用水冷却煤油产品的列管式换热器设计任务书

题目一：用水冷却煤油产品的列管式换热器设计任务书
《处理量为XXX吨/年XXXXXXXX的工艺设计》设计任务书
一、设计名称
用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计
二、设计条件
使煤油从140℃冷却到40℃,压力1bar ,冷却剂为水，水压力为3bar，处理量为10t/h,进口温度20 ℃，出口温度40 ℃
三、设计任务
1 合理的参数选择和结构设计
2 传热计算和压降计算：设计计算和校核计算
四、设计说明书内容
1 传热面积
2 管程设计包括：总管数、程数、管程总体阻力校核
3 壳体直径
4 结构设计包括壁厚
5 主要进出口管径的确定包括：冷热流体的进出口管
6流程图（以图的形式，并给出各部分尺寸）及结构
尺寸汇总（以表的形式）
7评价之
8参考文献
一、设计的目的
通过对煤油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。

总之，通过设计达到让学生自己动手进行设计的实践，获取从事工程技术工作的能力。

二、设计的指导思想
1 结构设计应满足工艺要求
2 结构简单合理，操作调节方便，运行安全可靠
3 设计符合现行国家标准等
4 安装、维修方便
三、设计要求
1 计算正确，分析认证充分，准确
2 条理清晰，文字流畅，语言简炼，字迹工整
3 图纸要求，图纸、尺寸标准，图框，图签字规范
4 独立完成
四、设计课题工程背景
在石油化工生产过程中，常常需要将各种石油产品（如汽油、煤油、柴油等）进行冷却，本设计以某厂冷却煤油产品为例，让学生熟悉列管式换热器的设计过程。

五、参考文献
1 化工过程及设备设计，华南工学院，1986
2 传热设备及工业炉，化学工程手册第8篇，1987
3 化工设备设计手册编写组. 金属设备，1975
4 尾范英郎（日）等，徐忠权译，热交换设计物册，1981
5 谭天恩等. 化工原理(上、下册)化学工业出版社.
六、设计思考题
1设计列管式换热器时，通常都应选用标准型号的换热器，为什么？
2 为什么在化工厂使用列管式换热最广泛？
3 在列管式换热器中，壳程有挡板和没有挡板时，其对流传热系数的计算方法有何不同？
4 说明列管式换热器的选型计算步骤？
5 在换热过程中，冷却剂的进出口温度是按什么原则确定的？
6 说明常用换热管的标准规格（批管径和管长）。

7 列管式换热器中，两流体的流动方向是如何确定的？比较其优缺点？
七、部分设计问题引导
1 列管式换热器基本型式的选择
2 冷却剂的进出口温度的确定原则
3 流体流向的选择
4 流体流速的选择
5 管子的规格及排列方法
6 管程数和壳程数的确定
7 挡板的型式
八、设计答辩指导
1 列管式换热器的型号，可查找化工过程及
设备及换热器等书籍。

2 换热器强度设计可找化机同学或老师了解，并参照金属设备等资料
3 绘图可找制图老师了解，并参考机械制图，化工制图及制图标准等。

计算示例
某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30℃，出口温度为40℃。

试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。

1．确定设计方案
（1）选择换热器的类型
两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃冷流体(循环水)进口温度30℃，出口温度40℃。

该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。

（2）流动空间及流速的确定
由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。

选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/ｓ。

2．确定物性数据
定性温度：可取流体进口温度的平均值。

壳程油的定性温度为(℃)
管程流体的定性温度为(℃)
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

油在90℃下的有关物性数据如下：
密度ρo=825 kg/m3
定压比热容cpo=2.22 kJ/(kg·℃)
导热系数λo=0.140 W/(m·℃)
粘度μo=0.000715 Pa·s
循环冷却水在35℃下的物性数据：
密度ρi=994 kg/m3
定压比热容cpi=4.08 kJ/(kg·℃)
导热系数λi=0.626 W/(m·℃)
粘度μi=0.000725 Pa·s
3．计算总传热系数
（1）热流量
Qo=WocpoΔto=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW)
（2）平均传热温差
(℃)
（3）冷却水用量
(kg/h)
（4）总传热系数K
管程传热系数
W/(m·℃) 壳程传热系数
假设壳程的传热系数αo=290 W/(m2·℃)；
污垢热阻Rsi=0.000344 m2·℃/W , Rso=0.000172 m2·℃/W
管壁的导热系数λ=45 W/(m·℃)
=219.5 W/(m·℃)
4．计算传热面积
(m2)
考虑15％的面积裕度，S=1.15×S′=1.15×42.8=49.2(m2)。

5．工艺结构尺寸
（1）管径和管内流速
选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s。

（2）管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数
按单程管计算，所需的传热管长度为(m)
按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。

