填料塔毕业论文

毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：年处理量万吨甲苯-水混合液的填料塔的设计函授站： 专业： 化工工艺 班级：xx学生： xx 指导教师：1．设计（论文）的主要任务及目标 塔设计计算：a塔工艺计算（物料和能量衡算）b 塔及塔板主要工艺尺寸的设计计算⑶ 对苯精馏塔的流体力学验算⑷ 相关辅助设备选型与计算⑸ 设计结果及分析讨论2．设计（论文）的基本要求和内容⑴ 论文内容符合毕业设计撰写规范。⑵ 数据可靠、真实，具有一定的代表性。⑶ 计算过程细化、符合规范要求。⑷ 要求论文图纸包括：生产工艺流程控制图、塔的部分装配图、X-Y图、塔板负荷性能图。3．主要参考文献⑴陆美娟.《化工原理》.化学工业出版社.2001年1月第1版⑵冯伯华.《化学工程手册》第1、2、3、6卷.化学工业出版社.1989年10月第1版 ⑶包丕琴.《华工原理课程设计指导书》.北京化工大学化工原理教研室.1997年4月⑷陈洪钫.《化工分离过程》.化学工业出版社.1995年5月第1版⑸陈钟秀.《化工热力学》.化学工业出版社.1993年11月第1关键词：回流比、精馏、泡点进料、设备、试差 目 录前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）第1章 精馏方案的说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）第节 操作压力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）第节 进料状态．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）第节 采用强制回流（冷回流）．．．．．．．．．．．．．．．（8）第节 塔釜加热方式、加热介质．．．．．．．．．．．．．．（8）第节 塔顶冷凝方式、冷却介质．．．．．．．．．．．．．．（8）第节 流程说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）第节 筛板塔的特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9）第节 生产性质及用途．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9）第节 安全与环保．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（11）第2章 烯烃加氢饱和单元分析．．．．．．．．．．．．．．．．．（12）第节 反应机理及影响因素分析第节 物料平衡第节 能量平衡第3章 精馏塔设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（12）第节塔的工艺计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.（12）第节塔和塔板主要工艺尺寸的设计计算．．．．.（25）第4章 塔的流体力学验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（31）第节校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（31）第节负荷性能图计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（34）第5章 辅助设备选型计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（39）第节换热器的计算选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（39）第节 管道尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（44）第节 原料槽、成品槽的确定．．．．．．．．．．．．．．．．（45）第6章 设计结果概要及分析讨论．．．．．．．．．．．．．．．（45）第节数据要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（45）第节设计特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（46）第节 存在的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（46）参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（47）符号说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（48）附录1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）附录2．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）附录3．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）附录4．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）前言本论文是针对工业生产中苯-甲苯溶液这一二元物系中进行苯的提纯精馏方案，根据给出的原料性质及组成、产品性质及组成，对精馏塔进行设计和物料衡算。