化工原课程设计[1].docx

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1、工学院化工原理课程设计设计题目：固定管板式换热器指导老师，程谦伟食品08级姓名，组长黄文华查阅资料、画图副组长：李柳娟计算、画图组员t李国华设计、杨玫计算、画图卢西文核算、画图刘志强设计、画图2011年1月20日设计题目第1页说明书编写要求第5页设计任务书第6页一、设计方案第8页1 .设计方案的选择第8页1.I方案简介第8页1.2设计的一般原则第9页1.3换热器类型的选择第10页2 .流程支配第13页2.1 列管式换热器的选用第13页2.2 2加热剂或冷凝剂的选择第14页2.3 3流体进口温度的确定第14页2.4 流体流速的选择第15页2.5 管子的规格和排列方法第16页2.6 折流挡板和支承

2、板.第18页2.8 材料选用第20页2. 9流淌空间及流速的确定第21页二、确定物性数据第20页三、计算总传热系数第21页1 .热流量第21页2 .平均传热温差第21页3 .冷却水用量第22页4 .总传热系数K第22页四、计算换热面积第23页五、工艺结构尺寸第23页1 .管径和管内流速第23页2 .管程数和传热管数第23页3 .平均传热温差校正及壳程数第24页4 .传热管排列和分程方法第24页5 .壳体内径第25页6 .折流板第25页7 .接管第25页六、换热器核算第26页1 .热量核算第26页2 .换热器内流体的流淌阻力第28页设备结构图（附图）第31页主要符号说明第32页七、设计心得第33

3、页参考文献第36页评语第29页广西工学院生物与化学工程系化工原理课程设计说明书设计课题：大豆油换热器的设计说明书编写要求：化工原理课程设计由说明书和图纸两部分组成。设计说明书为打印稿,包括全部论述、原始数据、计算、表格等，设计说明书一般不少于3000字,设计（论文）任务书装订于说明书的前页，其设计说明书详细书写格式及内容如下：1、标题页2、设计任务书3、书目4、设计方案简介5、工艺流程草图及说明6、工艺计算及主体设备设计7、协助设备的计算及选型8、设计结果概要或设计一览表9、对本设计的评述10、附图（带限制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图）11、参考文献12、主要符号说明化工原理课程设计任

4、务书一、设计课题大豆油换热器的设计二、设计任务1、 处理量：2000kgh大豆油2、 设备型式：列管式（固定管板式）换热器3、 操作条件：a.大豆油：入口温度133C,出口温度40Cb.冷却介质：循环水，入口温度30C,出口温度40Cc.允许乐降：不大于IOTa三、设计要求1 .设计一个固定管板式换热器2 .设计内容包括：a.热力设计b流淌设计c.结构设计d.强度设计3 .设计步骤：（1）依据换热任务和有关要求确定设计方案（2）初步确定换热器的结构和尺寸（3）核算换热器的传热面积和流体阻力（4）确定换热器的工艺结构四、设计原则：1 .传热系数较小的一个，应流淌空间较大，使传热而两侧的传热系数接

5、近；2 .换热器削减热损失；3 .管、壳程的确定应做到便于除垢和修理，以保证运行的牢靠性；4 .应减小管子和壳体因受热不同而产生的热应力.从这个角度来讲，顺流式就优于逆流式；5 .对于有毒的介质或气相介质，必使其不泄露,应特殊留意其密封性，密封不仅要牢靠,而且应要求便利及简洁；6 .应尽量避开采纳贵金属，以降低成本。五、课程要求：1 .要求每组成员共同进行查阅资料,在计算、绘图中进行分工合作2 .要求在1月20日前完成说明书的编写和绘图过程3 .要求每人上交一份说明书,每组一分图纸（用A1.图纸绘制装置图一张：一个设备大图，包含设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏）换热器设计就是

6、在驾驭了基本的传热学、流体力学和换热器结构学问以后，依据所给的任务和条件设计或选定一台或数台换热器。列管式换热器是最常用的换热器，驾驭了列管式换热器的设计任务、原则、原理和计弊方法以后，对于驾驭其他类型的换热器学问也很有帮助。一、设计方案1 .设计方案的选择1.1 方案简介：列管式换热器称管壳式换热器，是化工生产中应用最为广泛的一种换热设备，结构简洁坚实，耐高压，牢匏程度高、适应性强，制造材料范围广：单位体积所具有的传热面积大并传热效果好；而且种类多，型号全，制造工艺比较成熟。因此在石油、化工生产中.尤其是高温高压等大型换热器的主要结构形式。因此，本次设计就对传热过程所用设备一一列管式换热器进

