化工原理课程设计

化工原理课程设计课程设计说明书 题目名称： 列管式换热器课程设计 系 部： 化学工程系 专业班级： 应化10-5(1) 班 学生姓名： 黄谢风 指导教师： 黄伟 完成日期： 2011/12/20 - 11 -格式及要求1、摘 要 1)摘要正文 (小四，宋体) 摘要内容200300字为易，要包括目的、方法、结果和结论。2）关键词 XXXX；XXXX；XXXX (38个主题词) (小四，黑体) 2、目录格式 目 录(三号，黑体，居中) 1 XXXXX（小四，黑体） 1 1.l XXXXX(小四，宋体) 2 1.1.1 XXXXX(同上) 33、说明书正文格式： 1. XXXXX (三号，黑体)11 XXXXX(四号，黑体)1.1.1 XXXXX(小四，黑体) 正文：XXXXX(小四，宋体)（页码居中）4、 参考文献格式：列出的参考文献限于作者直接阅读过的、最主要的且一般要求发表在正式出版物上的文献。参考文献的著录，按文稿中引用顺序排列。参考文献内容(五号，宋体)示例如下： 期刊序号作者1，作者2，作者n题(篇)名，刊名(版本)，出版年，卷次(期次)。图书序号作者1，作者2，作者n书名，版本，出版地，出版者，出版年。5、.纸型、页码及版心要求： 纸 型： A4，双面打印 页 码： 居中，小五版心距离：高：240mm(含页眉及页码)，宽：160mm相当于A4纸每页40行，每行38个字。6、量和单位的使用： 必须符合国家标准规定，不得使用已废弃的单位。量和单位不用中文名称，而用法定符号表示。 符号说明 1、CP： 比热容 2、： 导热系数 3、: 黏度 4、： 密度 5、 Q： 热负荷 6、T： 热流体温度 7、t： 冷流体温度 8、t逆 逆流对数平均温度 9、 ： 温差校正系数 10、tm 对数平均温度 11、W： 热流量 12、 K： 传热系数 13、S： 流通面积 14、u: 流速 15、 雷诺数 16、 普兰特数 17、d： 直径 18、f 修正系数 19、p： 压降 20、 ： 当量直径 21、l： 管子长度 22、h： 折流板间距 23、 管子数 24、： 管程数 25、D： 外壳直径备注： i 表示管内 O表示管外摘要列管式换热器的设计内容主要包括根据换热任务和有关要求确定设计方案，通过对已知参数进行计算，初步确定换热器的结构和尺寸，进而进行对管壳程传热系数和压降的计算，最后对数据进行审核，看是否满足工艺要求，如不符合，再次进行计算，直到满足工艺要求，最后才能确定换热器的工艺结构。 关键字：列管式换热器 油冷却 设计课程设计任务书1112学年 上 学期 11 年 12 月20日专业应用化工生产技术班级10-5（1)班课程名称化工原理设计题目列管式换热器设计指导教师 杨智勇起止时间11.12.1-11.12.20周数2周设计地点化工系机房设计目的： 作为本专业的专业基础课，化工原理是设备专业学生对专业课综合学习与运用的基础，为学生今后进行毕业设计工作奠定基础，是设备专业技术人员必要的基础训练。设计任务或主要技术指标：1.已知条件（1）处理能力：6000kg/h油（2）油品：入口温度140oC，出口温度40 oC（3）冷却介质：循环水，入口温度30 oC，出口温度40 oC (4) 已知油的物性： 密度: 825 /m3 黏度：0.000715Pa.s 导热率：0.140 W/m. 比热容：2.22kJ/kg.2.合理的参数选择和结构设计3.传热计算和压降计算：设计计算和校核计算设计进度与要求：1.查阅资料1天，计算2天，说明书撰写1天，整理半天，课程设计答辩半天2.本课程设计一律要求用A4稿主要参考书及参考资料：化工原理第二版 化学工业出版社 张浩勤 主编化工原理 高等教育出版社 杨祖荣 主编化工原理课程设计 天津大学出版社 贾绍义 柴诚敬 主编教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 年 月 日目录1.概述- 1 -1、1设计任务：- 1 -2、设计计算：- 1 -2.1 换热器的类型确定：- 1 -2.2 管壳程确定：- 2 -2.3选定物性参数：- 2 -2.4 平均温度计算：- 3 -2.5初步计算换热面积：- 4 -2.5.1热流量计算：- 4 -2.5.2冷却水用量：- 4 -2.5.3 初估K值计算换热面积：- 4 -2.6初选换热器：- 5 -3、计算管程对流传热系数及压降：- 5 -3.1管程流通面积及流速：- 5 -3.2管程对流传热及压降：- 5 -4、 计算壳程传热系数及压降- 5 -4.1 流通面积及流速：- 5 -4.2壳程传热系数及压降- 6 -5、计算传热面积- 7 -5.1计算传热系数- 7 -5.2计算换热面积- 7 -5.3对此换热器进行核算：- 7 -6、 物性汇总表:- 8 -7、对本次设计的评述及总结- 9 -8、工艺简图- 10 -9、参考文献- 11 -1.概述 换热器的概念及意义:在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。这种设备统称为换热器。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。1、1设计任务： 某生产过程中，需将6000kg/h的油从140冷却到40，压力为0.3MPa;冷却介质采用循环水，循环水的压力为0.4MPa,循环水入口温度30，出口温度为40.试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。油的物性数据如下，水的自己查取：物料，/m3Cp,kJ/kg.,W/m.,Pa.s油8252.220.1400.0007152、设计计算：2.1 换热器的类型确定：因为热流体温度为40到140，冷流体出口温度为40，进口温度30，所以冷热流体温度相差较大，不宜用管板式换热器，而U形管换热器清洗比较困难，不宜用易结垢的流体，而油容易结垢，所以U形管也不能用，浮头式换热器中的两端的管板有一端不与壳体连接，这一端的封头可在壳体内与管束一起自由移动。这种结构不但消除了热应力，而且整个管束可以从壳体中抽出，便于管子的清洗和检修。因此选择浮头式换热器。2.2 管壳程确定： 冷、热流体流动通道的选择的一般原则：(1)不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。