化工原理课程设计说明书

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：2011级食品科学与工程学生学号： 1102—时间： 2014年7月目录第一章设计任务书........................................ 错误!未定义书签。

—一、设计项目............................................ 错误!未定义书签。

二、任务（具体要求）及步骤： ............................. 错误!未定义书签。

三、作业份量：........................................... 错误!未定义书签。

第二章确定设计方案...................................... 错误!未定义书签。

一、选择换热器的类型 .................................... 错误!未定义书签。

二、流动方向及流速的确定 ................................ 错误!未定义书签。

三、安装方式............................................ 错误!未定义书签。

第三章设计条件及主要物性参数............................ 错误!未定义书签。

、一、设计条件............................................. 错误!未定义书签。

二、确定主要物性数据 ..................................... 错误!未定义书签。

第四章传热过程工艺计算.................................. 错误!未定义书签。

一、估算传热面积 ......................................... 错误!未定义书签。

二、主体构件的工艺结构尺寸 ............................... 错误!未定义书签。

三、换热器主要传热参数核算 ............................... 错误!未定义书签。

第五章机械结构设计...................................... 错误!未定义书签。

一、壳体、管箱壳体及封头 ................................. 错误!未定义书签。

.二、管板............................................... 错误!未定义书签。

三、拉杆................................................. 错误!未定义书签。

四、换热管............................................... 错误!未定义书签。

五、分程隔板............................................. 错误!未定义书签。

六、折流板............................................... 错误!未定义书签。

七、管箱................................................. 错误!未定义书签。

第七章附属设备选型..................................... 错误!未定义书签。

一、接管及其法兰 ......................................... 错误!未定义书签。

二、排气、排液管 ........................................ 错误!未定义书签。

三、支座设计............................................. 错误!未定义书签。

第八章设计计算结果汇总表................................ 错误!未定义书签。

第九章参考资料.......................................... 错误!未定义书签。

&）.&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。

设计的基础数据如下：（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）（2）25% CaCl2盐水初温： -11 ℃；终温： -5 ℃一、设计项目/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，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，答辩流利正确。

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的确定。

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。

考虑安全系数和初估性质，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，应有一定安全系数，否则需重新设计。

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、坚固，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CaCl盐水容易形成湍流，可以提高对流2表面传热系数，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、流动方向及流速的确定本冷却器的管程走冷却CaCl盐水，壳程走热的乙炔气体。

乙炔气体和冷却2CaCl 2盐水逆向流动换热。

由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，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CaCl 2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3～15 m·s -1；冷却盐水的流速范围为＞1 m·s -1。

本设计中，假设CaCl 2盐水的流速为 m·s -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。

第三章 设计条件及主要物性参数一、设计条件、CaCl2乙炔气体乙炔气体CaCl2盐水略大，本设计的设计压力比最大操作压力大。

操作压力换算P=16kgf/cm 2=16××103=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2121131=+=T ℃ 管程水的定性温度为8-2）5-（）11-（=+=t ℃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()()/()b a b a b avg b y y y y t t t t =+--⨯- ）,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》P2-278以及P2-268，21℃下乙炔摩尔比热容为kmol ·℃摩尔比热容：C p1=×=（KJ ·kmol -1·K -1） 粘度：μh = (Pa·s) ； 修正后：μh = 导热吸数：λh = （W·m -1·℃-1）空气密度：ρ1＝T273273'+P P = ·m -3×(1800k Pa/×273K/(273+21)K ＝kg·m -3，定压比热容Cp=÷=kg·℃冷却盐水物性参数《}$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=5500×=106260Kg/h[热流量为Φ= q mh C pi (T 1－T 2) =106260××（31－11）=3591588kj/h =2. 做出适当的选择并计算m t ∆（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m t ∆已知：T 1=31℃ T 2=11℃ t 1= -11℃ t 2= -5℃m t ∆=12211221ln )()(t T t T t T t T -----=1111531ln )1111()531(+++-+=℃%（3）修正对数平均温度对数平均温度m t ∆ R=1221t t T T --=5111131--=P=1212t t T t --=11115-11+=查下图选择单壳程，可得修正系数=∆t ϕ 修正后的m t ∆=×=℃&3. 计算传热面积S（1）估计总传热系数K查阅《传热传质过程设备设计》P20表1-11，可知管程为水，壳程为气体的总传热系数K 值为233～465 W·m -2·℃-1。