快捷键312 21.3.1范围缩放312 21.3.2全屏幕模式键盘和鼠标的控制312 21.3.3相对坐标314 21.3.4切换正交模式315 21.3.5波浪线315 21.3.6剖面线315 21.3.7文字316 21.3.8对象特性316 21.3.9快捷键绘图316 21.4画图比例的控制320 21.4.1图幅法320 21.4.2布局法320 21.5画图顺序320 21.6简化画法321 21.7筒体、封头的画法322 21.8接管及法兰的画法322 21.9支座的画法323 21.10管板布管图的画法324 21.11焊接符号的画法324 21.12尺寸标注325 21.12.1一般要求325 21.12.2一般尺寸标注样式的设置328 21.12.3引出水平标注样式的设置330 21.12.4角度标注样式的设置330 21.12.5尺寸公差标注样式的设置331 21.13件号和管口号的编制332 21.14技术要求的填写332 21.15表面粗糙度属性块333 21.16标高符号的画法333 21.17表格的画法333 21.17.1直接法333 21.17.2借助Excel软件的方法336 21.18特性的调整336 21.19多余设置的清理336 21.20图纸打印336 21.21基于AutoCAD二次开发的过程设备的参数化绘图337 21.21.1基于VBA337 21.21.2基于.NET342 附图348 附图1列管式反应设备的图纸348 附图2搅拌反应釜图纸350 附图3管壳式换热设备的图纸352 附图4板式精馏塔的图纸354 附图5填料吸收塔的图纸356 附图6储罐的图纸358 参考文献360
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內容試閱:
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化工行业具有非标设备种类多的特殊性。目前,化工装置的选型和设计的主流设计过程,是借助计算机辅助的系统化手段,将化工过程装置内的工艺过程、成套过程装备转化为工程师语言的设计过程。随着对设计效率和设计质量要求的提高,计算机辅助化工装置选型和设计成为设计人员必须掌握的手段。 本书内容丰富,坚持“实用”为第一原则,针对化工装置里的典型设备(换热器、塔设备、反应设备、储罐、离心泵、安全阀等)以案例式编写,给出的图纸、图样的符号、代号参考国家和行业现在执行的标准规范,图文并茂,各章均有设计案例的软件操作,便于读者根据本书介绍的软件操作截图重复这些操作过程,直观地学习相关的知识并便于学以致用,解决读者多年来在多本参考书之间所面临的对化工装置选型设计领域复杂工程计算无从下手的问题,有利于提高本书的参考价值。 本书介绍了化工装置选型设计的基本原则和基本方法,系统地介绍了:基于Aspen Plus软件的反应设备、板式精馏塔和填料吸收塔的工艺设计;基于Aspen EDR软件的管壳式换热器的工艺设计;基于Cup-Tower软件的板式精馏塔和填料吸收塔的水力学设计和校核;基于SW6-2011软件的反应设备、列管式换热器、板式精馏塔、填料塔、储罐的机械校核;基于NSAS软件的压力容器开孔结构分析设计;基于软件的安全阀选型、压力容器划类、流程泵选型;基于AutoCAD软件的过程设备绘图。以应用案例的形式分析了以下软件:换热设备工艺设计常用的HTRI软件和Aspen EDR软件;过程设备强度计算常用的SW6软件和PV Elite软件;压力容器分析设计常用的软件ANSYS。附图包括列管移热式固定床催化反应器、搅拌反应釜、降膜式蒸发器、板式精馏塔、填料吸收塔、卧式储罐在内的过程设备的装配图图纸。 本书以化工装置选型设计人员为主要的读者对象,可以作为过程装备与控制工程、化学工程与工艺、能源与动力工程、机械工程等专业大学生、研究生参加全国大学生化工设计竞赛、课程设计和毕业设计的教材或参考书,也可以作为化工装置技术人员和社会其他读者继续教育的参考书。 本书由郑州轻工业学院刘超锋编著。在成书过程中,得到郑州轻工业学院相关领导的热情鼓励;学生陈振毅、司豪鹏、张满东、赵涌涛、常天文、杜腾飞、熊云涛参与本书的图文输入。此外,本书参考了相关的文献资料,在此一并致谢! 限于笔者的水平,书中不足之处恳请读者批评指正。 编著者 2017年10月
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