化工原理课程设计

课程设计报告。

2011—2023年度第二学期)

名称：化工原理

题目：苯冷却器的设计

院系：环境科学与工程学院。

班级。学号。

学生姓名。指导教师。

设计周数： 1

成绩。日期：2012 年 6月

目录。1.设计任务书 3

2.确定设计方案 4

3.工艺计算及主体设备设计 4

3.1计算传热面积并初选换热器型号 4

3.2 核算压力降 6

3.3 核算总传热系数k 8

4.设计结果一览表 9

5.对本设计的评述 10

6.主题设备的工艺条件图 10

7.参考文献 10

1.设计任务书。

化工原理》课程设计。

任务书。一、目的与要求。

1. 要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成列管换热器设计任务。

2. 使学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。

3. 熟悉和掌握查阅技术资料、国家技术标准，正确地选用公式和数据。

二、主要内容。

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．主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计。

3．设计任务及操作条件：

3.1处理能力：21000kg/h 苯。

3.2设备型式：列管换热器。

3.3操作条件：

3.3.1苯：入口温度：80℃ 出口温度：55℃

3.3.2冷却介质：自来水入口温度：35℃ 出口温度：43℃

3.3.3允许压强降：不大于10kpa

3.3.4苯定性温度下的物性参数：密度828.6kg/m3 粘度3.52×10-4pa·s

比热容1.841kj/kg·℃ 导热系数0.129w/m·℃

4．主体设备工艺条件图。

三、设计成果要求。

1. 标题页；

2. 设计任务书；

3. 目录；

4. 设计方案简介；

5. 工艺计算及主体设备设计；

6. 辅助设备的计算及选型；

7. 设计结果一览表；

8. 对本设计的评述；

9. 主体设备的工艺条件图；

10. 参考文献。

四、考核方式。

根据课程设计报告评定成绩。

学生姓名：

指导教师：朱洪涛。

2023年 6 月 16 日。

2.确定设计方案。

本设计任务是利用列管换热器使冷流体（水）给苯降温。选择换热器时，要遵循经济，传热效果好，清洗方便，符合实际需要等原则。我们常选择的是补偿较简单的固定管板式换热器，所谓固定管板式即两端管板和壳体连接成一体，因此它具有结构简单和造价低廉的优点，但是由于壳程不易清洗和检修，因此壳方流体应是较洁净且不易结垢的物料。

根据流体流经管程或壳程的选择原则，不洁净或易结垢的液体宜走便于清洗的一侧；被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果；有毒流体宜走管程，以减少向环境泄露的机会；粘度大的流体或流量小的流体宜走壳程【1】。在本设计中水的对流传热系数大，粘度较高，易结垢，若其流速太低，将会加快污垢的形成及其增长速度，使换热器的热流量下降所以从整体考虑，应使自来水走管程，苯走壳程。本次设计还是按照传统的步骤进行的，即首先试算并初选设备规格，再计算管程、壳程压强降，最后核算总传热系数。

