《化工原理课程设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计说明书（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化工原理课程设计题目：列管式换热器 学生姓名： 王梦萍 指导老师： 赖万东 学 院： 轻工与食品学院 班 级：2021级食品科学与工程 学生学号： 202130361102 时 间： 2021年7月 目录第一章 设计任务书4一、设计工程4二、任务具体要求及步骤：4三、作业份量：5第二章 确定设计方案6一、 选择换热器的类型6二、 流动方向及流速确实定6三、 安装方式6第三章 设计条件及主要物性参数7一、设计条件7二、确定主要物性数据7第四章 传热过程工艺计算9一、估算传热面积9二、主体构件的工艺结构尺寸10三、换热器主要传热参数核算12第五章 机械结构设计17一、壳体、管箱壳体及封头17二、
2、管板19三、拉杆22四、换热管23五、分程隔板24六、折流板25七、管箱27第七章 附属设备选型29一、接管及其法兰29二、 排气、排液管32三、支座设计32第八章 设计计算结果汇总表37第九章 参考资料38第一章 设计任务书某工厂需设计一换热器，将乙炔气体冷却至一定温度，冷却剂用浓度为25%质量CaCl2盐水。设计的根底数据如下：1乙炔气体处理量 5500 m3/h， 初温 31 终温 11 操作压强 16 kgf/cm2绝压225% CaCl2盐水初温： -11 ； 终温： -5 一、设计工程1 确定设计方案；换热器型式，流体流向的选择，换热器的安装方式等。2 换热器的工艺计算和强度计算，
3、附属设备选型。3 绘制乙炔气冷却过程工艺流程图，换热器装配图。4 编写设计说明书。设计要求在规定时间内独立完成，设计方案合理，论述清楚，计算正确，制图无误，辩论流利正确。二、任务具体要求及步骤： 一工艺设计1、了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能。对确定的换热器型式管壳式？或板式？换热器材料?进行简要论述。如果有时间和兴趣，可对液化石油气运输船的再液化装置流程进行论述，以理解本设计的实际意义。2、由热平衡计算传热量的大小，并确定第二种换热流体海水的用量。3、决定流体通入的空间管内？管外？。4、计算流体的定性温度，以确定流体的物性数据。5、初算有效平均温差。一般先按逆流计算，然后再校核。6、选取
4、管径和管内流速。7、计算总传热系数K值，包括管程对流传热系数和壳程对流传热系数的计算、金属壁厚和污垢热阻确实定。由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此一般先假设一个壳程对流传热系数，以计算K值，然后再作校核。8、初估传热面积。考虑平安系数和初估性质，因而常取实际传热面积是计算值的倍。9、选择管长L。10、计算管数N。11、校核管内流速，确定管程数。12、画出排管图，确定管距，确定壳径D和壳程挡板形式及数量等。13、校核管程对流传热系数和壳程对流传热系数。14、校核有效平均温差。15、校核传热面积，应有一定平安系数，否那么需重新设计。16、计算流体流动阻力。如阻力超过允许范围，需调整设
5、计，直至满意为止。17、其他。如流体进出口管管径的计算等。二结构设计包括：换热管在管板上的固定方法；分程隔板与管板的连接；管板与壳体的连接；折流板与支承板等的连接；换热器安装方式等。三机械设计 包括：确定壳体壁厚、管板尺寸；选择换热器封头、法兰、接管流体进出口管法兰、支座、接管设计。管子拉脱力核算等。三、作业份量：1、设计说明书一份，内容包括：1目录；2设计任务书；3工艺流程图；4流程方案的说明与论证；5设计结果概要包括主要设备的特性参数、设计时规定的主要操作参数、各种物料的量和状态等等；6设计计算与论述；7对设计的评述及对有关问题的分析讨论；8列出参考文献编号、作者、文献名称、出版单位、和出
6、版年份2、换热器装配图1号图纸。按照有关绘制化工设备图的要求进行绘制其中局部剖面放大图如：封头、管板、外壳具体连接的局部放大图；管子与管板连接的局部放大图；管子排列图等。第二章 确定设计方案一、 选择换热器的类型本设计中换热器选用带有支撑板的列管式换热器，因为列管式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、巩固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，且适用于高温、高压的大型装置中。采用折流挡板，可使作为冷却剂的CaCl2盐水容易形成湍流，可以提高对流外表传热系数，提高传热效率。本设计中的固定式换热器采用的材料为16MnR。二、 流动方向及流速确实定本冷却器的管程走冷却CaCl
7、2盐水，壳程走热的乙炔气体。乙炔气体和冷却CaCl2盐水逆向流动换热。由于循环冷却水较易结垢，假设其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的传热能力下降，所以从总体考虑，应使CaCl2盐水走管程，乙炔气体走壳程。查阅?传热传质过程设备设计?P7 表1-3 可得到，乙炔气体的流速范围为315 ms-1；冷却盐水的流速范围为1 ms-1。本设计中，假设CaCl2盐水的流速为 ms-1，然后进行计算校核。三、 安装方式换热器是小型的，采用卧式较适宜。CaCl2盐水CaCl2盐水乙炔气体乙炔气体第三章 设计条件及主要物性参数一、设计条件由设计任务书可得设计条件如下表：数参类型体积流量标准m3/h进口
8、温度出口温度操作压力kgf/cm2设计压力MPa乙炔气体壳程5500311116CaCl2盐水管程-11-5注：要求设计的冷却器在规定压力下操作平安，必须使设计压力比最大操作压力略大，本设计的设计压力比最大操作压力大。操作压力换算P=16kgf/cm2=16103二、确定主要物性数据1定性温度取流体进出口温度的平均值。壳程气体的定性温度为 管程水的定性温度为 2. 流体有关物性数据根据由上面两个定性温度数据，查阅?化工原理上?P243的附录六：乙炔气体的物理性质和P244的附录七：水的物理性质。运用内插法公式为 ,可得壳程和管程流体的有关物性数据。（1） 乙炔气体物性计算查?化工工艺设计手册?
