1、課程設計課程設計題目： 純苯冷卻器設計 系 部： 生物與化學工程系 專 業(yè)： 應用化學 學 生 姓 名： 全君 班 級：化B051 學號 26 指導教師姓名： 職稱 職稱 設計完成時間 ： 2013年7月10 課程設計成績評定表系（部）： 學生姓名學 號班 級專 業(yè)指導教師姓名設計題目評語：（包括以下方面，學習態(tài)度、工作完成情況、材料的完整性和規(guī)范性；檢索和利用文獻能力、計算機應用能力；綜合運用知識能力和創(chuàng)新能力；）設計表現(xiàn)（20分）分值：規(guī)范性(25分)分值：基礎理論和專門知識(25分)分值：答辯(30分)分值：合 計分值：評定成績分值：指導教師簽字： 年 月 日化工原理課程設計任務書一、設

2、計題目：純苯冷卻器設計二、設計任務及操作條件:1 、設計任務：處理能力： 20000kg/h 設備型式： 列管式 2、操作條件：純苯液：入口溫度80，進口溫度為55； 冷卻介質(zhì)：35（入口）循環(huán)水； 允許壓強降：管、殼程壓強降不超過10Kpa; 3、物性參數(shù)：物性流體溫度kg/mmPa·sCpkJ/(kg)W/(m)kJ/kg苯 67828.60.3521.8410.129394水3910000.674.1740.63222583.設計計算內(nèi)容：（1）傳熱面積、換熱管根數(shù)；（2）確定管束的排列方式、程數(shù)、折流板等；（3）殼體的內(nèi)徑；（4）冷熱流體進出口管徑；（5）核算總傳熱系數(shù)；（6

3、）管殼程流體阻力校核；4設計成果；（1）設計說明書一份；（2）換熱器工藝條件圖；三、設計內(nèi)容及時間安排設計動員 0.5天1、概述2、設計方案的選擇3、確定物理性質(zhì)數(shù)據(jù) 0.5天4、設計計算內(nèi)容：計算總傳熱系數(shù)；計算傳熱面積 1.5天5、主要設備工藝尺寸設計（1）管徑尺寸和管內(nèi)流速的確定（2）傳熱面積、管程數(shù)、管數(shù)和殼程數(shù)的確定（3）接管尺寸的確定 1天6、設計結果匯總7、換熱器工藝條件圖 1天8、設計評述答辯 0.5天四、圖紙要求列管式換熱器工藝條件圖五、參考資料1.上海醫(yī)藥設計院。化工工藝設計手冊(上、下).北京：化學工業(yè)出版社，1986目錄程設計成績評定表II化工原理課程設計任務書3第1章

4、 概述7第2章 設計條件及主要物性參數(shù)721設計條件822物性參數(shù)8第3章 確定設計方案831選擇換熱器的類型832流體空間選擇8第4章 工藝計算941確定物性數(shù)據(jù)942 估算傳熱面積9計算熱負荷（忽略熱損失）94.2.3 平均溫度差的計算9估算傳熱面積94.3 工藝結構尺寸10431選管子規(guī)格10432總管數(shù)和管程數(shù)10433確定管子在管板上的排列方式10444殼體內(nèi)徑的確定10確定實際管子數(shù)11436折流板的確定及繪管板布置圖12接管口徑計算12438拉桿設置12第5章 傳熱器校核1351傳熱面積校核13511傳熱溫差校正：13512總傳熱系數(shù)K的計算135221管內(nèi)傳熱膜系數(shù)135222

5、管外傳熱膜系數(shù)135223污垢熱阻和管壁熱阻145224總傳熱系數(shù)K14513傳熱面積校核1552核算管、殼程流動阻力15521管程15522殼程1553壁溫的計算16第6章 設計結果匯總表17設計評述18設備圖18參考文獻18附錄A19附錄B20第1章 概述本設計的主要任務是設計純苯液冷卻器設計，處理能力為20000kg/h, 純苯液的入口溫度80，進口溫度為55；冷卻介質(zhì)為35（入口）循環(huán)水：允許壓強降為管、殼程壓強降不超過10Kpa;根據(jù)苯和水的物性參數(shù)，假設水的出口溫度為43，根據(jù)這些條件選擇換熱器，列管式換熱器的類型主要有四種：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U型管式換熱器和填料函式