通过设计核算及试差等计算初步确定精馏塔的进料、塔顶、塔底操作条件及物料组成。同时对精馏塔的基本结构包括塔的主要尺寸进行了计算和选型，对塔顶冷凝器、塔底再沸器、相关管道尺寸及储罐等进行了计算和选型。在计算设计过程中参考了有关《化工原理》、《化学工程手册》、《冷换设备工艺计算手册》、《炼油设备基础知识》、《石油加工单元过程原理》等方面的资料，为精馏塔的设计计算提供了技术支持和保证。通过对精馏塔进行设计和物料衡算等方面的计算，进一步加深了对化工原理、石油加工单元过程原理等的理解深度，开阔了视野，提高了计算、绘图、计算机的使用等方面的知识和能力，为今后在工作中进一步发挥作用打下了良好的基础。第1章 精馏方案的说明本精馏方案适用于工业生产中苯-甲苯溶液二元物系中进行苯的提纯。精馏塔苯塔的产品要求纯度很高，达％以上，而且要求塔顶、塔底产品同时合格，以及两塔顶温度变化很窄(℃)，普通的精馏温度控制远远达不到这个要求。故在实际生产过程控制中只有采用灵敏板控制才能达到要求。故苯塔采用温差控制。第节 操作压力精馏操作在常压下进行，因为苯沸点低，适合于在常压下操作而不需要进行减压操作或加压操作。同时苯物系在高温下不易发生分解、聚合等变质反应且为液体（不是混合气体）。所以，不必要用加压减压或减压精馏。另一方面，加压或减压精馏能量消耗大，在常压下能操作的物系一般不用加压或减压精馏。第节 进料状态进料状态直接影响到进料线（q线）、操作线和平衡关系的相对位置，对整个塔的热量衡算也有很大的影响。和泡点进料相比：若采用冷进料，在分离要求一定的条件下所需理论板数少，不需预热器，但塔釜热负荷（一般需采用直接蒸汽加热）从总热量看基本平衡，但进料温度波动较大，操作不易控制；若采用露点进料，则在分离要求一定的条件下，所需理论板数多，进料前预热器负荷大，能耗大，同时精馏段与提馏段上升蒸汽量变化较大，操作不易控制，受外界条件影响大。泡点进料介于二者之间，最大的优点在于受外界干扰小，塔内精馏段、提馏段上升蒸汽量变化较小，便于设计、制造和操作控制。第1．3节 采用强制回流（冷回流）采用冷回流的目的是为了便于控制回流比，回流方式对回流温度直接影响。第1．4节 塔釜加热方式、加热介质塔釜采用列管式换热器作为再沸器间接加热方式，加热介质为水蒸汽。第1．5节 塔顶冷凝方式、冷却介质塔顶采用列管式冷凝冷却器，冷却介质用冷却水。第1．6节 流程说明由于上游装置没有后加氢单元，所以在重整反应过程中生成的烯烃会带到本装置原料中， 烯烃的存在，会导致苯、甲苯产品的酸洗比色不合格，因此必须进行烯烃的加氢饱和。本装置流程包括烯烃加氢反应单元和精馏单元两部分。烯烃加氢反应单元：原料经过进料泵加压后进入换热器E101与反应生成油交换热量后，进入加热炉L101进行加热，再进入反应器R101，经过烯烃饱和加氢反应后进入热交换器E101冷却后，进入油气分离器V101，油进入精馏原料中间罐。本精馏方案采用节能型强制回流进行流程设计，并附有在恒定进料量、进料组成和一定分离要求下的自动控制系统以保证正常操作。精馏过程：30OC原料液从原料罐经进料泵进入原料换热器E102再经原料预热器进行预热进一步预热至泡点（，加热介质为水蒸汽），温度升至约,从进料口进入精馏塔T101进行精馏，塔顶气温度为部分冷凝后的气液混合物进入塔顶冷却器（冷却介质为冷却水），冷凝后的物料进入回流罐V102，然后再通过回流泵，将料液一部分作为回流也打入塔顶，另一部分作为塔顶产品经产品冷却器进入产品储罐V103，再经产品泵P104/AB输送产品。塔釜内液体一部分进入再沸器E103，经水蒸汽加热后，回流至塔釜，另一部分与原料换热器换热后排入甲苯储罐。在整个流程中，所有的泵出口都装有压力表，所有的储槽都装有放空阀，以保证储槽内保持常压。第节 筛板塔的特性筛板塔是最早使用的板式塔之一，它的主要优点：（1）结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60%左右，为浮阀塔的80%左右；（2）在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%-40%；（3）塔板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；（4）气体压力降较小，每板压力降比泡罩塔约低30%左右。筛板塔的缺点是：小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。第节 生产性质及用途 苯的性质及用途苯是一种易燃、易挥发、有毒的无色透明液体，易燃带有特殊芳香气味的液体。分子式C6H6，相对分子量，相对密度(20℃)，熔点℃，沸点℃，闪点℃(闭杯)，自燃点℃，蒸气密度，蒸气压( ℃)， 标准比重为。蒸气与空气混合物爆炸限～。不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油混溶。遇热、明火易燃烧、爆炸。能与氧化剂，如五氟化溴、氯气、三氧化铬、高氯酸、硝酰、氧气、臭氧、过氯酸盐、(三氯化铝+过氯酸氟)、(硫酸+高锰酸盐)、过氧化钾、(高氯酸铝+乙酸)、过氧化钠发生剧烈反应，不能与乙硼烷共存。苯是致癌物之一。苯是染料、塑料、合成树脂、合成纤维、药物和农药等的重要原料，也可用作动力燃料及涂料、橡胶、胶水等溶剂。质量标准：见表1－1。