列管式换热器 (化工原理课程设计)

化工原理课程设计

题目：列管式换热器设计

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

2015 年-2016 年学年第1 学期

目录

设计任务书 (3)

前言 (4)

一．工艺说明及流程示意图 (5)

1. 工艺流程 (5)

1.1酒精的工艺流程 (5)

1.2 冷却流程图 (5)

1.2.1白酒加工工艺流程 (5)

1.2.2 冷却流程 (5)

2. 工艺说明 (6)

2.1 流体流入空间的选择 (6)

2.2 出口温度的确定(含算法程序) (6)

2.3 流速的选择 (7)

2.4 计算平均温差 (8)

二．流程及方案的论证与确定 (8)

1. 设计方案的论证 (8)

2. 确定设计方案及流程 (8)

2.1 选择物料 (8)

2.2 确定两流体的进出口温度 (9)

2.3 确定流程 (9)

2.4 换热器类型的选择 (9)

三．设计计算及说明 (9)

1. 流体物性的确定 (9)

1.1 水的物性 (9)

1.2无水乙醇的物性 (9)

2. 初步确定换热器的类型和尺寸 (9)

2.1计算两流体的平均温度差 (9)

2.2计算热负荷和冷却水流量 (10)

2.3 传热面积 (10)

2.4 选择管子尺寸 (11)

2.5 计算管子数和管长,对管子进行排列,确定壳体直径 (11)

2.6 根据管长和壳体直径的比值,确定管程数 (12)

3. 核算压强降 (12)

3.1 管程压强降 (12)

3.2 壳程压强降 (12)

4. 核算总传热面积 (14)

4.1 管程对流传热系数α0 (14)

4.2 壳程对流传热系数αi (14)

4.3 污垢热阻 (15)

4.4 总传热系数K’ (15)

4.5 传热面积安全系数 (15)

4.6 壁温的计算 (15)

4. 7 偏转角的计算.................................... (15)

四．设计结果概要表 (16)

五．对设计的评价及问题的讨论 (17)

1.对设计的评价 (17)

2.问题的讨论 (17)

六．参考文献 (18)

七．致谢

八．附录：固定管板式换热器的结构图、花板布置图

设计任务书

一、设计题目：列管式换热器设计。

二、设计任务：将自选物料用河水冷却或自选热源加热至生产工艺所要求的温度。

三、设计条件：1．处理能力G = 学生学号最后2位数×300 t

/d；

物料

2．冷却器用河水为冷却介质，考虑广州地区可取进口水温度为

20～30℃；加热器用热水或水蒸汽为热源，条件自选。

3．允许压降：不大于105Pa；

4．传热面积安全系数5~15%；

5．每年按330天计，每天24小时连续运行。

四、设计要求：1.对确定的设计方案进行简要论述；

2.物料衡算、热量衡算；

3.确定列管式冷却器的主要结构尺寸；

4.计算阻力；

5.选择适宜的列管换热器并进行核算；

6.用Autocad绘制列管式换热器的结构图(3号图纸)、花板布置图(3号

或4号图纸)；

7.编写设计说明书(包括：①封面；②目录；③设计题目（任务书）；④流

程示意图；⑤流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明（包括校

核）；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题

讨论；⑩参考文献。)

备注：参考文献格式：

期刊格式为：作者姓名.论文题目.刊物名称, 出版年,卷号(期号)：起止页码

专著格式为：作者姓名.专著书名.出版社名,出版年,起止页码

例：潘继红等. 管壳式换热器的分析与计算. 北京:科学出版社,1996,70~90陈之瑞,张志耘. 桦木科植物叶表皮的研究. 植物分类学报, 1991,29(2):127~135

前言

酒精工业是十分重要的有机基础化学工业之一,又是新兴的能源工业之一。酒精在食品、医药、化工、燃料和国防工业等方面都有着广泛的用途。在酒精生产中, 水的用量很大, 根据各厂的管理水平、生产工艺、设备选型及原料的不同, 每生产一吨酒精用水量从几十吨到一百多吨不等。【1】在生产过程中,水除了部分用于工艺配料外,大部分是用于冷却物料,如:糖化醪的冷却;酒母、发酵醪的冷却;酒精蒸馏的冷凝、冷却等,可见在酒精生产中使用换热器的工序、部位很多,在设计过程中,换热器选型和设计将对酒精厂节约用水产生重要的影响。

乙醇是一种重要的基础化工原料，用于合成乙醛、乙醚、醋酸乙酯等基本有机原料，还是配制饮用酒和医药上的杀菌剂的原料。工业生产乙醇的主要原料是玉米、小麦或木薯等淀粉质，通过催化分解为可发酵的糖类，然后发酵转化为乙醇。燃料乙醇的关键生产技术是乙醇脱水。乙醇脱水传统技术主要包括分子筛吸附工艺、环烷酸恒沸蒸馏技术，比较先进的技术包括溶盐精馏技术和乙二醇萃取精馏技术等。

乙醇的工业生产方法主要有两种，即以糖类、淀粉和水解纤维素等碳水化合物为原料的发酵法和乙烯为原料的水化法。本工艺为以淀粉为原料的发酵法，经过一系列的生产工艺后得到的乙醇液体温度还接近于其沸点，且乙醇是易挥发液体。在相对高温下不利于白酒的装罐贮存，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。

化工原理课程设计是化工类专业学生运用自己已学课程的知识来解决常规化工设计中的问题的一次很好地、全面地锻炼过程。通过设计可以不断增强学生运用综合知识的能力,解决工程实际问题的能力和全面分析问题的能力。

换热器是进行热量传递的通用工艺设备，它在炼油、轻化工及其他一般化学工业中广泛应用着，例如冷却、加热、蒸发和废热回收等。随着化学工业的迅速发展，各种换热器发展很快，新型结构不断出现，以满足各工业部门的需要。列管式换热器是目前生产上应用最广泛的一种传热设备，由于不断的改进，其结构也较完善。

换热器按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器传热量大、应用最为广泛。本设计选用的是间壁式换热器中传热面积大，结构紧凑、坚固、传热效果好的列管式换热器。列管式换热器是化工生产中常用的一种换热设备，结构简单，适应性强；单位体积所具有的传热面积大并传热效果好；且种类多，型号全。【2】