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1、12010 级应用化学专业化工原理课程设计说明书题 目： 姓 名： 班级学号： 指导老师： 同组人员 完成时间： 2目 录（按毕业论文格式要求书写）massachusetts institute of technology一. 目的培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基础理论和基本知识去完成某项单元操作设备设计任务的实践能力。二.目标设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的。三.题目固定管板式冷却器的设计四.设计条件管程和壳程的压力均不大于 0。6MPa，管程和壳程的压力降均不大于 30KPa。被冷却的物料为己烷，物料从正常温度( )被冷却，出口温度(
2、 )自定。冷却剂为自来软水，进口1T2T温度为 ( )，出口温度( )自定。30C1t2t五.设计步骤1. 方案设计(1) 冷却剂的选用：自来软水(2) 换热器型式的选择：固定管板式(3) 流体壳程的选择：自来软水走管程，己烷走壳程(4) 流体流动方向的选择：双管程+单壳程2. 工艺设计(1) 查出己烷的正常沸点(进口温度) = 68.741TC(2) 选定己烷的出口温度 =442(3) 选定冷却剂的出口温度 =38t(4) 计算逆流传热的平均温度差= =21.2812lnmtt逆 386.74ln0（ ） （ -） Co(5) 校正传热平均温度差31268.743.09TRt21.265.P
3、t由 查表得 =0.93， 因为 0.850.930.95，满足要求。由此得：(,)R0.93 21.28=19.79mttA折 逆 Co(6) 计算定性温度 mT和12m（ +） =（ 68.74+） =56.37ot1（ t-） （ 30） C(7) 查出物料和冷却剂的物性参数物料名称己烷 质量流量 140/mqtd比热容1248.3pCJkgA粘度 .23pasA密度 6.9/m导热系数10.47wk查出冷却剂的物性参数密度 34./kg粘度 .pasA比热容17pCJA导热系数 10.6248wmk(8) 计算热负荷1 248.3mpQqc20（ T-） =（ 6.7-） =937.J
4、/S6(9) 根据总传热系数 K 的大致范围，初选总传热系数 =470W/( ) 0K2kA(10)初算传热面积 0S209734.610.4mmt折(11)根据工艺条件，选取公称压力PN=1.0MPa(12)根据流体物性，选定换热管材为：碳素钢4(13)由初算传热面积 和选定的公称压力 PN，根据管壳式换热器行业标准0SJB/T4715-92，初定换热器的工艺尺寸：1. 从行标中直接查取计算换热面积：S=109.3 2m2. 公称直径 DN 取 600mm(卷制圆筒，圆筒内径为公称直径)3. 管长 L=4500mm4. 管壁 壁厚 ： 19 2mmbm：0d5. 总管数： n=4166. 中
5、心排管数： Nc=237. 管程流通面积 =0.0368iA28. 管子排列方式：正三角形9. 管心距：t=25mm10. 管程数： =2PN11. 壳程数： =1S12. 折流板间距：h=300mm13. 折流板型式：25圆缺形14.计算冷却剂的流量 29734.629.153/1mpQq kgsc2（ t-） （ 8-0）15.计算管程流速 iu9.530.796/48miiqsA因为 0.50.79673m/s，所以满足要求。16.计算管程对流传热系数 iaNu=0.023 0.8RePrn=ia.23iiud.nC（ ） （ ）自来水被加热，n 取 0.4，代入数值：0.624894.