表1-1 纯苯质量标准（GB/T2283-93）项目 指标 特级 一级 二级 三级外观 室温（18~25℃）下透明液体，不深于每1000mL水中含有重铬酸钾溶液的颜色密度（20℃）/kg/m3沸程/℃大气压下（℃）酸洗比色溴价/(g/100mL)结晶点/℃二硫化碳/(gBr/100mL)噻吩/(g/100mL) 876~880中性实验 中性水分 室温（18~20℃）下目测无可见不溶水 甲苯的性质甲苯有强烈的芳香气味，无色有折射力的易挥发液体,气味似苯。分子式C7H8，相对分子质量，相对密度(20℃/4℃)，熔点-95～℃，沸点℃，闪点℃(闭杯)，自燃点480℃，蒸气密度 kg/m3，蒸气压(30℃) 比重D 4℃20℃、，，蒸气与空气混合物的爆炸极限为～7%。几乎不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、冰醋酸、二硫化碳混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。遇明火或与(硫酸+硝酸)、四氧化二氮、高氯酸银、三氟化溴、六氟化铀等物质反应能引起爆炸。流速过快(超过3m/s)有产生和积聚静电危险。甲苯可用氯化、硝化、磺化、氧化及还原等方法之前染料、医药、香料等中间体及炸药、精糖。由于甲苯的结晶点很低，故可用作航空燃料及内燃机燃料的添加剂。质量标准：见表1－2。表1-2 甲苯质量标准（GB/T2284-93）项目 指标 特级 一级 二级外观 室温（18~25℃）下透明液体，不深于每1000mL水中含有重铬酸钾溶液的颜色密度（20℃）/(kg/m3) 沸程/℃大气压下（℃）酸洗比色溴价/（gBr/100mL） 863~868中性实验 中性水分 室温（18~20℃）下目测无可见不溶水第 安全与环保 安全注意事项苯类产品是易燃、易爆、有毒的无色透明液体，其蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物，因此，应特别注意防火，强化安全措施。（1）不准有明火和火花，设备必须密封，以减少苯蒸汽挥发散发入容器中，设备的放散管应通入大气，其管口用细金属网遮蔽，使贮槽或蒸馏设备中的苯类产品不致因散出蒸汽回火而引起燃烧，厂房应设有良好的通风设备，防止苯类蒸汽的聚集。（2）所有金属结构应按规定在几个地点上接地，为防止液体自由下落而引起静电荷的产生，将引入贮槽中所有管道均应安装到接近贮槽的底部，电动机应放在单独的厂房内。（3）应设有泡沫灭火器和蒸汽灭火装置，不能用水灭火。（4）工人进入贮槽或设备进行清扫或修理前,油必须全部放空,所有管道均需切断,设备应用水蒸汽彻底清扫后才允许进入并注意通风,检修人员没有动火证严禁在生产区域内动火。（5）进入生产区域或生产无关人员，不得乱动设备和计量仪表等。（6）及时清除设备管线泄漏情况，严防中毒着火、爆炸等事故的发生。（7）泄漏应急处理迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源，防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用不燃性分散剂制成的乳液刷洗，洗液稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容；用泡沫覆盖，抑制蒸发。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。 环境保护认真执行环境保护方针、政策、坚持污染防治设施与生产装置同时设计、同时施工、同时投产。现将“三废”治理措施分析述如下：（1）废水：各设备间接冷却水回收用于炼焦车间熄焦用，工艺产品分离水送往生化装置进行处理。设备冲洗水经初步沉淀和油水分离后送入生化处理。（2）废气：水凝气体回收引入列管户前燃烧，产品贮槽加水喷淋装置和氮密封措施，防止挥发污染大气环境。（3）废渣：生产过程中生产的废渣送往回收工段作为原料使用。定期检测个生产岗位苯含量和生产下水中各污染均含量，严防超标现象的发生。第2章 烯烃加氢饱和单元分析 反应机理及影响因素分析 （1）反应机理单烯烃 CnH2n+H2→CnH2n+2双烯烃 CnH2n-2+2H2→CnH2n+2环烯烃 烯烃的加氢饱和反应也为耗氢和放热反应。(2) 烯烃的加氢饱和反应过程的影响因素烯烃的加氢饱和反应过程的影响因素除催化剂性能外，主要有原料性质、反应温度、反应压力、氢油比和空速等。①原料性质加工烯烃含量较高的原料时，需要较高的反应苛刻度（即较高的反应压力和反应温度，较低的反应空速）。此外一定要注意原料油罐的惰性气体保护，最好是直接进装置，避免中间与空气接触发生氧化生成胶质，导致催化剂失活加快。 ②反应温度反应温度通常是指催化剂床层平均温度。烯烃的加氢饱和反应是一种放热反应，提高反应温度不利于加氢反应的化学平衡，但能明显提高化学反应速度，提高精制深度。过高的反应温度会促进加氢裂化副反应的发生，使产品液体收率下降，导致催化剂上积炭速率加快，降低催化剂使用寿命；反应温度过低，不能保证将杂质除净。在很高温度下，烯烃饱和度有一个明显的限制，结果使在高温操作比低温操作的产品中有更多的残存烯烃，当原料中有明显的轻组分，使用新催化剂时硫化氢与烯烃反应生成醇，在较低温度下操作可避免硫醇的生成。根据催化剂活性和原料油中的烯烃含量，一般预加氢的反应温度为150～180℃。随着运转时间的延长，逐步提高反应温度，以补偿催化剂的活性降低。③反应压力当要求一定的产品质量时，压力的选择主要是考虑催化剂的使用寿命和原料油中的烯烃含量。一般而言，压力愈高，催化剂操作周期愈长；原料油烯烃含量愈高，选择操作压力也愈高。