7、行一次选型设计。列管式换热器抗结构可分为固定管板式，浮头式、U形管式、填料函式换热器、四种类型。选用时可依据应用条件的不同及各自的优缺点设计相宜的换热器。要设计一个较完善的换热器，除了能满意传热方面的要求外，还力求传热效率高，体积小、重量轻、消耗材料少，制造成本低，清洗维护便利和操作平安等。因此列管式换热器的设计，首先必需依据化工生产工艺条件的要求通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数，管程数和壳程数，然后进行机械选型设计。列管换热器选型设计过程已有成熟的资料，详细步骤如下：(1)依据流体的物性及生产工艺条件的要求，确定流体通入的空间：(2)确定流体在换热器两端的

8、温度，选择列管换热器的型式；(3)计算流体的定性温度，确定流体的物性数据：(4)依据传热任务计算热负荷；(5)依对流传热系数和a,确定污垢热阻Rs?和RSI。再计算总传热系数K计。据总传热系数的阅历值范围，或按实际状况，选定总传热系数K选值;(6)通过化工工艺计算，山总传热速率方程Q=KSAm初步算出传热面积S,并确定换热器的基本尺寸按系列标准选择设备规格；(7)计算管程、壳程：(8)计算初选设备的管、壳程流体的压强降，如超过工艺允许的范围，需调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的换热器，重新计算压降直到压强降满意要求为止。以上设计过程还要牵涉到大量公式，其详细计算式子可以参考文

9、献1。1.2 设计的一般原则：与任何工艺生产设备一样，换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、平安、运行敏捷牢靠、检修清理便利等等。当这些原则相互冲突时应依据详细状况分析主次，很难预先定一个框框。一个传热效率高、紧凑、成本低、平安牢靠的换热器的产生，要求在设计时细心考虑各种问题，精确的热力设计和计算，还要进行强度校核和复合要求的工艺制造水平。这就须要各方面的通力合作。因为ReO=235d,1(t-d,)=3.58故查图得A=I.44A=0.51.449(59+1)875.250.08972=1356.37Pa流体流过折流板缺口的阻力：AR=N式35B=0.100m：D=O.325m=59(3.

10、5-=593.74Pa2x0.100875.2x0.()89-0.325)2总阻力：P=(1356+594)11.15=2242.62(Pa)10sPa壳程流淌阻力也比较相宜。3.换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计弊结果见表2-13。表12-13换热器主要结构尺寸和计算结果换热器形式：固定管板式管口表换热面积，：21.92符号尺寸用途连接型式工艺参数aDN60循环水口平面名称管程壳程bDN60循环水平面物料名称循环水大豆油CDN60油品入口凹凸面操作压力，MPa0.40.3dDN60油品出凹凸面操作温度，30/40133/40eDN20排气口凹凸面流量，kg/h9144.032

11、000fDN20放净口凹凸面流体密度，kgm,993.95875.2流速，m/s0.0890.264传热量，kW106.02总传热系数，149.07WZm-K对流传热系，Wm2K245170.42污垢系数，0.000343940.00051590m2K/W阻力降，MPa0.0013200.002242程数21举荐运用材料不锈钢不锈钢管子规格252管数：56mm:6000管间距,mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm100切口高度：25%壳体内径，mm325保温层厚度，mm设备结构图（附图）主要符号说明英文字母B一一折流板间距，mP一一压降，Pa：R一一热阻，肝C/M因数；S一一传热面

12、积，m1；m：T一一热流体温度，；W质量流量，Kg/sb板厚，mm；d管径，m：W,一一煤油处理量,kg/s；F一一系数；1.管长度，m：n一一指数；管数：程数：P压力，Pa:因数；Q一一传热速率，W希腊字母一一对流传热系数W(m-C)：2一一导热系数，W(mC);P密度，kgm:C一一系数，无量纲；Q一一热负荷，肌Re一一雷诺准数；t一一冷流体温度，C：管心距,U流速，m/s：Pr一一普朗特系数；K总传热系数，WJf:D换热器外壳内，m；f一一摩擦系数：h圆缺高度，m：m程数：N一管数：q热通量，Wm：r一一半径，m；汽化潜热，KJKg有限差值；粘度，PaS;校正系数。下标C冷流体：h-热流

