化工原理課程設(shè)計(jì)列管式換熱器

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：列管式換熱器的設(shè)計(jì) </p><p>　　班 級(jí)：生物工程專業(yè) </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間

2、：2013.06.17~2013.06.24 </p><p><b>　　食品科學(xué)與工程學(xué)院</b></p><p><b>　　二O一三年六月</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書&#

3、183;····································

4、·····························3</p><p>　　方案設(shè)計(jì)···

5、····································

6、3;························4</p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案·······&#

7、183;····································

8、·················4</p><p>　　確定物性數(shù)據(jù)··············

9、3;····································&#

10、183;·········4</p><p>　　工藝流程圖······················&

11、#183;····································

12、;····4</p><p>　　二、工藝過(guò)程設(shè)計(jì)計(jì)算···························

13、;·····························5</p><p>　　設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表··&#

14、183;····································

15、···················8</p><p>　　設(shè)計(jì)評(píng)述及問(wèn)題的討論············

16、····································

17、3;···9</p><p>　　主體設(shè)備設(shè)計(jì)圖（詳情參見(jiàn)圖紙）···························

18、;················10 </p><p>　　參考文獻(xiàn)···············

19、83;····································&

20、#183;···········10</p><p>　　主要符號(hào)說(shuō)明···················

21、3;····································&#

22、183;···10</p><p>　　附圖····························

23、83;····································&

24、#183;········</p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　一、化工原理課程設(shè)計(jì)的重要性</p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)是學(xué)生學(xué)完基礎(chǔ)課程以及化工原理課程以后，進(jìn)一步學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生綜合運(yùn)用化工原理

25、和相關(guān)先修課程的知識(shí)，聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，完成以單元操作為主的一次工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐。通過(guò)這一環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握單元操作設(shè)計(jì)的基本程序和方法，熟悉查閱技術(shù)資料、國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，正確選用公式和數(shù)據(jù)，運(yùn)用簡(jiǎn)潔文字和工程語(yǔ)言正確表述設(shè)計(jì)思想和結(jié)果；并在此過(guò)程中使學(xué)生養(yǎng)成尊重實(shí)際問(wèn)題向?qū)嵺`學(xué)習(xí)，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，逐步樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工作作風(fēng)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p&g

26、t;　　二、課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和程序</p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容有：</p><p>　　設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。</p><p>　　主要設(shè)備的工藝計(jì)算：物料衡算、能量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　輔助設(shè)備的選型：典型輔助設(shè)備主

27、要工藝尺寸的計(jì)算，設(shè)備規(guī)格型號(hào)的選定。</p><p>　　工藝流程圖：以單線圖的形式描繪，標(biāo)出主體設(shè)備與輔助設(shè)備的物料方向、物料流量、主要測(cè)量點(diǎn)。</p><p>　　主要設(shè)備的工藝條件圖：圖面應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表。</p><p>　　編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書：可按照以下幾步進(jìn)行：</p><p>　?、?課程設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作&

28、lt;/p><p>　　① 有關(guān)生產(chǎn)過(guò)程的資料；</p><p>　?、?設(shè)計(jì)所涉及物料的物性參數(shù)；</p><p>　　③ 在設(shè)計(jì)中所涉及工藝設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法；</p><p>　?、?設(shè)備設(shè)計(jì)的規(guī)范及實(shí)際參考圖等。</p><p><b>　?、?確定設(shè)計(jì)方案</b></p>

29、;<p><b>　?、?工藝設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　⒋ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?、?工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　?、?封面：課程設(shè)計(jì)題目、學(xué)生班級(jí)及姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間。</p><p><b>

30、;　?、?目錄</b></p><p><b>　　⑶ 設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　?、?概述與設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)介</p><p>　?、?設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表</p><p><b>　?、?工藝設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　?、?輔助設(shè)備的計(jì)算

31、及選型</p><p><b>　?、?設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表</b></p><p><b>　?、?設(shè)計(jì)評(píng)述</b></p><p>　　⑽ 工藝流程圖及設(shè)備工藝條件圖</p><p><b>　?、?參考資料</b></p><p><b>　　