提高反应压力将促进加氢反应速度，增加精制深度，并可保持催化剂的活性。但压力过高会促进加氢裂解反应，使产品总液收下降，同时过高的反应压力会增加投资及运转费用。④氢油比所谓氢油比是反映标准状态时，氢气流量与进料量的比值。可用H2/HC表示。提高氢油比，不仅有利于加氢反应的进行，并能防止结焦，起到保护催化剂的作用。但是，在原料油进料一定的情况下，氢油比过大会减少原料油与催化剂接触时间，反而对加氢反应不利，导致精制深度下降，产品质量下降，同时也增大了系统压降和压缩机负荷，操作费用增加。⑤空速空速指单位（质量或体积）催化剂在单位时间内处理的原料量，简写为h-1 。空速分为质量空速和体积空速。常用体积空速（LHSV），它的倒数相当于反应接触时间，称为假接触时间。因此空速的大小意味着原料与催化剂接触时间的长短。空速过大，即单位催化剂处理的原料量越多，其接触时间应越短，影响了精制深度；空速过小增加了加氢裂解反应，使产品液收率下降，运转周期缩短，降低了装置的处理量。 物料平衡表2-1烯烃加氢反应单元物料数据 单位：吨/日入 方 出 方原料油 精馏进料 氢气 损失 合计 合计 能量平衡（以加热炉为例） 原料进出加热炉数据 原料进出加热炉数据见表2-2。 表2-2 原料进出加热炉数据入 方（80℃） 出 方（160℃）单位项目 组成 数据 焓值 热量 单位项目 组成 数据 焓值 热量 m% Kcal/kg wkcal m% Kcal/kg wkcal原料油 苯 130 原料油 苯 154 甲苯 128 甲苯 158 烯烃 烯烃 氢气 540 氢气 1090 合计 合计 注：原料中烯烃含量很少在计算过程中可忽略不计。 加热炉热平衡 由表2-2可以知道，原料油经过加热炉后，热量增加值为：.加热炉需要燃烧瓦斯进行提供。加热炉用瓦斯组成见表2-3。表2-3 加热炉用瓦斯组成及焓值计算表 成份组成 体积热值 分析数据 焓值1 氢气 2650 氧气 0 03 氮气 0 04 二氧化碳 05 一氧化碳 3018 0 06 甲烷 8529 乙烷 15186 乙烯 14204 丙烷 21742 丙烯 20638 异丁烷 26100 正丁烷 28281 正丁烯 27160 异丁烯 27160 反丁烯 27160 顺丁烯 27160 碳五以上 34818 合计 100 第七章 参考文献1 化工原理》上下册.化学工业出版社.2006年5月第3版2 冯伯华.《化学工程手册》第1、2、3、6卷.化学工业出版社.1989年10月第1版3 包丕琴.《华工原理课程设计指导书》.北京化工大学化工原理教研室.1997年4月4 陈洪钫.《化工分离过程》，化学工业出版社，1995年5月第1版5 陈钟秀.《化工热力学》.化学工业出版社.1993年11月第1版6 沈复等.《石油加工单元过程原理》上下册.中国石化出版社.2004年8月第1版7.刘巍等.《冷换设备工艺计算手册》.中国石化出版社.2003年9月第1版8.马秉骞主编.《炼油设备基础知识》中国石化出版社.2003年1月第1版9.周志成等.《石油化工仪表自动化》中国石化出版社.1994年5月第1版10.田顾慧.《化工设备》中国石化出版社.1996年6月第1版11.沈复 李阳初.《石油加工单元过程原理》中国石化出版社.2004年8月第1版12.陆美娟.《化工原理》化学工业出版社. 2006年1月第10版符号说明A换热面积m2Aa 鼓泡区面积m2Af 降液管横截面积m2An 有效传质区面积m2Ao 筛孔面积m2AT塔横截面积m2A 质量分率-C 负荷系数-CP 比热KJ/Kg．OC(KJ/Kg．K)D 塔顶产品流率Kmol/h(Kg/h)Dg 公称直径mDT塔径mD 管内径 mmd1 管外径 mmdo 孔径 mmdm 管平均直径mmE 液流收缩系数-ET全塔板效率-ev 雾沫夹带量Kg液体/Kg气体F 进料流率 Kmol/h(Kg/h)H 塔高mHL板上清夜层高度mmHT板间距 mHd降液管内清夜层高度mHD塔顶空间高度 mHB塔底空间高度 mhd 气体通过干板压降mho 降液管下沿到塔板间距离mhow 溢流堰上液头高 mhp 气体通过塔扳压降mhr 液体通过降液管的压降mhw 溢流堰高度mhσ液体表面张力引起的压降mKo 以内壁为基准的总传热系数Kcal/m2．H．oCK稳定系数L 液体流量 Kmol/h(Kg/h,m3/h)lW溢流堰堰长ms 冷却剂质量流量 Kg/hN 实际塔板数 -NT 理论塔板数 -Nt 换热器总管数 -N 开孔数Q 换热器热负荷 WR 回流比 -Rmim 最小回流比 -Rsi 换热管内垢阻系数 m2•h•oC/Kcalr 气化潜热 KJ/KgTc 临界温度 KT 孔间距 mmTp 板厚度 mmua 以鼓泡区面积为基准的气速 m/suf 液泛气速 m/sun 空塔气速 m/suo 以筛孔面积为基准的气速 m/suow 漏液点气速 m/sV 塔内上升气体流量 Kmol/h(Kg/h,m3/h)W 塔釜采出液体量 Kmol/h(Kg/h)Wc 边缘区宽度 m(mm)Wd 降液管宽度 m(mm)Ws 塔板入口安定区宽度 m(mm)Ws’ 塔板出口安定区宽度 m(mm)X 液相摩尔分率 -Y 气相摩尔分率 -A 相对挥发度 -Ai 以内壁为基准的传热膜系数 Kcal/m2•h•oCAo 以外壁为基准的传热膜系数 Kcal/m2•h•oCβ 充气系数 -σ 表面张力 dyn/cm2ρL 液相密度 Kg/m3ρv(g) 气相密度 Kg/m3μ 粘度 Cp 开孔率 -Ф 装料系数 -τ 停留时间 sλ