现取传热管长L=6m，则该换热器管程数
为(管程)
传热管总根数N=58×2=116(根)
（3）平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
题目二正戊烷冷凝器设计
设计任务
1. 正戊烷、冷凝温度为51.7℃，冷凝液于饱和液体下离开冷凝器；
2. 冷却介质，地下水，流量为7000kg/h，入口温度：20℃；
3. 允许压强降，不大于105Pa；
4. 每年按300天计；每天24 h连续运转。

1．设计题目
正戊烷冷凝器的设计。

设计课题工程背景：
炼油厂精馏塔塔顶冷凝器蒸汽主要是正戊烷，以此为原料设计一正戊烷冷凝器。

2．设计任务及操作条件
（1）处理量(2.0, 2.2,2.5 ,2.8)×104吨/年
（2）正戊烷冷凝温度为51.7℃，冷凝液于饱和液体下离开冷凝器；
（3）冷却介质，地下水，流量为7000kg/h，入口温度：20℃、25℃、30℃；
（4）允许压强降：不大于105Pa
（5）每年按330天计，每天24小时连续运行
（6）设备型式立式列管冷凝器
（7）设计项目
①设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述；
②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积；
③选择合适的立式列管冷凝器并进行较核计算；
④对冷凝器的附件进行设计，包括结构设计；
⑤绘制换热器总装配图。

（8）设计要求
①说明书采用统一封面和纸张；
②方案和流程的选择要阐明理由；
③设计过程思路清晰，内容完全；
④设计、计算中所采用的公式、数据、图表等注明出处，有些需说明理由；
⑤一律用钢笔填写，要排列整齐，字体端正，书面整洁；
⑥计算过程均应写出；
⑦设备图以制图要求为准；
⑧集中做设计，独立完成。

3．设计说明书的内容
（1）课程名称、首页、目录及页码；
（2）前言；
（3）简述设计内容，自己设计的特点，引用的标准等；
（4）热量衡算及初步估算换热面积；
（5）冷凝器的选型及流动空间的选择；
（6）工艺流程图；
（7）冷凝器的校核计算；
（8）结构及附件设计计算；
（9）冷凝器的主要数据一览表；
（10）设计结果评价；
（11）附立式列管冷凝器总装图。

4．设计图要求
附工艺流程图及冷凝器装配图一张。

5．设计思考题
（1）冷却水出口温度如何确定?
（2）流体流动空间的选择原则是什么?
（3）在K计算公式中,各项含义是什么，在不同情况下说明提高K值的途径及采取的措施?
（4）管壳式换热器中，采用多管程的目的是什么？在壳程加挡板的目的又是什么？
（5）在什么情况下，固定板换热器要设计膨胀节？
（6）列管式冷凝器的蒸汽入口处是否需设计缓冲挡板？
（7）列管式冷凝器的换热管的排列方式有几种，如何选用？
（8）立式列管式冷凝器是否要设计支座，选用什么标准确定支座的尺寸？
（9）列管式冷凝器的接管的设计依据是什么？
（10）如何判断你所设计的换热器性能及经济上的适用性的优劣？
6. 部分设计问题指导
(1)自定冷却水的出口温度，并由热量衡算确定其用量。

(2) 估计K值大小，应首先估计对流传热系数较小一侧的对流传热系数。

(3) 设计换热设备既要考虑操作费用，又要考虑设备费用，也就是既要使阻力降不能太高，也不能使传热面积较大，使管程的冷却水有一个合适的流速。

7. 设计答辩指导
（1）弄清整个设计过程脉络，关键步骤；
（2）基本概念正确，各计算方法有依据，准确；
（3）选型的依据，选择管程、壳程流体，流向或某一值的考虑；
（4）如何改进设计？有何可修改的地方？如何修改？
（5）分析、评判所做设计是否可操作，经济性如何？
（6）图面布置是否符合制图标准？
（7）各部分结构在图上是否正确体现？
（8）设计说明是否清晰，文字有何错误？
题目三乙醇—水精馏塔顶产品冷凝器的设计任务书
1.产品浓度含乙醇95%
2.操作压力常压
3.冷却介质水（P为0.3MPa，进口温度30℃，出口温度40℃）
其他略
设计课题工程背景：
采用薯类与谷类原料进行发酵。

发酵法制乙醇是一个很复杂的生化过程，发酵在密封的发酵罐中进行产生的CO2的纯度达99~99.5%以上，其余为气态杂质，组分(以CO2质量为基准)为：乙醇0.4~0.8%，脂类0.03~0.4%，酸类0.08~0.09%。