6、33150.72ia080.4617.2（ ） （ ） 6= 97./w（ m.k）517.计算壳程当量直径 和流速ed0u=342ed0（ t-） 3420.172m22（ .5-.19）400(.6.0AhDNcd)） =.8 0014.53/23.894vmqu s因为 0.20.531.5m/s，所以满足要求。18.计算壳程对流传热系数 0aNu=0.36Re 。物料被冷却， 取 0.95， 将数值代入上式：0.51/3RePr.14w（ ） 0.14w（ ）00.36edua0.14pc（ ） （ ） （ ）.147 0.9521.5 3.362892.34（ ） （ ） 07=94
7、7.726 w/( )mkA19.根据冷热流体的性质及温度，在(GB151-99P140-141)选取污垢热阻 0diR和20.176/diRkA20.计算总传热 K其中00001di di mbRaa的确定：T =1/2 ( )，然后查表，利用内差法得到 =51.54Smmt 1wmkA0.190.5.169lnliid1.0.20.191.7.76497.801515494.2K解出 =555.74w/( )k 2mkA621.由 计算传热面积k S9734.68.49651mQSmKt折22. 因为 ，15 19.04 25，所选换热器10.80.351.093能完成任务。23.核算压力
8、降20.15.7694.3Re 160.52.0153i ii tspdumd uPFNA2i管 内取 绝 对 粗 糙 度则查 图 得 =49L管 程 压 力 降 （ +.） d对于 19mm 2mm 的换热器，结构校正系数 =1.4， t 21ps，代入数值： 294.3076.5iP 24.59.3076（ 0.19+）=16161.26 Pa=16.16126 KPa因为 10 KPa16.16126 KPa30KPa，故符合要求。管外 Re= 0.172.5364.8921.edu折流板数 .4.bLNh壳程压力降 0sPFN12（ +）。代入数值得：0.2810 0.5Re3c cF
9、f fNBu（ ） ， 其 中 ， ，1.52481.9P -0.2864.95（ +1） 37=7538.35Pa 202BupNh（ 3.5-）D0375.1Pa2.64.8953（ -）对于液体 =1.15sF0sN12（ +）=（7538.35+ ） 1.15 13075.=12205.37Pa=12.20537KPa因为 10KPa 2.20537 KPa 30KPa，故符合要求。3. 结构设计（1）圆筒厚度查 GB151-99P21 表 8 得圆筒厚度为：8 mm（2）椭圆形封头查 JB/T4737-95，椭圆形封头与圆筒厚度相等，即 8mm公称直径DN（mm）曲面高度（mm1h）
10、直边高度（mm2）碳钢厚度（mm）内表面积A 2m容积 V 2质量mkg600 150 25 8 04374 00353 2747（3）管箱短节厚度8查 GB151-99P20，管箱短节厚度与圆筒厚度相等，即 8mm（4）压力容器法兰(甲型)DN D D1 D3 d螺柱规格 数量 质量600 730 690 645 40 23 M20 24 28.62（5）膨胀节因为 72.153.375.10,mTCt CAAA所 以 不 需 设 置 膨 胀 节（6）管板9查（化工单元设备设计P25-27）得固定管板式换热器的管板的主要尺寸：公称直径D 134Db c d螺栓孔数质量 kg600 730 6
11、90 598 645 36 10 23 28 77(7)分程隔板隔板最小厚度 /mm公称直径DN/mm 碳素钢600 8（8）分程隔板两侧相邻管中心距, ,25tm019d0.253.725m换热管中心距宜不小于 1.25 倍的换热管外径,所设计的换热器不用机械方式清洗,采用正三角形排列换热器外径 d/mm 19换热器中心距 S/mm 25分程隔板槽两侧相邻管中心距/mmnS38(9)布管限定圆10换热器型式 /mmiD/mm3b布管限定圆直径/mmLD固定管板式 600 8 584(10)拉杆的直径、数量和尺寸基本尺寸拉杆公称直径 /mmnd数量拉杆直径 d/mm /mmaL/mmbL/mm
12、b12 4 19 15 2.0（11）拉杆孔11,12ndm.51.28nldm（12）换热管与管板的连接换热管最小伸出长度换热管规格外径 壁厚/mm/mm1l最小坡口深度/mm3l19 2 1.5 2（13）折流板的厚度和外径公称直径DN/mm换热管无支跨距 300mml(折流板或支撑板的最小厚度)折流板名义外直径/mm 折流板外直径允许偏差12600 4 595.5 0.8（14）接管已烷液体进出口接管的直径计算 14410128.4362.893sVd mu采用 热轧无缝钢管,实际已烷进出口管内流速为59.m1 24101./236.8934.5s冷却水进出口接管 ,取 =2m/s,则2
13、du29.1539.14dm采用 热轧无缝钢管,实际已烷进出口管内流速为:2 2.531.7/.1490us（15）管法兰13管子直径/mm1A法兰内 径 /mm1B螺栓孔中心圆直径 /mmK公称直径 /mmDN螺栓孔 直径 /mmL螺栓孔数量 n法兰外径/mmD法兰厚度/mmC法兰理论重量kg自来水进出口159 161 240 150 22 8 285 20 7.61已烷进出口219 222 295 200 22 8 340 24 9.24（16）防冲板或导流筒因为水 u=3.0m/s，己烷 ,所以管程和壳程都不设防222 ./308.167smkgV冲板或导流筒。（17）鞍式支座(BI 型)（18）组装尺寸14