随着科技负效应的显现,工程伦理越来越受的人们的重视。化学工程有着与其他工程不同的特点。下面是我为大家整理的化学工程应用 毕业 论文，供大家参考。

《 化学工程中计算流体力学应用分析 》

摘要：计算流体力学是以多种计算方程为基础，在多种化学反应设备中进行能量、质量和动量的综合计算，分析出不同守恒定律中，这些变量的主控形式和变化规律，从而优化工程设计和工艺设备，提高化学反应中正向变化的进行，提高热量交换和原材料的反应速率等。从化学工程经济效益的角度分析，有利于工程成本的节约，提升了经济回报。 文章 计算流体力学的基本原理进行分析，并 总结 了其砸你化学工程中搅拌、热交换、精馏塔和化学反应工程的具体应用。

关键词：计算流体力学;求解;基本原理;化学工程;应用

化学工程在我国具有较长的研究与应用历程，并在实际的生产与生活中取得到巨大的应用成效，不仅能够供给正常的生活需求，同时根据新材料的开发，能够满足现代型环保材料的使用。在化学工程中，较多的反映环境和反应机制都是在溶液中进行的，具有质量守恒和热量守恒定律的应用。而这种质量与能量的关系正是计算流体力学的主要原理。通过对实际应用环境和原理的分析，能够优化工程设计和工艺改进，提高化学工程的生产效率。

1计算流体力学在化学工程中的基本原理

计算流体力学简称CFD，是通过数值计算 方法 来求解化工中几何形状空间内的动量、热量、质量方程等流动主控方程，从而发现化工领域中各种流体的流动现象和规律，其主要以化学方程式中的动量守恒定律、能量守恒定律及质量守恒方程为基础。一般情况下，计算流体力学的数值计算方法主要包括数值差分法、数值有限元法及数值有限体积法，其也是一门多门学科交叉的科目，计算流体力学不仅要掌握流体力学的知识，也要掌握计算几何学和数值分析等学科知识，其涉及面广。