6、換熱器，在這個設計中選固定管板式換熱器。固定管板式換熱器的特點：兩端管板和殼體連接成一體，結構簡單、緊湊、布管多，更換、造價低，管內(nèi)便于清洗，應用廣泛。殼程不易清洗，因此殼方流體應是較潔凈且不易結垢的物料。所以純苯液走殼程，循環(huán)水走管程。適合在管殼壁溫差不大于50的情況下使用，當溫差相差較大時可設置膨脹節(jié)。由于此設計的溫差小于50,所以可以不用考慮熱補償.第2章 設計條件及主要物性參數(shù)21設計條件（1）處理能力：20000kg（純苯液）/h；（2）設備類型：列管換熱器；（3）操作條件：純苯液：入口溫度80，進口溫度為55； 冷卻介質(zhì)：35（入口）循環(huán)水；允許壓強降：管、殼程壓強降不超過10Kp

7、a; 22物性參數(shù)物性流體溫度kg/mmPa·sCpkJ/(kg)W/(m)kJ/kg苯 67828.60.3521.8410.129394水3910000.674.1740.6322258第3章 確定設計方案31選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度80，出口溫度55。冷流體進口溫度35，假設出口溫度為43。從兩流體的溫度看，換熱器的管壁溫度和殼體溫度差不大，因此初步采用固定管板換熱器。32流體空間選擇因為熱流體為苯，冷流體為水，為了使苯通過殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，故使苯走殼程，另外，水也較易結垢，為便于提高流速減少污垢生成，以及便于清洗，故使水走管程。第4

8、章 工藝計算41確定物性數(shù)據(jù)苯的定性溫度：水的定性溫度：42 估算傳熱面積計算熱負荷（忽略熱損失）Q=×1.841××（80-55）=2.56×J 公式1（參見附錄，下同）冷卻水用量（忽略熱損失）/s 平均溫度差的計算選取逆流流向=27.64 公式2估算傳熱面積參照傳熱系數(shù)K的大致范圍，取K=500 W/（·） =18.52 公式3取實際面積為估算面積的1.15倍，則實際估算面積為：=18.52×1.15=21.304.3 工藝結構尺寸431選管子規(guī)格選取25×2.5無縫鋼管，管長l=3m。432總管數(shù)和管程數(shù)總管數(shù) n=9

9、0.490根單程流速 u=0.55m/s單程流速可以達到傳熱效果，故采用單管程433確定管子在管板上的排列方式采用正三角形排列，管子與管板用焊接結構。444殼體內(nèi)徑的確定殼體內(nèi)徑為： 公式4管心距: t=1.25=1.25×2532=1.1=1.1×=10.411根管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離：b=1.5=0.038所以 按殼體標準圓整取D=400mm確定實際管子數(shù)管板布置圖見設備圖1 換熱器的實際傳熱面積A=n（l-0.1）=90×3.14×0.025×(3-0.1)=20.49=452 W/（·）計算得的與之前設的值

10、有較大差異，所以要重新進行上述計算：總管數(shù) n=87根單程流速 u=0.57m/s殼體內(nèi)徑為： 管心距: t=1.25=1.25×2532=1.1=1.1×=10.311根管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離：b=1.5=0.038所以： 按殼體標準圓整取D=400mm436折流板的確定及繪管板布置圖折流板與殼體間隙：3.5mm折流板直徑：D=400-2×3.5=393mm采用弓形折流擋板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去圓缺高度：折流板數(shù)：-1=-1=13.514折流板間距：=200mm （0.2D D）接管口徑計算 管程流體進出口接管。取管

11、內(nèi)流速u=1.8m/s則接管內(nèi)徑 按管子標準取管程流體進出口接管規(guī)格為81×3.5無縫鋼管。殼程流體進出口接管。取管內(nèi)流速 u=1.8m/s折接管內(nèi)徑 =0.0689m按管子標準圓整，取殼程流體進出口接管規(guī)格為75×3無縫鋼管。438拉桿設置選拉桿直徑為16，拉桿數(shù)量為4根。第5章 傳熱器校核51傳熱面積校核511傳熱溫差校正：=0.178 =3.125 公式5根據(jù)P、R值，查溫差校正系數(shù)圖=0.96，因0.8，所以選用單殼程可行。512總傳熱系數(shù)K的計算5221管內(nèi)傳熱膜系數(shù)=16889 公式6 =4.42 公式7流體被加熱，取n=0.4=0.023=3171W/(

12、83;)公式85222管外傳熱膜系數(shù) 管子按正三角形排列，則傳熱當量直徑為 公式9殼程流通截面積 S=D（1-）=0.2×0.4×（1-）=0.0176 公式10殼程流體流速 = R=26835 P=5.02殼程中苯被冷卻，?。ǎ?0.95=0.36 公式11=0.36××26835×5.02×0.95=1077W/(·)5223污垢熱阻和管壁熱阻查表管內(nèi)、外側熱阻分別：R=2.0×10·/W，R=1.72×10·/W。已知管壁厚度=0.0025m;導熱系數(shù)=45.4W/（m·

