1、化工原理课程设计,王岚 13616110875,课程设计的目的和要求,巩固和掌握本课程的主要内容 培养综合运用所学知识解决实际问题的能力 掌握化工设备的工艺设计程序、方法、和有关的设计原则。 树立正确的设计思想，用工程观念来考虑设计内容 用简洁的文字和正确的图表来表达自己的设计思想 熟悉有关的国家标准和部颁标准及技术规范,课程设计的步骤,下达课程设计任务书 根据任务书的要求拟定设计步骤、设计方案、设计进度 查阅参考资料，收集有关数据和公式 设计方案的确定及论述、设备的工艺计算、绘图、对设计结果的评述和编写设计说明书,换热器及其附属设备设计,准备：A3图纸1张、说明书纸20页、封皮、装订夹、课程
2、设计袋。 图的要求： 用A3图纸画换热器的设备条件图；,本次课程设计的要求,本次课程设计的时间安排,课程设计任务书,设计题目：苯甲苯混合液加热器设计 原始数据 年处理量： 35000 40000 45000 5000055000 60000吨 料液浓度： 30% 35% 40% 45% 50% （苯质量分率） 料液初温：30 加热温度： 60,每年实际生产天数：330天（有一个月检修） 饱和水蒸汽压力：0.3MPa(表压) 从常压贮槽到加热器管长共50米，管路中含有90度弯头4个，截止阀2个，1个转子流量计,设计任务完成换热器工艺设计与校核，画出换热器设备条件图（3#图），管路阻力计算及泵的选
3、型，编制设计说明书。,设计内容一、换热器设计 换热面积的计算； 管数、管程数及管子排列； 换热器尺寸的确定及有关构件的选择； 换热器流体阻力的计算； 换热器设备条件图(3#图)； 二、附属设备设计和选用管路阻力的计算；加料泵选型；接管尺寸的计算,设计说明书的写法及装订顺序 目录：为使人一目了然，了解整个设计内容。 设计任务书 说明书 一.设计任务,年处理量：？吨苯甲苯混合液换热器设计料液浓度： ？% （苯质量分率）料液初温：30 加热温度： 60 饱和水蒸汽压力：0.3MPa(表压)从贮槽到换热器输送高度7米，管长共50米，换热器出口设计压力250KPa管路中含有90度弯头4个，截止阀2个，孔
4、板流量计1个,二、基础数据从化工原理（上册）附录中查取水蒸汽、苯、甲苯的基础数据。 三、前言：（相当于可行性报告）可介绍列管式换热器的分类，使用场合，优缺点，常见结构，热补偿方式，流体通道选择原则等，最后总结本设计所使用的换热器类型，冷 热流体通道选择等。,四.带控制点流程图（画在说明书纸上）并说明流程,换热器的设计，是通过传热计算确定经济合理的传热面积及换热器的其它尺寸，以完成生产中要求的传热任务。换热器的选用，是根据任务要求计算出所需传热面积，选择合适的标准换热器， 且列管式换热器较多用。,五、换热器设计,参考：设计P61，华化教材上册P222,1、确定物性数据,确定流体在换热器中两端的温
5、度，计算定性温度。查定或计算流体物性,热流体为水蒸汽汽流，冷凝到同温度下的饱和液体。求得或查得该温度（定性温度）下水蒸汽的：,冷流体为苯甲苯混合液，进口温度t1=30 ，出口温度60，求得平均温度（定性温度），查得该温度下苯和甲苯的物性参数，并用内插法计算出混合液的物性参数：,以上结果列表1,2、确定方案,（1）选择换热器类型,两流体温度变化情况：热流体(水蒸汽）进口温度143.4 ，出口温度143.4 ；冷流体（苯甲苯）进口温度30 ，出口温度60 。估计管壁温度和壳壁温度之差较大，因此选用带膨胀节的固定管板式换热器。,（2）流动空间的确定,由于饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液
6、容易排出；苯甲苯混合液走管程。,3、估算传热面积，初选换热器型号,（1）计算传热量,（2）计算传热温差：,（3）初选换热器：,可查表（ 设计书P64）表2-6，初选K估。,（4）工艺结构尺寸的计算：,管径和管内流速初选换热管(碳钢），取管内流速 0.5m/s,管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数（圆整）,按单管程计算，所需的传热管长度为：,当 宜 ，取换热管长L=3m(6m),则该换 热器管程数为,传热管总根数n为：,平均传热温差校正及壳程数一侧为恒温传热，故,换热管在管板上可按正三角形、正方形直列和正方形错列排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度大，传热系数大；正方形
7、列管外清洁方便。本设计采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距,传热管排列及分程方法,横过管束中心线的管数,壳体内径,采用多管程结构，管板利用率,折流板,列表2,列出所选设备的主要参数外壳直径 管子尺寸公称压强 管长公称面积 管数管程数 管中心距管子排列方式,根据以上结果查表（教材上册P298）选设备。,4、计算管、壳程阻力损失：,管程对流传热系数：,初选换热器后还应校核阻力损失是否满足要求，所需换热面与换热器提供的换热面比是否合理。,管程阻力损失：直管阻力+局部阻力,（ft结垢校正系数，hf1直管阻力损失，hf2回弯阻力损失，N管程数）,壳程对流传热系数o,
