化工原理课程设计

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XXXXXXX学院

化工原理课程设计报告

题目：

院（系）：

专业班级：

学生姓名：

指导老师：

时间：年月日

目录

任务书 (1)

流程示意图 (3)

流程及方案的说明和论证 (4)

设计计算及说明（含校核） (5)

主体设备结构图 (11)

设计结果概要表 (11)

设计评价及问题讨论 (11)

参考文献目录 (12)

流程示意图

流程及方案的说明和论证

一．流程的说明和论证

经过一系列的生产工艺后得到的无水乙醇液体温度还接近于其沸点，且无水乙醇是易挥发液体。在相对高温下不利于无水乙醇的装罐贮存，所以在蒸馏后冷凝和冷却必不可少。又因为是流体的大生产量冷却，故使用列管式换热器将其进行冷却以达到一定的贮存温度。物料通过泵被送入冷却器冷却后，由出料管流出，不合格的物料由回流阀送回冷却器重新冷却，直至符合要求。经过处理的河水由冷却器的进口管流入，由出口管流出，其与无水乙醇进行逆流交换热量。

本实验无水乙醇进口温度为70o C,出口温度为40o C。河水进口温度为20o C，出口为t2=30 o C。生产能力为600 t/d。

二．方案的说明和论证

1.确定流程；

2.计算定性温度以确定物性数据；

3.计算热负荷；

4.按纯逆流计算平均传热温差，然后按单壳程多管程计算温度校正，如果温差校正系数小于0.8，应增加壳程数；

5.选择适当的总传热系数K以估算传热面积；

6.计算冷却水用量；

7.确定两流体流经管程或壳程，选定管程流体速度，由流速和流量估算单程管的管子根数，由管子根数和估算的传热面积，估算管子长度和直径，再由系列标准选用适当型号换热器。

8.传热管排列和分程方法；

9.计算壳体内径和折流板间距、折流板数；

10.计算壳程流体传热膜系数；

11.计算管程流体流速，若结果与前面设定的流速不接近，则要从头在设定一个速度，再开始算过，直到两者相互接近；

12.计算管内传热膜系数；

13.确定污垢热阻，计算总传热系数，如果相差较多，应重新估算；

14.壁温核算，结果如果大于50℃，要设置温差补偿装置；如果超过105Pa，则要从头开始再设数据算，直到结果不大于105Pa为止。17.计算传热面积安全系数，必须满足5％－15％的安全度，若不在此范围内，则要再改数据再试算，直到符合要求；

15.计算壳程接管内径，选取壳程流体进出口接管规格；

16.计算管程接管内径，选取管程流体进出口接管规格；

设计方案论证

（1）选定换热器的类型

① 两流体的温度变化情况：

热流体进口温度为70o C,出口温度为40o C 。

冷流体进口温度为20 o C ，选择冷却水温升为t 2=30o C.

② 换热器类型选择

（2）确定流程

从两流体的温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体温度之差小于50 o C ，因此初步确定选用单壳程固定板式列管换热器。该设计的热流体为无水乙醇，冷流体为河水，为使无水乙醇通过壁面向空气散热，提高冷却效果，故使无水乙醇走壳程，另外，相比之下河水更容易结垢，为便于提高流速减少水垢的形成，而且固定板式列管换热器的管程较易于壳程清理污垢及水垢，使河水走管程。

（3）确定物性参数

无水乙醇的日处理量为600t/d

无水乙醇的定性温度：T ＝7040552

+=0C 河水的定性温度：t=2030252

+=0C

[3]

(4)估计传热面积

①计算热负荷（忽略热损失）

本设计无相变

Q=W j c pj (T 1-T 2)= 3

3560010 2.7841030 5.810360024

⨯⨯⨯⨯=⨯⨯ W ② 冷却水的用量

5

3121 5.81013.9/() 4.17410(3020)

s Q W kg s Cp t t ⨯===-⨯⨯- 现使用1台换热器工作，冷却水用量为13.9/kg s

③传热平均温度差

按逆流计算

2

'121(7040)(3020)18.27040ln 3020m t t t C t In t ∆-∆---∆===︒∆--∆

计算P 和R P 211130200.27020

t t T t --===-- R=1221704033020

T T t t --==-- 根据P ，R 值，查温差校正系数图，εΔt ＝0.94>0.8,所以选用单壳程。 △t m =εΔt △t m ’=0.94×18.2=17.1080C

(5)初算传热面积

参照传热系数K 的大致范围(290~698W/(m 2·K))

选K=500

则估算传热面积

5

25.81067.850017.108

m Q A m K t ⨯===∆⨯估 一台换热器的2

67.8A m =估

4.工艺结构及尺寸

（1） 选用ф25mm ×2.5mm 的无缝钢管，管长l ＝6m

(2) 总管数和管程数 总管数67.81433.140.0256

A n dl π===⨯⨯根 一个换热器工作，换热器管数为143根

单壳程流速u= 2213.9

9940.199/0.025143

44

v q m s d n π

π==⨯⨯ 为提高传热效果多采用多管程，选为双管程。

（3） 确定管子在管板上的排列方式

①排列方式

按正三角形排列。

②管心距

管子与管板采用胀接结构。

故a ＝1.3d 0=1.3×0.025≈0.0325m=32.5mm

隔板两侧的管心距 a ＝38mm

③壳体内径

采用多管程结构,壳体内径为：D=a(b-1)+2e