完整课程设计说明书模板

1、江西科技师范大学药学学院课程设计指南专业产业：制药工程类别：2009类别限制(1)类别姓名：方延平学号：导师：程丹设计时间：2011年9月1日9月14日要请求并说清楚首先，学生使用本报告完成课程设计摘要。第二，要用笔或圆珠笔写字，写得整齐明了。所附设备安装图绘制为铅笔或计算机绘图。第三，完成本报告后，提交给指导教授，通过审查过程，在学院统一保管。一、设计任命书设计主题：设计管换热器设计条件：生产过程的流动如图所示，反应堆的混合气体通过供应物流和热，然后作为循环冷却水从c到c进一步冷却，进入吸收塔，吸收可溶性成分。混合气体的流速.h-1，压力为6.9MPa，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水

2、的入口温度为c，出口温度为c，需要管换热器的设计才能完成此生产工作。在80 100时，混合气体的物理特性为(生产测量值):密度静压比热容=3.297 kj/(kg)热导率=0.0279w/(m c)粘度生产流程图二、设计计划简介1.换热器类型选择热流体混合气体的进口温度为130 ，出口温度为60 。冷水循环冷却水的进口温度为25 ，出口温度为39 ，通过循环冷却水冷却，考虑到冬季运行时进口温度降低的因素，该换热器的管壁温度和外壳温度的差异较大，因此，初期选择浮动换热器。2.准备管道循环冷却水容易变成水垢，如果水的流速太小，结垢增加速度就会加快，换热器的热流减少，因此循环水必须走管道，混合气体经

3、过壳体。三、工艺计算和主要设备计算(a)化学计算1.确定物理数据定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，适宜温度所需流体进口温度的平均值。壳混合气体的定性温度t1=(130 60)/2=95c管道流体的定性温度为T2=(25 39)/2=32c95 混合气体的相关物理数据如下：密度1=90 /m固定压力比热容cp1=3.297 kj/()导热系数1=0.0279 w/(mK)粘度1=1.510-5PaS32 时循环水的物理数据如下：密度固定压力比热容cp2=4.174 kj/(u)导热系数2=0.619 w/(mK)粘度2=7.767910-4PaS1.传热面积估计(1)热流Q1=m1cp 1

4、t1=/36033.297(130-60)=14571.89 kw(2)平均传热温差TM=(130-39)-(60-25)/(130-39)/(60-25)=58.6 c(3)传热面积由于抽壳混合气体的压力很大，因此K值是较大的选择，假定K=350w/(mK)，则估算传热面积s=q 1/kTM=14571.8910/35058.6=710.5m(4)使用冷却剂m=Q1/cp2t=14571.8910/4.1740(39-25)=r/h(2)工艺结构尺寸的确定1.管道直径和管道速度252.5高级冷水机组(碳钢)选择，管内流速=1.3m/s1化学工业出版社化工原理 P350冷轧无缝钢管和P174表

5、4-6管线数和传热管数根据通过热管的内径和流速，可以确定单向传热管的数量=4/D2=4/(360995.1)/(3 . 140 . 021 . 3)=614根据单个管道步骤，所需的传热长度如下l=s/d0=710.5/(3 . 140 . 025614)=15m单个管道设计传热管太长，必须使用多管道结构，并且根据设计实际情况使用非标准设计，当前传热管长度l=7.5m，则该换热器的管道路径数为 p=l/l=15/7.5=2(管道路径)传热管的根总数 1=6142=1228(根)3.平均传热温差修正及壳体路径2清华大学出版社化学工程基础 P120平均温差修正系数r=(t1-T2)/(T2-t1)=

6、(130-60)/(39-25)=5p=(T2-t1)/(t1-T2)=(39-25)/(130-60)=0.2根据单壳路径、双管路径结构 t=0.96平均传热温差TN=TM=0 . 9658 . 6=56 . 26c平均传热温差修正系数大于0.8，壳体侧流体流动大，适用于单壳路径。4.传热管的排列和分割方法3华东理工大学出版社常用化工单元设备的设计 P39使用组合阵列，每个区间都有正三角形，隔板两侧都有正方形。圆环体t=1.25 d0=1.2525=32.25mm32mm隔板中心到最近的列分隔中心的距离S=t/2 6=22mm每个过程相邻管道的中心距离为44mm。5.外壳内径利用多管结构估算

7、壳体直径。利用管板=0.75表示外壳内径为d=1.05t；/=1.05321228/0.75=1360mm根据滚动外壳的进给文件，选择D=1400mm桶直径修正计算：由于外壳的内径D1必须等于或大于管板的直径，因此可以确定外壳的内径，D1=t(n-1) 2e管子以正三角形排列。n=1.1；=1.1；1228=39E=1.2d0=1.225=30mmD1=32(39-1)230=1276mm薄壳直径舍入为标准系列标注。D1=1400mm6.挡板1化学工业出版社化工原理第4版P174 (4) 3华东理工大学出版社常用化工单元设备设计 P43表2-7使用圆形挡板时，如果挡板的圆形构件高度为外壳内径的