32、⑿ 主要符號(hào)說(shuō)明</b></p><p>　　以上即為我們?cè)谡n程設(shè)計(jì)中所涉及的主要內(nèi)容。</p><p><b>　　一、方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　欲用井水將6000kg/h的煤油從140℃冷卻到40℃，冷水進(jìn)、出口溫度分別為20℃和40℃。若要求換熱器的管程和殼程的壓強(qiáng)降不大于35kPa，試設(shè)計(jì)一列管換熱器完成該生產(chǎn)任

33、務(wù)。定性溫度下油脂的物性參數(shù)列于附表中。</p><p><b>　　附 表</b></p><p><b>　　1．確定設(shè)計(jì)方案 </b></p><p>　　（1）選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：</p><p>　　熱流體進(jìn)口溫度1

34、40℃，出口溫度40℃。</p><p>　　冷流體進(jìn)口溫度20℃，出口溫度40℃。</p><p>　　從兩流體溫度來(lái)看，估計(jì)換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差很大，因此初步確定選用浮頭式列管換熱器，而且這種型式換熱器管束可以拉出，便于清洗；管束的膨脹不受殼體約束。</p><p>　?。?）流動(dòng)空間及流速的確定 </p><p>　　由于油脂

35、的粘度比水的大，井水硬度較高，受熱后易結(jié)垢，因此冷卻水走管程，油脂走殼程。另外，這樣的選擇可以使煤油通過(guò)殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時(shí)，在此選擇逆流。選用ф25×2.5mm的碳鋼管，管內(nèi)流速取=1.0m/ｓ。</p><p><b>　　2、確定物性數(shù)據(jù) </b></p><p>　　定性溫度：可取流體進(jìn)、出口溫度的平均值。 </p>

36、<p>　　殼程油脂的定性溫度為： T=(140+40)/2=90℃</p><p>　　管程冷卻井水的定性溫度為：t=(20+40)/2=30℃ </p><p>　　根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 </p><p>　　油脂在90℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： </p><p>　　密度　　 ρo=

37、825kg/m3</p><p>　　定壓比熱容　 cpo=2.22kJ/(kg·℃)</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)　　 λo=0.14W/(m·℃)</p><p>　　粘度　　 μo=0.000715 Pa·s</p><p><b>　　污垢熱阻</b></p>

38、<p>　　冷卻井水在30℃下的物性數(shù)據(jù)： </p><p>　　密度　　 ρi=995.7kg/m3</p><p>　　定壓比熱容　 cpi=4.174kJ/(kg·℃)</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)　　 λi=0.618W/(m·℃)</p><p>　　粘度　　　　 μi=0.000801 Pa&

39、#183;s</p><p><b>　　污垢熱阻</b></p><p><b>　　3．工藝流程圖</b></p><p>　　二、工藝過(guò)程設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　(1)熱負(fù)荷及冷卻介質(zhì)消耗量的計(jì)算</p><p>　　熱負(fù)荷 Q=WhCph(T1-T2)=600

40、02.22（140-40）/3600=</p><p>　　冷卻水的消耗量 Ws2===/h</p><p>　　計(jì)算平均溫度差Δtm，并確定管程數(shù)。</p><p>　　選取逆流流向，先按單殼程單管程考慮，計(jì)算出平均溫度差Δtm’：</p><p>　　Δtm’===49.7℃</p><p><b>　　

41、有關(guān)參數(shù)</b></p><p>　　R===5 ，P===0.17</p><p>　　根據(jù)R,P值，查《化工原理》手冊(cè)可讀得，溫度校正系數(shù)</p><p>　　Φw=0.95>0.8，可見(jiàn)用單殼程合適，因此平均溫度差Δtm=Δtm’×0.94=46.72℃</p><p>　　(3)按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值初選總傳熱系數(shù)Ko

42、（估），選取Ko（估）=320W/(m2.K)</p><p>　　(4)所需傳熱面積So'：</p><p>　　So'===24.75m2</p><p>　　（五）、主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　(1)換熱管規(guī)格及材質(zhì)的選定。選用Φ25mm×2.5mm鋼管。</p><p

43、>　　(2)換熱管數(shù)量及長(zhǎng)度的確定</p><p>　　單程管數(shù) n===12.8根</p><p><b>　　取n=13</b></p><p>　　管長(zhǎng) l’===24.2m </p><p>　　按商品管長(zhǎng)系列規(guī)格，取管長(zhǎng)L=6m，Np == 4 所以總管數(shù)n=52選用四管程。 取h=0