针对计算流体力学的真实模拟，其主要目的是对流体流动进行预测，以获得流体流动的信息，从而有效控制化工领域中的流体流动。随着信息技术的发展，市场上也出现了计算流体力学软件，其具有对流场进行分析、计算、预测的功能，计算流体力学软件操作简单，界面直观形象，有利于化学工程师对流体进行准确的计算。

2计算流体力学砸你化学工程中的实际应用

在搅拌中的应用分析

在搅拌的化学反应中，反映介质之间的流动性比较复杂，依据传统的计算形式根本无法解决，并在化学试剂在搅拌中存在不均匀扩散的特点，在湍流的形式中能量的分布状况也存在着空间特点。若是依据实验手段测得反映中物质、能量和质量的变化规律，其得出的结构往往存在较差时效性，实验差加大。

通过对二维计算流体力学的应用，能够对搅拌中流体的形式进行模拟，并进行质量、能量等数据的验证。但是流体的变化，不仅与化学试剂的浓度、减半速度有关，还与时间、容器的形状等有着之间的联系，需要建立三维空间模拟形式进行计算流行力学。随着科学技术和研究水平的提高，在通过借助多普勒激光测速仪后，已经对三维计算形式有了较大的突破，这对于化工工程中原料的有效应用和工程成本的减低具有促进的作用，但是在三维计算流体力学中还存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不断的完善。

在化学工程换热器中的应用分析

换热器是化学工程中主要的应用设备，通过管式等换热器、板式换热器、冷却塔和再沸器等的应用，能够有效的控制化学试剂在反应中的温度变化。其中根据换热器的形式不同，计算流体力学的方式也就不同。在管式换热器中主要是通过流体湍流速度的改变，增加换热速率的。在板式换热器中是通过加大流体的接触面积，提高换热效率的。而在冷却塔和再沸器中，热量交换的形式更为复杂，但是却群在重复性换热的特点，增加了换热的时间，提高了换热的效果。从总体上分析，计算流量力学中，需要对温度变化、流体的速度变化、热交换面积变化和时间变化进行分析。通过CFD计算流体力学的应用，能够计算出不同设备的热交换效果，并根据生产的实际需求进行换热器的选择使用。

在精馏塔中的应用

CFD已成为研究精馏塔内气液两相流动和传质的重要工具,通过CFD模拟可获得塔内气液两相微观的流动状况。在板式塔板上的气液传质方面,Vi-tankar等应用低雷诺数的k-ε模型对鼓泡塔反应器的持液量和速度分布进行了模拟,在塔气相负荷、塔径、塔高和气液系统的参数大范围变化的情况下,模拟结果和现实的数据能够较好的吻合。

Vivek等以欧拉-欧拉方法为基础,充分考虑了塔壁对塔内流体的影响,用CFD商用软件FLUENT模拟计算了矩形鼓泡塔内气液相的分散性能,以及气泡数量、大小和气相速度之间的关系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一种用塔内典型微型单元(REU)的流体力学性质来预测整塔的流体力学性质的方法,对每一个单元用FLUENT进行了模拟计算,发现塔内的主要能量损失来自于填料内的流体喷溅和流体与塔壁之间的碰撞,且用此方法预测了整塔的压降。

Larachi等发现流体在REU的能量损失(包括流体在填料层与层之间碰撞、与填料壁的碰撞引起的能量损失等)以及流体返混现象是影响填料效率的主要因素,而它们都和填料的几何性质相关,因此用CFD模拟计算了单相流在几种形状不同的填料中流动产生的压降,为改进填料提供了理论依据。CFD模拟精馏塔内流体流动也存在一些不足,如CFD模拟规整填料塔内流体流动的结果与实验值还有一定的偏差。这是由于对于许多问题所应用的数学模型还不够精确,还需要加强流体力学的理论分析和实验研究。

在化学反应工程中的应用研究

在化学反应工程中，反应物和生成物的化学反应速率与反应器、温度和压力等有着较大的联系，在实际的反应中可以利用计算流体力学进行数据的获取。但是这数据的获取具有一定的温度限制，当反应中温度过大，就会造成分子的剧烈运动，其运动轨迹的变化规律就会异常，在利用计算流体力学的模型计算中，计算数据与实际情况会发生较大的偏差。由于高温中分子的运动轨迹和运动速度难以获取，在计算流体力学的实际计算中，就要借助FLUENT进行三维建型，并利用测速反应器进行速度的测量，通过综合的比较分析，利用限元法进行数据的计算。可以得出不同环境下的反应器的流线、反应器内部的浓度梯度及温度梯度。通过CFD软件预测反应器的速度、温度及压力场，可以更进一步理解化学反应工程中的聚合过程，详细、准确的数据可以优化化学反应中的操作参数。