8、则冷凝液膜温为 ，这与其饱和温度很接近，帮在平均膜温下的物性可沿用饱和温度下的数据。,壳程对流传热系数o及阻力损失,壳程阻力损失,壁温校核,核算壁温时，一般忽略管壁热阻，按以下近似公式计算：,计算所得的 若与假设相差大，则必需重新假设。,计算传热面积：,（1）壳程流体进出口接管壳程流体进口为蒸汽，流速uv可取1220m/s。 壳程流体出口为冷凝水，流速uL可取0.20.5m/s,5、接管,以上结果列表3（参考设计书P75表2-13）,计算出内径后，参考教材(上）P291选取标准管,（2）管程进出口管径 管程流体用泵输送，流速uF可取12.5 m/s。,6、封头,封头是压力容器的重要组成部分。按
9、其结构可分为凸行封头、锥行封头和平盖封头三类。采用什么封头需要根据工艺条件要求、制造难易程度及材料的消耗等情况来确定。根据经验，以及各种封头的程度和经济合理性进行比较，选择标准椭圆形封头来进行设计最为合理。参考附录进行选择。列表4,7、膨胀节,参考附录进行选择。,六、辅助设备泵的设计,本设计中利用泵将流体由贮罐输送到换热器,从贮槽到加热器管长共50米，管路中含有90度弯头4个，截止阀2个，孔板流量计1个,（1）流量的确定,流量考虑12%的安全系数，则,（2）扬程的确定,根据流量和扬程（安全系数20 30%），参考教材（上）P293查表，选取合适的泵。,七、设计心得（总结）,38/31,一、确定
10、设计方案的五个问题,（一）列管式换热器型式的选择,1. 固定管板式换热器（管板与壳体连成一体）,带有补偿圈的固定管板式换热器,固定管板式换热器的膨胀节,41/31,2. 浮头式换热器（一端不与外壳连接，称之为浮头）,42/31,3. U型管式换热器（管子可自由伸缩）,43/31,1.传热效果（粘度大或流量小者走壳程；待冷却者走壳程；热阻大者走壳程） 2.设备结构（高压者走管程；腐蚀性强者走管程） 3.清洗方便（不清洁或易结垢者走管程，饱和蒸汽一般走壳程） 在确定流体流动空间时，上述原则往往不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，如首先考虑流体的压强、防腐蚀和清洗等要求，然后再通过传热与压强降的
11、计算予以确定。,（二）流体流动空间的选择（三方面考虑）,（三）流体流速的选择,44/31,45/31,（四）流体出口温度的确定,进口温度一般由加热剂和冷却剂的来源而定，出口温度则需由设计者根据经济衡算后确定。对于采用冷却水换热，其两端温差不应低于5，对严重缺水地区，尤其是采用河水时，其出口温度不应超过50。,（五）管程数和壳程数的确定,列管式换热器标准系列中有1、2、4、6等四种管程，采用多管程时，合理的管长为1.5、2、3、6m。管长与壳体直径之比L/D为46，水平放置时可大一些。,46/31,1.管子在管板上的固定（胀接与焊接两种，高温高压时亦采用胀焊结合） 2.管子的排列（管子有两种规格
12、，排列有正三角形、正方形正列与错列）。 3.管子的分程（每程管数大致相等，四程有平行和工字形两种）,（一）管程结构,二、列管式换热器的结构,常用管心距,47/31,（2）正方形直列,（3）正方形错列,48/31,（二）壳程结构,1.壳体（400mm用钢板卷焊。壳程进口常设防冲板或缓冲板。进出口亦有设置导流筒） 壳体直径的计算 （ 为横过管束中心线上的管数， 为管中心距） （ 为管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离）,正方形,三角形,换热器壳径的标准尺寸,2.折流挡板（改变流向，支撑管子，提高壳程流体 。有单缺口、双缺口、三缺口折流板，盘与环折流板等，切去量为10%40%，一般取20%25
13、%）,挡板切口高度及板间距的影响,51/31,3.其它部件,进口接管及防冲板布置,52/31,（1）确定流体进入的空间 （2）确定流体进出换热器两端的温度，选择列管式换热器型式 （3）计算流体的定性温度，以确定流体的物性数据 （4）计算热负荷 （5）计算平均温差，并根据温差校正系数不应小于0.8的原则，决定壳程数 （6）选定总传热系数值 （7）由传热速率方程初步计算出换热器的传热面积，并确定换热器的基本尺寸（ 及排列方式），或按标准系列选定设备规格。,三、列管式换热器的设计计算,（一）列管式换热器的设计计算步骤,1.试算并初选换热器的规格,53/31,2.核算总传热系数,（1）计算管程、壳程的对流传热系数 （2）确定污垢热阻 （3）计算总传热系数 （4）比较 ，若 则初选设备合格，否则需另设 ，重复以上计算步骤。,（二）传热计算的主要公式（略）,返回,