44、.128m ,折流板數(shù)量 NB==46</p><p>　　查化工課本可得相近浮頭式換熱器的主要參數(shù)：</p><p>　　每程管數(shù)==68/4=17，==0.00534與查得的0.0053很好符合。</p><p>　　==32.04，應(yīng)以為準(zhǔn)。</p><p>　　按正方形斜轉(zhuǎn)45度方式排列，時(shí)n最多等于36，應(yīng)按，取整。</p&

45、gt;<p><b>　　阻力損失計(jì)算</b></p><p><b>　　管程</b></p><p><b>　　流速，所以</b></p><p>　　摩擦系數(shù) 傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄圖得 W/(m.℃)</p><p><b>　　管程流動(dòng)阻力

46、</b></p><p>　　上式中：，,1.4，， </p><p>　　由Re=20959傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄圖得 W/(m.℃)，流速(m/s)， kg/m³，所以</p><p><b>　?。?5kPa</b></p><p><b>　?。?）殼程</b><

47、;/p><p>　　取折流板間距h=0.128m</p><p><b>　　計(jì)算截面積 </b></p><p><b>　　=m/s</b></p><p><b>　　Reo=</b></p><p><b>　　Reo＞500</b&

48、gt;</p><p><b>　　摩擦系數(shù) </b></p><p><b>　　折流擋板數(shù) </b></p><p><b>　　殼程阻力損失 </b></p><p><b>　　流經(jīng)管束的阻力</b></p><p>　　

49、，,m/s F=0.5</p><p><b>　　故（Pa） </b></p><p>　　流體流經(jīng)折流板口的阻力</p><p>　　上式中：h=0.128m,D=0.4 m</p><p><b>　　故 （Pa）</b></p><p><b>　　

50、總阻力（Pa）</b></p><p>　　總的阻力損失大于10KPa小于設(shè)計(jì)壓力35KPa，壓力降合適。</p><p><b>　　6、傳熱計(jì)算</b></p><p>　?。?）管程給熱系數(shù)。以上已算出Re=20959</p><p><b>　　計(jì)算Pr=</b></p&g

51、t;<p>　　（2）殼程=0.36RPr()</p><p>　　Reo=5192.3</p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>　　Pr=</b></p><p><b>　　粘度校正 ()≈1</b></p>&l

52、t;p>　　故 =0.36XX5192.3X11.34 =432.9W/(㎡.℃)</p><p><b>　　傳熱系數(shù),</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=W/(㎡.℃)</b></p><p><b>　　傳熱面積

53、A</b></p><p><b>　　A=（m）</b></p><p>　　與換熱器列出的面積A=31.6㎡比較，裕度,有近10.6%的裕度。從阻力損失和傳熱面積的核算看，原選的換熱器可以適用。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</b></p><p>　　設(shè)計(jì)評(píng)述及問(wèn)

54、題的討論</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用浮頭式列管換熱器，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。但設(shè)計(jì)的管程數(shù)為四，比起二管程、單管程，其流動(dòng)阻力加大，增加動(dòng)力費(fèi)用；同時(shí)多程會(huì)使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少。但四管程所需的管長(zhǎng)及筒體長(zhǎng)度較少，總的來(lái)說(shuō)節(jié)省了材料和容易安放。另外，冷卻劑選用井水，其來(lái)源廣、價(jià)格便宜，符合經(jīng)濟(jì)要求?？偟膩?lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)從工藝方面來(lái)說(shuō)比較合理，從經(jīng)濟(jì)方面來(lái)說(shuō)，只是所需動(dòng)力費(fèi)

55、較其他管程多點(diǎn)，其他的還算節(jié)省，所以是合理的。</p><p><b>　　五、主體設(shè)備設(shè)計(jì)圖</b></p><p><b>　　詳情請(qǐng)見(jiàn)圖紙。</b></p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《化工原理》，譚天恩 編，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

56、</p><p>　　《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，潘永亮 主編，科學(xué)出版社，2006.</p><p>　　《化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，任曉光等 編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　《化工原理課程設(shè)計(jì)》，賈紹義，柴誠(chéng)敬主編，天津大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　《生物工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)》，尹亮，黃儒強(qiáng) 編.</p>