13、;）。5224總傳熱系數(shù)K K= 公式12 = =564W/（·）513傳熱面積校核所需的傳熱面 A=16.4所以 =1.25即換熱器有25%的面積裕度，在10%25%范圍內(nèi)，能完成生產(chǎn)任務。52核算管、殼程流動阻力521管程；P=（P+P）FNN 公式13已知F=1.4；N=1；N=1；u=0.57m/s;R=16889(湍流)。查表得=0.036P=0.036××=870.7 Pa 公式14 p=1.5()=3×()=241.9 Pa 公式15P=(870.7+241.9)×1.4×1=1557.6 Pa10kpa522殼程已知=

14、1.15;N=1;P=(P+P)FsNs 公式16 P=Fb(N+1) 公式17管子按正三角形排列 F=0.5，b=1.1=1.1=10.3折流擋板間距 =0.2m折流擋板數(shù) N=14殼程流通截面積 S=(D-bd)×0.025)=0.0285 殼程流速 u=0.235m/sRe=1.38×10500=5.0Re=5.0×(1.38×10)=0.569 公式18所以 P=0.5×0.569×10.3×(14+1)×=1767Pa P=N(3.5-) 公式19 =19×(3.5-)×=801Pa

15、P=(1767+801)×1.15×1=2953Pa10kPa計算結果表明，管程和殼程的壓力降均能滿足設計要求。53壁溫的計算換熱器的壁溫可由下式計算 公式20已知1077W/(·)；3171W/(·)；=換熱管平均壁溫： 殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即。殼體壁溫與傳熱管壁溫之差為： 該溫差小于，所以不需要設置溫差補償裝置。第6章 設計結果匯總溫度進/出80/5535/43壓力 Mpa物性定性溫度 C67.539密度 kg/m3828.6 992.6熱容kJ/(kg)1.8414174黏度 MPa·s0.1290.632設備結構參數(shù)型

16、式列管式臺數(shù)1殼體內(nèi)徑 mm400 殼程數(shù)1管徑 mm 管心距 mm32管長 mm3000管子排列管數(shù)目(根)87 拆流板數(shù)(個)14傳熱面積m221.3 拆流板距 mm200管程數(shù)1材質(zhì)不銹鋼主要計算結果管程殼程污垢熱阻 m2·C/w0.0001740.0002熱負荷 Kw256傳熱溫差C20傳熱系數(shù) w/m2·C564裕度%25%設計評述這項試驗設計綜合性比較強，設計的進行是在兼顧技術上先進行、可行性，經(jīng)濟合理性的條件下進行的。此次設計涉及的工藝計算和結構設計比較全面，從多方面考察了我們的知識。從工藝計算到結構設計，每一個環(huán)節(jié)都集中考察了我們的綜合性應用能力。設備圖設備

17、圖1：設備圖2參考文獻1陳敏恒 叢德滋 方圖南 齊鳴齋 編 化工原理北京 化學工業(yè)出版社 20062李功詳 陳蘭英 崔英德 編 常用化工單元設備設計廣州 華南理工出版社 20033明輝編化工單元過程課程設計 北京 化學工業(yè)出版社 附錄A符號意義與單位符號意義與單位Q熱負荷 KJN折流板數(shù)管程給熱系數(shù)w/(·)d傳熱管平均直徑 m殼程給熱系數(shù)w/(·)管板利用率 %P殼程壓力降KpaNs換熱器管程數(shù) mA實際傳熱面積 ml傳熱管長度 m P殼程壓力降kpaTm流體平均溫度 Cd傳熱管外徑 mt傳熱溫差 C d傳熱管內(nèi)徑 mu流速 m/s Np換熱器管程數(shù)流體導熱系數(shù) W/（m·C）N傳熱管總根數(shù) 根流體密度 kg/mtm實際平均傳熱溫差 C流體粘度 Pa·S管心距 m導熱系數(shù) W/（m·C） D殼體內(nèi)徑 m粗糙度N折流板數(shù) 塊 R雷諾準數(shù) R管外側污垢熱阻 m·C/WR管內(nèi)側污垢熱阻 m·C/W R管壁熱阻 m·C/WK傳熱系數(shù) W/（m·k）t換熱管壁溫度P普朗特數(shù)Cp流體的定壓比熱容J/(kg·)b橫過管束中心線的管子數(shù)F殼程結垢校正系數(shù)殼程流體的摩擦系數(shù)附錄B公式 1出自化工原理213頁公式