成熟发酵醪中的乙醇必须经过初馏、精馏和除杂才能得到合格的乙醇。

本课程设计即为粗乙醇（初馏塔出来的乙醇-水溶液），在进行精馏获得合格产品的过程中，精馏塔顶冷凝器的设计。

发酵法制乙醇的工艺也可以参考有关书籍或文献资料。

设计的目的：
通过对乙醇-水系统精馏塔顶产品全凝器的设计，使学生了解和掌握化工单元操作设备设计的步骤、方法及基本技能，熟悉文献资料及物性参数的查阅和收集方法，懂得如何论证优化设计方案，合理科学地应用公式及数据。

在设计中提高学生的分析能力和解决问题的能力。

2．设计任务及操作条件
（1）处理量? (5,? 6，7，8)×104吨/年
（2）产品浓度含乙醇95%
（3）冷却介质：P为0.3MPa，入口温度30℃，出口温度40℃
（4）操作压力常压
（5）允许压强降：不大于105Pa
（6）每年按330天计，每天24小时连续运行
（7）设计项目
①设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。

②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。

③换热器的主要结构尺寸设计。

④主要辅助设备选型。

⑤绘制换热器总装配图。

3．设计说明书的内容
（1）目录；
（2）设计题目及原始数据(任务书)；
（3）论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择；
（4）换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等)；（5）设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)；
（6）主体设备设计计算及说明；
（7）主要零件的强度计算（选做）；
（8）附属设备的选择（选做）；
（9）参考文献；
（10）后记及其它。

4．设计图要求
附工艺流程图及冷凝器装配图一张。

5．设计思考题
（1）换热器及工作原理？
（2）影响传热的主要因素有哪些？
（3）何为冷凝器，冷凝器的主要型式及结构？
（4）选择走管程或壳程的介质应考虑什么原则？
（5）循环冷却水的进出口温度确定原则？
（6）设计冷凝器的主要步骤。

（7）对冷凝器的设计你进行了那些优化？
6. 部分设计问题指导
学生在接受设计任务后，首先应明确设计的步骤，方向，如何查阅有关数据和收集资料，并确定设计方案。

本设计应在以下几个方面的加以指导：
(1) 物性数据的查阅
在设计中涉及到水，乙醇等的多种物理参数，如密度，粘度，热容，汽化潜热，导热系数等等，如何正确的查阅数据是化工技术人员的基本功，因此在这方面应加以指导。

(2) 经验公式的正确应用
在设计中要用到某些经验公式，如果选择不当的则会使设计发生误差。

如壳程换热系数计算时，如果采用单管公式显然不对。

因为工业换热器的气体冷凝比单管要复杂的多，从上排管外流下的冷凝液在下排管会产生一定的撞击和飞溅，从而使下一排管外的冷凝膜并不像单管叠加时那么厚，同时附加的扰动又会加速传热，在缺乏可靠数据可采用经验公式估算。

(3) 初选冷凝器
根据计算的出的传热面积AO，从国家颁布的换热器标准系列中初选冷凝器，既不能选得太大浪费，又要满足传热需要。

此外，标准设备的管数与计算值不一致时如何考虑等等，都需要加以引导。

(4) 结构设计
在结构设计中，指导学生对关键部位进行设计并提出优化设想，如提高传热效果，降低成本等等。

题目四煤油冷却器的设计任务书
1. 煤油入口温度120℃，出口温度40℃；
2.冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度自选；
3. 允许压降：≤10 5 Pa ；
4. 每年按300 天计，每天24 小时连续运行。

处理能力： 1.0 х10 5 t/a。

题目五冷热水换热器工艺设计
一、设计任务及操作条件
1.热水入口温度：90℃，出口温度：50℃
2.冷水入口温度18℃，出口温度：自定
3.允许压降：≤10 5 Pa
处理能力：1000 t/a。

其他：略
题目六正丁醇-水换热器工艺设计
一、设计任务及操作条件
1.正丁醇入口温度：95℃，出口温度：48℃
2.冷水入口温度18℃，出口温度：自定
3.允许压降：≤10 5 Pa
处理能力：1000 t/a。

其他：略
题目七柴油预热原油的管壳式换热器
一、设计任务及操作条件
1.查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤；
2.根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算；
3.根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计；
4.以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图；
5.编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。

操作条件
题目八水冷却异丙苯换热器的设计
一、设计条件
处理能力61万吨/年
设备型式列管式换热器
操作条件
异丙苯：入口温度120℃，出口温度为51℃
冷却介质：自来水，入口温度20℃，出口温度40℃
允许压强降：不大于1×105Pa
每年按330天计，每天24小时连续运行
设计项目
设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。

换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。

换热器的主要结构尺寸设计。

主要辅助设备选型。

绘制换热器总装配图。

二、设计说明书的内容
目录；
设计题目及原始数据(任务书)；
论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择；
换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等)；设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)；
主体设备设计计算及说明；。