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1、学号11125112131121711218江西理工大学化工原理课程设计说明书专 业： 化学工程与工艺 学生班级： 2011 级 2 班设计团队： 第5设计小组 指导教师：李 敏 / 陈火平 冶金与化学工程学院2014年 6 月 13 日前言化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中能够培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。
2、化工原理课程设计是化工原理课程教学的一个实践环节，是使学生得到化工设计的初步训练，为毕业设计奠定基础。围绕以某一典型单元设备(如板式塔、填料塔、干燥器、蒸发器、冷却器等)的设计为中心，训练学生非定型设备的设计和定型设备的选型能力。设计时数为2周，其基本内容为：(1)设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。(2)主要设备的工艺设计计算(含计算机辅助计算)：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。(3)辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。(4)工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料
3、方向，物流量、能流量，主要测量点。(5)主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。(6)设计说明书的编写。设计说明书的内容应包括：设计任务书，目录，设计方案简介，工艺计算及主要设备设计，辅助设备的计算和选型，设计结果汇总，设计评述，参考文献。整个设计由论述，计算和图表三个部分组成，论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所有数据必需注明出处；图表应能简要表达计算的结果。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提
4、高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：（1） 合理地实现所规定的工艺条件；（2） 结构安全可靠；（3） 便于制造、安装、操作和维修；（4） 经济上合理。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。40目 录1.化工原理课程设计任务书11.1设计任务书11.2设计小组成员情况介绍12换热器概述22.1列管换热器结构22
5、.2列管换热器分类32.3列管换热器主要部件53设计方案简介83.1设计的大体流程83.2换热器工艺方案确定83.2.1冷却介质选择83.2.2换热器类型选择及流体流动路径选择83.2.3 流体流速选择93.2.4换热器设备设计原则94.列管式换热器的工艺计算104.1确定物性数据104.2初算换热器传热面积114.2.1热流量及冷却水用量计算114.2.2计算平均温差并确定管程数114.2.3按经验数值初选总传热系数124.2.4初算出所需传热面积124.3主要工艺及结构基本参数计算124.3.1换热管规格及材质的选定124.3.2换热管数量及长度的确定124.3.3管子排列方式及管子与管板
6、的连接方式的选定134.3.4计算外壳内直径D134.3.5管子在管板上排列间距134.3.6传热管排列确定实际管数134.3.7折流板切去弓形高度及板间距的确定144.4换热器核算144.4.1热量核算144.4.2换热器内流体的流动阻力165.换热器主要部件及选择185.1换热器筒体尺寸与接管尺寸确定185.1.1壳体壁厚确定185.1.2流体进出口接管直径计算185.2换热器封头及防冲板选择195.2.1封头选型及尺寸确定195.2.2封头厚度选取205.2.3防冲板的选择205.3管板的确定205.3.1管板尺寸205.3.2管板与壳体的连接215.3.3管板厚度225.3.4管箱接管
7、最小尺寸225.4换热器支座及法兰选定235.4.1支座的选择235.4.2法兰选择245.4.3折流板245.4.4拉杆直径和数量与定距管选定245.4.5温度补偿圈选用255.4.6列出所设计换热器的结构基本参数256辅助设备的计算和选型256.1辅助设备的设计流程256.2 离心泵2的计算和选型266.3管道设计276.4离心泵1的计算和选型276.5蓄水池的设计287设计结果汇总表：297.1固定管板式换热器设计一览表307.2辅助设备一览表318.设计评述318.1设计目的及其意义318.2设计过程的回顾318.3设计过程的问题328.4本课程设计的不足与经济效益评价338.5课程设
8、计总结349.工艺流程图及有关物料衡算表349.1工艺流程图349.2物料衡算表3510.参考文献3611.主要符号说明3712.附件说明381.化工原理课程设计任务书1.1设计任务书某厂因生产工艺扩建，需设计一套工艺装置用来冷却甲车间的产品A（物理性质参考甲苯）。试根据以下工艺条件和设计1 化工设备设计全书编辑委员会. 换热器设计. 上海：上海科学技术出版社,1998.要求设计合理的输水工艺（管线布置和输送机械的选择等）及合适的换热器2 大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连：大连理工出版社,1997.。有关工艺条件及要求如下：该厂附近有一条小河流，但夏季有24个月的枯水期。
9、已知该厂距离河岸最短水平距离约2公里，该厂与河液面海拔高差约46米。进水管道的直管阻力系数取0.025。设计换热器放置距离地面7.5米处，相应管件与直管总长则依据所绘工艺流程图计算。出水管道的直管阻力系数取0.018。设计要求： 水温：冬季约5；A产品的温度从60降为45，用量30吨/小时； 换热器管、壳程压降均不超过0.1atm。1.2设计小组成员情况介绍化工112班课程设计第五小组共有4名成员，有111班25号的何小同，112班13号杨键城，112班17号张伟康（组长），112班18号仇艮龙。为了提高设计的进度与效率，我们小组进行了分工，具体介绍如下：张伟康（组长）：换热器的初选及简单核算
10、，PPT演讲稿，换热器及辅助设备的资料的查阅装配图的明细栏填写及部分绘图的修改订正；杨键城：换热器的初选及进行计算机核算，换热器资料的整理，Word文档的主要编辑，绘制换热器的基本装配图；仇艮龙：辅助设备的设计及选择，工艺流程图及工艺条件的设计，辅助设备的资料查阅；何小同：辅助设备的设计及选择，Word文档的辅助编辑，工艺流程图及工艺条件的设计，部分设计资料的查阅。2换热器概述换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。换热器在生产中占有重要地位。在一般化工厂的建设
11、中，换热器约占总投资的11%。在炼油厂的常、减压蒸馏装置中，换热器约占总投资的20%。在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性、不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性。换热器按照换热介质不同可分为水-水换
12、热器和汽-水患热器；按冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。虽然换热器种类繁多，但最常用的还是间壁式换热器，而其中的列管式换热器更是广泛使用的间壁式换热器的主要类型。2.1列管换热器结构管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。管壳式换热器主要由壳体、管束、折流板、管板和封头等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束安装在壳体内，两端固定在管板上。封头用螺栓与壳体两端的法兰相连。它的主要优点是单位体积所具有的传热面积大、结构紧凑、传热效果好。结构坚固，而且可以选用的结构材料范围广，故适应性强、操作弹性较大。与其它品
13、种换热器比较,管壳式换热器的最大缺点是传热效率低。例如,对于水一水换热,传统的管壳式换热器K值范围一般为11502230W/ ,而板式换热器K值为15004700W/ ,螺旋板式为20003000W/ 。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。图1 列管式换热器的基本结构2.2列管换热器分类列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，主要有以下几种：（1） 固定管板式换热器(代号G)此种换热器管束连接在管
14、板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。固定管板式换热器有结构简单、排管多、紧凑、造价便宜，等优点。但由于结构紧凑，固定管板式换热器的壳侧不易清洗，而且当管束和壳体之间的温差太大时，管子和管板易发生脱离，故不适用与温差大的场合。为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿
15、装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于6070和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。图2 带有温度补偿的固定管板式换热器1挡板；2补偿圈；3放气嘴（2）.浮头式换热器（代号F）浮头式换热器针对固定管板式换热器的缺陷进行了改进，浮头式换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，易于清洗和检修，所以能适用于管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易于结垢的场合；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨
