计算机辅助化工装置选型设计

　　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。

　　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。

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