3.工艺计算及主体设备设计。

3.1计算传热面积并初选换热器型号。

3.1.1计算苯的流量。

根据《化工原理课程设计任务书》中的数据可以计算出苯的流量。

3.1.2 确定冷热流体的物理性质。

1）计算两流体的定性温度。

热流体（苯）进口温度=80℃ =出口温度 55℃

冷流体（自来水）进口温度=35出口温度 43℃

所以选定的固定管板式换热器不需要热补偿装置。

2）根据附录查得两流体定型温度下的物理性质【2】

3.1.3 计算传热量和冷却水流量。

3.1.4 计算平均温度差。

暂按单壳程来考虑其温度校正系数。

苯：80→55

水：43←35

逆流时平均温度差为。

而因为暂时按单壳程、多管程计算，由教材《化工原理（上册）》p与r相关图（图4-17）查得：

温度校正系数故采用单壳程

所以校正后的平均温度 ℃

3.1.5 初选k值并估算传热面积。

根据两流体的情况，可知道壳程走的是热流体(苯)，管程走的是冷流体（自来水），故根据教材《化工原理（上册）》附录二十四可知k值范围为430-850.假设。则

3.1.5 初选换热器型号。

根据教材《化工原理（上册）》书后附录固定管板式换热器（jb/t 4715-92），初选换热器型号为：g400ⅱ-1.6-21.4，主要参数如下：

外壳直径d：400

公称压力p：1.6

公称面积s：33.8

管子尺寸：管子数n：98

管长l：4.5

管中心距：32

管程数：1管子排列方式：正三角形。

管程流通面积：0.0308

算得实际传热面积

如果选用此换热器，则要求过程的总传热系数为。

3.2 核算压力降。

3.2.1 核算管程压力降。

其中 ft=1.4，np=2，ns=1；

水的体积流量

管程流通面积故则

因为雷诺指数》4000，故流体流动方式为湍流。

选取碳钢管，粗糙程度mm，，由教材《化工原理》中的λ—re关系图查得λ=0.039，所以。

则有：满足要求，故选择的换热器合适。

3.2.2 核算壳程压力降。

其中 fs=1.15，ns=1；

管子为正三角形排列，f=0.5

取折流挡板间距h=0.15m，壳程的流通面积。则。所以

上述计算可以表明，，故该换热器的管程和壳程的压强降均能满。

足要求。3.3 核算总传热系数k

3.3.1 计算管程对流传热系数。

前面已经计算得出。

3.3.2 计算壳程对流传热系数。

流体通过壳间最大截面积为。

热流体流速为。

对于正三角形有

壳程中苯被冷却，故取。

所以：3.3.3 污垢热阻。

根据教材《化工原理（上册）》附录二十二查得：

自来水：苯：

3.3.4 核算总传热系数k

管壁热阻可以忽略不计时，总的传热系数为：

根据选定的换热器计算出来的k为302，所以安全系数为。

该换热器安全系数在15%~25%之间，故选择的换热器符合要求。

4.设计结果一览表。

换热器主要结构尺寸和计算结果汇总表。

5.对本设计的评述。

本次化工原理的课程设计为苯列管式换热器的设计，经过一个星期的奋战，基本上完成了本次课程设计。下面就简要做一评述。

本换热器要求的热流体为苯，冷流体为自来水，首先根据这两种流体的物理性质，确定了流体的流动空间；然后是初选总传热系数，估算面积，选择设备；最后是核算压强降和总传热系数。本次设计最终的欲度为17.88%，符合换热器的设计要求。

具体换热效果要通过实践来证明。

本次课程设计是独立自主完成的，通过查阅相关资料，反复核算，综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成了列管换热器设计任务。此次课程设计，使我们了解工程设计的基本内容，掌握了化工设计的主要程序和方法，培养了我们分析和解决工程实际问题的能力。本课程设计有不完善的地方，还望老师批评指正。

6.主题设备的工艺条件图[3]

7.参考文献。

1】申迎华，赫晓刚，《化工原理课程设计》.化学工业出版社，第一版。2009.5

2】姚玉英，黄凤廉，《化工原理（上册）》.天津科学技术出版社，修订版。2006

3】任晓光，宋永吉，《化工原理课程设计指导》.化学工业出版社，第一版。2009.1

8.附录。重要符号说明。

字母。n——管数；

a——流通面积，m2；

t——煤油的温度，℃；

t——自来水的温度，℃；

q——换热器的热负荷，w；

tm——平均温度差，℃；

δt——温度校正因子；

cp——定压比热容，kj/（kg℃）；

w——质量流量，kg/s；

v——体积流量，m3/s；

p、r——因数；

——导热系数；

s——传热面积，m2；

n——程数；

h——挡板间距，mm；

d——管径，mm；

d——壳程内径，mm；

——流体黏度，pa·s；

t——管心距，mm；

——密度，kg/m3；

k——总传热系数，w/(m2·℃)

——对流传热系数，w/(m2·℃)

δρ—压强降，pa；

下标。c——冷流体；

h——热流体；

i——管内；

o——管外；

m——平均；

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