8、25%，则剪切的圆形高度为h=0.25d1=0.254004=350mm选择挡板间距B=0.3D1=0.31400=420mm，B=450mm。挡板数 n=导热管长度/挡板间距-1=7500/450-1=17-1=167.其他附属3华东理工大学出版社常用化工单元设备设计 P42-P43(2.3.5.1选择拉杆数和直径后，此热交换器外壳的内径为1400mm，因此直拉杆直径为16，拉杆数量为8。其中长度为6个5950毫米，2个5500毫米。外壳入口需要安装挡板。8.接管壳流体进出口接管：在接管期间，如果气体流速为1=10m/s，则接管直径为：d0=；4/1=；4/(36090)/(3.1410)=

9、0.290m舍入后所需的直径D0=300mm管道流体进出口接管，接管流体流速2=2.5m/s，接管内径为D1=；4/；2=；4/(360995.1)/(3 . 142 . 5)=0.357m舍入后所需的接管内径D1=360mm(3)换热器会计1.列会计(1)壳体表面传热系数由凯恩法计算1化学工业出版社化工原理第4版P175式(4-68)1=0.361/dere 0.55 pr1/3(/w)0.14等效直径de1化学工业出版社化工原理第4版P176式：当管按正形排列时de=43/2 T2-(/4)d02/(d0)=0.02壳体循环横截面积1化学工业出版社化工原理第4版P176式(4-69)A=B

10、D(1-d0/t)=0.1378壳流体流速和雷诺数分别为/0=v/a=/(36090)/0.1378=5.09m/sre=de011=0 . 025 . 0990/1 . 510-5=浮游生物数pr=CP 11/1=3.297101.510-5/0.0297=1.773粘度修正(/w)0.14=11=0 . 360 . 0279/0 . 02 . 551 . 7731/3=984.4 w/(k)(2)管内表面传热系数1化工行业报道化工原理第4版P132式(4-19)2=0.0232/d1 Re0.8Pr0.4管道流体循环横截面积S1=/4d 12n 1/2=0.7850.021228/2=0.

11、193管道流体流速1=v/S1=/(360995.1)/0.193=1.3m/sre=D112/2=0 . 021 . 3995 . 1/7 . 767910-4=33307pr=CP 22/2=4 . 17417 . 767910-4/0.619=5.1782=0 . 0230 . 619/0 . 02 . 85 . 1780 . 4=5702.7 w/(k)(3)粉尘热阻和管道壁热阻1化学工业报道化工原理第4版表4-6管道外部灰尘热阻：R0=0.0004132克k/w内部灰尘热阻：R1=0.00058K k/w管道壁热阻1化学工业报道版本化工原理 P340 (14) (1)由于常用金属材料

12、的热导率在碳钢95条件下的热导率为50 w/(k)，因此rw=0.0025/50=0.0(4)传热系数k为k=1/(d0/2 D1 r1d 0/D1 rw d0/DM r0 1/1)=1/25/(5702 . 7200 . 0005825/20 . 000525/22 . 5 0 . 0004 1/985 . 4=414 w/(k)(5)传热区域裕量传热面积AC=Q1/kTM=14571.8910/(41458.6)=600.65 321此热交换器的实际传热面积AP=l1d 0=3 . 147 . 51280 . 025=723 321此热交换器的面积毛利=(AP-AC)/a c100 %=(

13、723-600.65)/600.65100%=20.4%传热区域容差适合15%-25%，该换热器的传热区域容差适合20.4%，因此可以完成操作。2.墙温度计算管道壁薄，热阻小，可以按管道壁温度T0=(t1/ 1tw/ 2)/(1/ 1/ 2)t1=(130 60)/2=95c tw=0.439 0.5829=32.42c传热管平均壁温t0=41.6 c薄壳壁温度可能与薄壳表面的平均温度T1=95，薄壳壁温和传热壁温度的差异t=T1-t0=95-41.6=53.4大致相同由于这个温差大，需要温度补偿装置，由于换热器外壳的压力大，必须使用磁头型换热器。换热器的流体流动阻力(1)对官井流体的阻力2清

14、华大学出版社化学工程基础p1361.5.3局部阻力 p=( p1 p2) nxnxnxpfx (NX=1，NP=2，)。 P1= 1l 2 /2 D1Re=33307，热管相对粗糙度=0.01，1化工行业报道版本化工原理 P371=0.04 w/(mK)流速=1.3m/s2=995.1 t/mP1=0 . 047 . 5/0 . 021 . 3995 . 1/2=12612.89 pap2=2/2=3995 . 11 . 3/2=2522.58 pap=(P1p2)121.5=(12612.89 2522.58)121.5=45406.4 pa管道流体阻力在允许范围内(2)壳电阻4天津大学出版社化工原理修订第一卷P284式通过管束的流体阻力P1=ff 0ntc(b 1)02/2f=0.5 F0=5.0 re-0.558=5.0d00/1=0.228Ntc=1.1 10.5=1.11280.5=38.55 b=16 0=5.09m/sP1=0 . 50