3结束语

计算流体力学对于化学工程的应用具有实际意义，并在经济效益的提高上具有重要的价值，在近几年，化学工程技术人员不断的计算流体力学中展开研究，以二维空间计算和模拟为基础，不断的完善三维空间的流量计算，并得出了一系列的流体流动规律。根据计算流体力学在化学工程中的广泛应用，在今后的化学工程发展中，应加强此类学科的教学与延伸，提供出更有效的反应设备和工艺操作。

参考文献

[1]余金伟,冯晓锋.计算流体力学发展综述[J].现代制造技术与装备,2013(06).

[2]舒长青,王友欣.计算流体力学在化学工程中的应用[J].化工管理,2014(06).

《 能源化学工程专业化工热力学教学思考 》

[摘要]《化工热力学》是能源化学工程专业一门理论性和逻辑性较强的专业基础课，文章阐述了作者在《化工热力学》课程教学过程中如何提高学生对学习本课程兴趣的教学实践和教学体会。通过明确教学内容和教学主线，改变传统的单一的课堂教学，将课堂教学与学科动态及工程实践密切结合，激发学生学习兴趣，培养学生自主学习能力和工程意识，以满足培养能源化学工程领域领军人物的要求。

[关键词]化工热力学;能源化学工程;教学实践;教学体会

化工热力学是化工类学生的专业必修课程之一，主要讲述热力学定律在化学工程领域的应用，包括化工过程中各种形式的能量之间相互转换规律及过程趋近平衡的极限条件等。它是培养学生分析和解决实际化工问题思维方法的重要专业理论基础课[1-3]。然而该课程的课程内容抽象、计算繁琐，学生感到非常难学又缺乏实际应用，在课程学习过程中学生产生恐惧和厌学心理，达不到良好的教学效果，因此，我们对该课程的教学内容和 教学方法 进行一些改革和尝试，希望激发学生学习的兴趣，进而更好地掌握这门课程，为后续专业课程的学习夯实基础。

武汉大学2013年新开设的能源化学工程专业是由1958年原武汉水利电力学院开办的“电厂化学”专业发展而来，主要面向电力行业及高效洁净能源领域(包括超临界火电、核电、生物质能、氢能、新型化学电源等)，培养掌握化学与化工基础理论及能源化学专业知识和技能的未来行业发展的领军人物。

目前，本专业主要有水处理、材料腐蚀与防护、化学监督与控制、能源化学四个主要研究方向。为了适应学校对新专业发展和一流学科建设的要求，2015年在本专业大三学生中新增设了《化工热力学》这门化工类专业的专业基础课程。如何调动学生的课堂积极性，培养学生的创新能力，夯实学生的专业基础，使他们在54学时的学习过程中理解并掌握本门课程的基本概念，并且将抽象的理论与实际的能源化学过程联系起来是本课程的核心教学任务。本文结合我校能源化学工程专业的培养目标，浅谈《化工热力学》的教学体会，着重对教学方式进行了探索和实践，为培养能源化学工程领域的领军人物奠定基础。

1明确教学内容与课程主线

结合我校《化工热力学》课程以工程应用为中心、专业研究方向覆盖面广等特点，我们选用了朱自强等编著、化学工业出版社出版的《化工热力学》作为教材[4]，同时，也鼓励学生使用部分参考教材(《化工热力学》，冯新等编，2008;《化工热力学(第二版)》，陈钟秀等编，2000;《化工热力学导论(原著第七版)》，.史密斯等编，刘洪来等译，2007)[5-7]。化工热力学发展时间较长，已形成较完整的知识体系，如何在54学时内有效地把关键知识点教授给学生是本课程教学实践的关键。

由于本专业学生在大二《物理化学》课程中已经系统学习了理想气体相关的状态方程及其应用，因此在本课程教学中不再赘述，而是重点介绍工程实际应用较多的二参数状态方程、化工热力学分析、溶液热力学、流体相平衡和化学反应平衡等。在教学实践中，首先，详细分析《化工热力学》教材结构，围绕主线内容合理编排知识点;其次，建立好各知识点之间的逻辑关系，让学生在大脑中建立化工热力学框架图;最后，根据能源化学工程专业的需要，适当删减补充了教材内容，结合学科动态，增强化工热力学的应用能力，如燃料电池开路电压的计算、水/二氧化碳共电解制合成气过程中气体组成的计算等。