(2)腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。(3)压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。(4)饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较清洁，表面传热系数与流速无关，而且冷凝液容易排出。(5)流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程Re100即可达到湍流。但这不是绝对的，如流动阻力损失允许，将这类流体通入管内并采用多管程结构，亦可得到较高的表面传热系数。(6)若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将表面传热系数大的流体通入壳程，以减小热应力。(7)需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。 因为油容易结垢，不宜走管程，且它需要被冷却，走壳程可有助于它的散热，所以确定让油走壳程，冷却水走程。 管子排列方式：采用正方形错列，便于清洗，传热效果较好于正方形排列： 2.3选定物性参数： 冷却水定性温度:t=（t t) 235则查得冷却水的物性参数如下：密度=992.2m3 比热容C=4.17410 J/Kg导热系数=0.634 W/m 黏度=65.610Pas2.4 平均温度计算：t=T-t=40-30=10 t=T-t=140-40=100初估值 P=（t-t）/(T- t)=101100.091 R=(T-T)/(t-t) 1001010初步采用单壳程，偶数管程的浮头式换热器，查温差校正系数图得; （ 二管程） （四管程） 查得0.95 则：tmt逆0.9539.137.12.5初步计算换热面积：2.5.1热流量计算： Q=WhC(T2 T1）600036002.2210（14040）370000W2.5.2冷却水用量： Q=WhC(T T）WC（t-t） = W 4.17410 （40-30）=370000 W=8.864s2.5.3 初估K值计算换热面积： 初步估计传热系数k=200w/, 则A=Qtk=37000037.1200 =49.87m 2.6初选换热器： 浮头式换热器物性参数外壳直径/D/mm600管程数 Np4公称面积/55管数 NT116公称压强/Mpa管子排列方式正方形错列管子尺寸/mm252.5管中心距/mm32管长/m6计算换热面积/53.73、计算管程对流传热系数及压降： 3.1管程流通面积及流速： 水走管程；流通面积：Si=/4d2N/N=0.0091 u=W3600S=8.864992.20.0091 =0.98 m/s 3.2管程对流传热及压降：Rei=duii/i =0.020.98992.265.610 310则i0.0230.6340.02(310)(4.1741065.610/0.634)5009.4取管壁粗糙度=0.15 /d=0.115/20=0.0075 查图得 =0.038则pi=0.03860.0231.440.98992.22 3.810pa4、 计算壳程传热系数及压降4.1 流通面积及流速：选用缺口高度为25的弓形挡板，取折流板间距为150mm故折流板数目为N=l/h -1=39壳程流通面积 S0=h D（1-d0/t）=0.150.510.0250.032 0.165壳程中冷却水的流速u=W0/36000s0 =600036000.0165825=0.122m/s4.2壳程传热系数及压降正方形排列的当量直径:de=4(t2-/4d02)/ d0=4(0.0322-/40.0252)/ 0.025=0.027Re= d u0/0 = 0.0270.1228250.000715=3800Pr0=Cp/=2.22100.0007150.14=11.34壳程中变换气被冷却，取（/w）=0.95则 o=0.360/ d(R)0.55 Pr0 （/w） =0.360.140.027（3800）11.340.95368.7则=1.72R0.359p0=0.3590.53910.0270.1228252 1.6310pa5、计算传热面积5.1计算传热系数 1/计=1/a0 +Rs0 +d0/dm +Rsid0/di +di /ai di 式中 Rs0=0.001056 . /w Rsi =0.00058 . /w 忽略管壁热阻;1/计=1368.70.001060.00058252025205009.4=4.73410即： 计=211.2w/ 5.2计算换热面积 A=Q计tm=370000211.237.1 =47.225.3对此换热器进行核算：因为KK， AA；所以符合。因为A/A=53.747.22=1.137所以裕度为13.7经核算证明此规格换热器是可用的。6、 物性汇总表:物性物性数据物性数据 冷 流 体密度992.2m3 普兰德比热容1.63黏度导热率65.610Pas比热容4.17410 J/Kg导热率0.634 W/m出口温度40进口温度30热流体密度825比热容2.22黏度0.000715出口温度40导热率0.140进口温度140换热器参数型号浮头式管子排列正方形错列管子尺寸252.5折流板间距150mm管长6m管程数4管数116管中心距32mm外壳直径500mm计算换热面积53.7m计算结果管程壳程流速/(m/s)0.98 0.122对流传热系数 W/(m)5009.4368.7污垢热阻/W)0.00058 0.001056压降/pa3.8101.6310流量/Kgh31906000总传热系数/(W/m)211.27、对本次设计的评述及总结 这次设计我学到了很多东西，知识的灵活运用是我们学生非常重要的一项能力，通过这次壳程设计我觉得受益匪浅，首先本次设计看似计算过程非常麻烦，而且一遍不合适了还要进行反复计算，但里面也存在着一定的规律和技巧，这是我在这次设计中最大的收获，将所学的知识运用于实际中，是我们学习的主要目的，而我们可以通过本次设计，了解到知识的重要性和实用性。我想通过本次的课程设计会对我以后有很大的启发，知识与实际相结合才是最有用