9、P2-278以及P2-268，21下乙炔摩尔比热容为摩尔比热容：Cp1KJkmol-1K-1粘度：h= 93.5 (Pas) ； 修正后：h= 100.03 导热吸数：h=0.0184 Wm-1-1空气密度：1= 1.171kgm-3(1800kPa/101.3kPa)273K/(273+21)K19.32 kgm-3乙炔气体在21，16kgf/cm2下的有关物性数据如下：物性密度okg/m3定压比热容cpo kJ/(kmol)粘度oPas导热系数oWm-1-1乙炔气体10-5定压比热容冷却盐水物性参数参阅互联网资料，盐水在28的物性数据如下：物性密度ikg/m3定压比热容cpi kJ/(kg
10、)粘度iPas导热系数iWm-1-1盐水1228第四章 传热过程工艺计算一、估算传热面积1. 计算换热器的热通量乙炔气体的质量流量为qm1=5500m3/h=550019.32=106260Kg/h热流量为= qmh Cpi (T1T2) =1062601.693111 2. 做出适当的选择并计算1流向的选择 逆流：乙炔气体与CaCl2盐水流向相反2计算对数平均温度：T1=31 T2=11 t1= -11 t2= -5= =3修正对数平均温度对数平均温度 R=P=查下列图选择单壳程，可得修正系数修正后的3. 计算传热面积S1估计总传热系数K 查阅?传热传质过程设备设计?P20表1-11，可知管
11、程为水，壳程为气体的总传热系数K值为233465 Wm-2-1。初步设定设K=300 Wm-2-1。2初步计算传热面积 根据?传热传质过程设备设计?P14，公式1-2，那么估算的传热面积为 m2冷却水用量根据?传热传质过程设备设计?P15，公式1-8qmc= kg/s=207828kg/h二、主体构件的工艺结构尺寸1. 管径和管内流速选用的传热管(碳钢管)；由?传热传质过程设备设计?P7表13得管壳式换热器中常用的流速范围的数据：冷却盐水的流速范围为1 ms-1，设冷却水流速ui，用u i计算传热膜系数，然后进行校核。2. 管程数和传热管数依据?化工单元过程及设备课程设计?P46，公式3-9可
12、依据传热管内径和流速确定单程传热管数根本来需要选取125根管，但不符合正三角形排布的管数，综合考虑各种因素，选取传热管数：225根。按单程管计算，所需的传热管长度为m传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长 l= m ，那么该换热器管程数为Np=L / l2管程那么传热管总根数 N =2252=450根3壳程数的选择 假设选择单壳程，符合设计要求，因此选择单壳程。4传热管的排列和分程方法采用正三角形排列法，每程内均按正三角形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的时机少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高，相同的壳程内可排列更多的管子。传热管与管板的连接方式采取焊接，取管心距0 32mm由?化工单元过程及设备课程设计?P50，公式3-16，隔板中心到离其最近一排管中心距离 S=t/2+6=32/2+6=22 mm参考下表，选取各程相邻管的管心距为44mm。5壳体内径采用多管程结构，取管板利用率=0.8，由?化工单元过程及设备课程设计?P51，公式3-20 =1.0532=796.89mm 查阅?传热传质过程设备设计?P69，附表1-5a，选取固定式换热器：取50mm为进级档，取D =800mm。由于固定式换热器直径为800nm双管程式，固定