2改变单一课堂教学模式，培养学生自主学习能力

化工热力学课程设计的公式多而繁杂，学生在开始学习阶段容易产生恐惧厌学心理，传统的单一课堂教学模式具有“教师主导学生学习”的特点，与本课程“教师引导学生学习”的教学目的存在较大偏差。因此，应改变传统单一课堂讲授模式，充分采用“启发式”和“参与式”相结合的教学方法。

首先，教师在 课前预习 阶段设疑(提出问题)，促使学生思考，复习旧知识，预习新知识;其次，教师在教学实践过程中采用多媒体和板书相结合的教学方式解疑(解决问题)，并通过对例题和习题的讲解加深学生对化工热力学原理、方法和应用的理解，同时，教学过程中应避免陷于抽象的说教和枯燥的公式推导之中，重点讲述化工热力学知识点的应用条件和物理意义;最后，课堂教学结束后，教师主动与学生面对面交流答疑(探讨问题)，并设置思考题让学生查阅相关资料。通过“设疑—解疑—答疑”的渐进式教学方法达到对关键知识点举一反三的目的，同时，吸引学生注意力，培养学生自主学习能力，提高学生学习的积极性和主动性。

3课堂教学与工程实践密切结合，培养学生初步的工程观点

化工热力学由于理论性较强、基本概念多且抽象，而且本科生在学习过程中接触科研课题及工程实践的机会较少，将课堂教学内容与科研课题及工程实践紧密结合起来，建立“以应用为中心”、“探究式”的特色教学模式，紧密联系我校在能源化学工程领域(特别是超临界火电、核电、生物质能、氢能、新型化学电源等方面)开发利用的化学工程实际问题，把学科前沿领域的科研成果带入课堂，可以使他们强化科研思想、激发听课兴趣、培养创新能力;同时，可以让学生获取利用化工热力学基本原理解决工程实际问题提供思路和方法，培养学生初步的工程观点。

4考核方式方法研究

传统的期末一张考卷为准的考试方式不利于学生能力的培养，也不能全面地体现学生对所学知识的掌握程度，为了更加系统全面地评价学生对课程内容的认识情况，我们对课程的考核方式方法进行了改革探索。目前，课程成绩总评包括平时成绩和期末成绩两部分，其中平时成绩包括学生的课堂综合表现、课程预习、作业三个部分，各占10%;期末考试采用开卷方式考试，考试的题目偏重于对知识点的理解和其在能源化学过程中的应用。然而由于该课程的课程内容抽象、计算繁琐，教学过程中发现仍有部分学生存在畏惧厌学心理，因此，在今后的教学实践中应考虑进一步激发学生的学习兴趣，增强学生的主观能动性，在课堂教学中引入分组讨论，开展导向性的专题研究，将课程内容与能源化学过程(特别是学科动态)相结合，培养学生查阅资料和分工协作的能力，为学生下一步学习专业课程夯实基础。

5结束语

在《化工热力学》课程的教学实践和尝试中，首先要明确教学内容与主线，打破单一的学生被动听讲的模式，理论联系实际应用，调动学生学习的积极性和主动性，激发学生对教学内容的兴趣，并且在教学的过程中对教学方法进行改革创新，因材施教，为学生下一步学习更专业的能源化学工程知识和从事新能源行业工作奠定扎实的基础。

参考文献

[1]陆小华，冯新，吉远辉，等.迎接化工热力学的第二个春天[J].化工高等 教育 ，2008，3：19-21.

[2]梁浩，刘惠茹，王春花.《化工热力学》教学实践与尝试[J].广东化工，2010，37(1)：157-158.

[3]李兴扬，唐定兴，沈凤翠，等.化工热力学教学改革与体验[J].化工高等教育，2011，3：71-73.

[4]朱自强，吴有庭.化工热力学(第三版)[M].北京：化学工业出版社，2009.

[5]冯新，宣爱国，周彩荣，等.化工热力学[M].北京：化学工业出版社，2008.

[6]陈钟秀，顾飞燕，胡望明.化工热力学(第二版)[M].北京：化学工业出版社，2000.

[7]史密斯JM，范内斯HC，阿博特MM，等编;刘洪来，陆小华，陈新志，等译.化工热力学导论(原著第七版)(IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics，SevenEdition).北京：化学工业出版社，2007.

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