化工原理课程设计

设计题目：列管式换热器的设计选型。

班级：生物工程专业2010级本科班。

姓名：冯世红（2010111051

指导教师：蒋玉梅李霁昕。

设计时间：2012.05.25~2012.06.02

甘肃农业大学食品科学与工程学院。

二o一二年五月。

目录。化工原理课程设计任务书。

一概述及设计方案的简介。

1 概述。2 设计方案的简介。

二设计条件及主要物性参数表。

三工艺设计计算。

1 确定物性方案。

2 确定物性数据。

3 估算传热面积。

4 工艺构造尺寸。

5 换热器核算。

四设计结果汇总表。

五设计评述。

六工艺流程图及设备工艺条件图。

七参考资料。

八主要符号说明。

化工原理课程设计任务书。

一、化工原理课程设计的重要性。

化工原理课程设计是学生学完基础课程以及化工原理课程以后，进一步学习工程设计的基础知识，培养学生工程设计能力的重要教学环节，也是学生综合运用化工原理和相关选修课程的知识，联系生产实际，完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。通过这一环节，使学生掌握单元操作设计的基本程序和方法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选用公式和数据，运用简洁文字和工程语言正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学生养成尊重实际问题向实践学习，实事求是的科学态度，逐步树立正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的工作作风，提高学生综合运用所学的知识，独立解决实际问题的能力。

二、课程设计的基本内容和程序。

化工原理课程设计的基本内容有：

1、设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。

2、主要设备的工艺计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。

3、辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定。

4、工艺流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备与辅助设备的物料方向、物流量、主要测量点。

5、主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。

6、编写设计说明书：可按照以下几步进行：

课程设计准备工作。

有关生产过程的资料；

设计所涉及物料的物性参数；

在设计中所涉及工艺设计计算的数学模型及计算方法；

设备设计的规范及实际参考图等。

确定设计方案。

工艺设计计算。

结构设计。

工艺设计说明书。

封面：课程设计题目、学生班级及姓名、指导教师、时间。

目录。设计任务书。

概述与设计方案的简介。

设计条件及主要物性参数表。

工艺设计计算。

辅助设备的计算及选型。

设计结果汇总表。

设计评述。

工艺流程图及设备工艺条件图。

参考资料。

主要符号说明。

以上即为我们在课程设计中所涉及的主要内容。

三、列管式换热器设计内容。

1、确定设计方案。

1）选择换热器的类型；（2）流程安排。

2、确定物性参数。

1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数。

3、估算传热面积。

1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量。

4、工艺结构尺寸。

1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）传热管排列和分程方法；（5）壳体内径；（6）折流板；（7）其它附件；（8）接管。

5、换热器核算。

1）传热能力核算；（2）壁温核算；（3）换热器内流体的流动阻力。

四、设计任务和操作条件。

某厂用井水冷却从反应器出来的循环使用的有机液。欲将6000kg/h的植物油从140℃冷却到40℃，井水进、出口温度分别为20℃和40℃。若要求换热器的管程和壳程压强降均不大于35kpa，试选择合适型号的列管式换热器。

定性温度下有机液的物性参数列于附表中。

附表。五、主要设备结构图（示例）

根据设计结果，可选择其它形式的列管换热器。

六、设计进度。

1. 设计动员，下达设计任务书；搜集资料，阅读教材，拟定设计进度 1天；2. 设计计算（包括电算，编写说明书草稿）2-3天；3.

绘图2天；5. 整理，抄写说明书 1天；6. 设计小结及答辩 1天。

七、设计成绩评分体系。

考核成绩分为五档：优秀（90-100分）、良好（80-89分）、中等（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（＜60分）。

一概述及设计方案的简介。

1 概述。在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。

随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。

换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。

顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。

在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。

2 设计方案的简介。

确定设计方案，包括选择换热器的类型、流程安排；确定物性参数，包括定性温度、定性温度下的物性参数；估算传热面积，包括热负荷、平均传热温度差、传热面积、冷却水用量；确定工艺结构尺寸，包括管径和管内流速、管程数、平均传热温度差校正及壳程数、传热管排列和分程方法、壳体内径、折流板、其它附件、接管；换热器核算，包括传热能力核算、壁温核算、换热器内流体的流动阻力。最后画出工程图。

二设计条件及主要物性参数表。

将 6000kg/h的植物油从140℃冷却到40℃，井水进、出口温度分别为20℃和 40℃。要求换热器的管程和壳程压强降均不大于35kpa。

三工艺设计计算。

1 确定物性方案。

（1）选择换热器的类型两流体的变化情况：热流体进口温度 140℃，出口温度 40℃；冷流体进口温度 20℃，出口温度 40℃。

考虑冷热流体间温差大于50℃，初步确定选用浮头式换热器。

（2）流程安排与植物油相比，井水易于结垢，如果其流速太小，会加快污垢增长速度使换热器传热速率下降。有机液被冷却，走壳程便于散热。因此，冷却水走管程，有机液走壳程。

2 确定物性数据。

(1) 定性温度。

对于粘度低的流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。所以，壳程流体的定性温度为：t=（140 + 40）/2 = 90 ℃

管程流体的定性温度为：t=（20 + 40）/2 = 30 ℃

(2) 物性参数

定性温度下，管程流体(井水)、壳程流体（植物油）有关物性参数由《主要物性参数表》得出。

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