13、体：i管内：m平均；O管外：s一一污垢。七、设计心得列管式换热器(固定管板式)，具有结构简洁、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低的特点。适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。本文提出的换热器的设计，在工艺设计上考虑了传热系数、管壳程压降等对换热器设计的影响，同时对管壳式大豆油冷却器的结构及相关的技术参数进行了设计和计算.虽然所列公式繁多，但严格依据化工原理的公式计算，能满意设计要求,符合有关技术规范(GB1.51-19令)。(1)依据换热器的特性，比较散热结构、材料确定了大豆油冷却器结构形式设计方案。(2)计算大豆油冷却器传热部分如传热系数

14、、平均温度等，以及校核相关设计参数。(3)依据设计参数和传热计算数据确定了大豆油冷却器详细结构尺寸，如壳程数、壁厚、管束数、内径、管长、折流板数、折流板间距等。回顾本次设计的整个过程，以及我们的设计成果，现总结如下：从设计的过程和结果来看，我小组通过工艺计算、选型过程是比较严谨的、合理的；所选换热器的型号、结构也能满意工艺的要求，达到了设计任务的要求，仔细的完成了本次设计的任务。通过这次课程设计，培育了我们的独立思索的实力，使我们对化工原理的学问有了进一步的驾驭。因此，从始至终，不论是查文献、冲算、还是绘图，我们都仔细的完成。从设计结果可看出，冷却水出口温度不同，若要保持总传热系数，温度越大、

15、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是因为水出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q和K。因此，换热器尺寸增大，金屈材料消耗量相应增大。通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择北常重要.本次设计所选的列管式换热器及工艺流程均符合设计要求。设计过程中，我们除了考虑换热器的处理量和换热效果外，也考虑了生产成本及食品平安性等问题。如在选择板材时，有多种材料可供选择，碳钢来源便利，价格相对便宜，但对于食品原料，碳钢不，故选择了不锈钢。我们明白实际生产中还要考虑很多因素，所以设计中也存在一些缺陷。通过对列管式换热器的设计，我们懂得了工艺设计的

16、基本方法。了解了如何依据设计要求确定工艺设备，并学会了如何依据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中筛选出较适合的资料，依据资料确定主要工艺流程，主要设备及计算出主要设备及协助设备的各项工艺参数及数据，经过计算核弊是否满意设计要求。设计中，我们行阅了很多关于换热器的资料，不但进一步了解了其设备结构及工艺流程，还学习到了主体设备图和工艺流程图的制法。同时，通过计算，我们熟识了化工原理课程设计的流程，力口深了对冷却器设备的了解，而且学会了更深化的利用图书馆及网上资源，对前面所学课程学问有了更深化的了解和相识。但由于本课程设计比较困难，而且我们现有的学问有限，所以本课程设计还不够完善。通过设计可

17、以不断增加学生运用综台学问的实力，解决工程实际问题的实力和全面分析问题的实力。课程设计须要学生F1.己做出决策，自己确定试验方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最志向的方案和合理的设计。所以，课程设计是增加工程观念、培育提高学生独立工作实力的有益实践。在画图中，让我们全面的了解了固定管板式换热器的结构，直观的了解了它的构造。在画图中，我们细心、仔细的完成每一个细微环节，合理的分工负责，最终完成了图形。在设计的整个过程中，不管是哪一个环节，我们都合理的支配、分工,大家各尽所能，各尽其责，充分利用了自己现有的学问和实力，仔细的

18、完成了木次设计。总之，化工生产本身是困难的，影响因素很多。综合平衡、全面考虑各种困难的影响因素，是设计胜利与否的关键。要获得这方面的学问和实力.唯一的途径是多次进行设计的实践本次设计，当然也必定存在它的不足，信任通过多次这样的设计训练，我们所设计出的成果定将口趋完善。参考文献1贾绍义，柴诚敬主编.化工原理课程设计.天津:天津高校出版社，2002,37-592涂伟萍，陈佩真，程达芳编.化工过程及设备设计.北京：化学工业出版社,2000,330周志安，尹华杰，魏新利编化工设备设计基础.北京：化学工业出版社,2004,2953204潘永亮，刘玉良编.化工设备机械设计基础.北京：科学出版社，1999,2492605秦叔经，叶文邦等编.换热器.北京:化学工业出版社，2003,62-1016王明辉主编.化工单元过程课程设计.北京:化学工业出版社，2002,2553蔡建国，周永传编.轻化工设备及设计.北京：化学工业出版社，2007,63-73