換熱器課程設(shè)計(jì)--冷卻異丙苯換熱器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　題 目 冷卻異丙苯換熱器的設(shè)計(jì) </p><p>　　課 程 名 稱 化工原理課程設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè) 制藥工程 </p><p>　　班 級(jí) xx制藥xx班

2、 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 xxx </p><p>　　學(xué) 號(hào) xxxx </p><p>　　設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn) xxx </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 x

3、xx </p><p>　　設(shè)計(jì)起止時(shí)間： 2018 年8月27日至 2018 年 9 月14日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1</b></p><p>　　一、 設(shè)計(jì)條件1</p><p

4、>　　二、設(shè)計(jì)說(shuō)明書的內(nèi)容1</p><p><b>　　1.前言3</b></p><p>　　2.設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.1換熱器的選擇5</p><p>　　2.2流程的選擇5</p><p><b>　　2.3物性數(shù)據(jù)5</b><

5、;/p><p><b>　　3.工藝計(jì)算6</b></p><p>　　3.1試算及換熱器選型6</p><p>　　3.1.1計(jì)算傳熱量6</p><p>　　3.1.3計(jì)算兩流體的平均傳熱溫度6</p><p>　　3.1.4計(jì)算P、R值7</p><p>　　3

6、.1.5假設(shè)K值7</p><p>　　3.1.6估算面積8</p><p>　　3.1.7管徑、管內(nèi)流速8</p><p>　　3.1.8單程管數(shù)9</p><p>　　3.1.9總管數(shù)9</p><p>　　3.1.10管子的排列9</p><p>　　3.1.11折流板9&l

7、t;/p><p>　　3.2核算傳熱系數(shù)10</p><p>　　3.2.1管程傳熱系數(shù)10</p><p>　　3.2.2殼程傳熱系數(shù)10</p><p>　　3.2.3污垢熱阻11</p><p>　　3.2.4總傳熱系數(shù)11</p><p>　　3.2.5計(jì)算傳熱面積11</

8、p><p>　　3 .2.6實(shí)際傳熱面積11</p><p>　　3.3壓降計(jì)算12</p><p><b>　　1.管程壓降12</b></p><p><b>　　2.殼程壓降12</b></p><p>　　3.4核算壁溫12</p><p&g

9、t;<b>　　3.5附件13</b></p><p>　　3.5.1接管13</p><p>　　3.5.2拉桿13</p><p>　　4.換熱器結(jié)果一覽總表14</p><p><b>　　5.附圖15</b></p><p>　　5.1符號(hào)表含義及單位15

10、</p><p>　　5.2管子排列方式18</p><p>　　5.3換熱器裝置圖19</p><p>　　6.參考文獻(xiàn)：19</p><p>　　7.設(shè)計(jì)結(jié)果概要及致謝20</p><p><b>　　7.1結(jié)果20</b></p><p><b>

11、　　7.2致謝21</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 冷卻異丙苯換熱器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、 設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　1、處理能力： 87萬(wàn)噸/年</p><p>　

12、　2、設(shè)備型式： 自選</p><p><b>　　3、操作條件：</b></p><p>　　異丙苯：入口溫度120℃，出口溫度為（學(xué)號(hào)末兩位+40）℃，操作壓力0.3MPa（絕）</p><p>　　冷卻介質(zhì)：自來(lái)水，操作壓力0.4MPa（絕）</p><p>　　允許壓強(qiáng)降：不大于1×105Pa<

13、/p><p>　　每年按300天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行</p><p><b>　　4. 設(shè)計(jì)項(xiàng)目</b></p><p>　　設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。</p><p>　　換熱器的工藝計(jì)算：確定換熱器的傳熱面積。</p><p>　　換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。&l

14、t;/p><p><b>　　主要輔助設(shè)備選型。</b></p><p>　　繪制換熱器總裝配圖。</p><p>　　二、設(shè)計(jì)說(shuō)明書的內(nèi)容</p><p><b>　　1、目錄；</b></p><p>　　2、設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)(任務(wù)書)；</p><p&

15、gt;　　3、論述換熱器總體結(jié)構(gòu)(換熱器型式、主要結(jié)構(gòu))的選擇；</p><p>　　4、換熱器加熱過(guò)程有關(guān)計(jì)算(物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號(hào)、殼體直徑等)；</p><p>　　5、設(shè)計(jì)結(jié)果概要(主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等)；</p><p>　　6、主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明；</p><p><b>　　1.前言<

16、/b></p><p>　　在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡(jiǎn)稱為換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。35％～40％。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世?！　‰S著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位

17、和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。 </p><p>　　換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型的工藝設(shè)備。在化工廠，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的10%～20%，在煉油廠約占總費(fèi)用35%～40%。換熱器在其他部門如動(dòng)力、原子能、冶金、食品、交通、環(huán)保、家電等也有著廣泛的應(yīng)用。因此

18、，設(shè)計(jì)和選擇得到使用、高效的換熱器對(duì)降低設(shè)備的造價(jià)和操作費(fèi)用具有十分重要的作用。</p><p>　　換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過(guò)熱器等。 換熱器按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，按照傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為管殼式換熱器、板面式換熱器和擴(kuò)展表面式換熱器。</p><p>　　換熱器類型很多

19、，性能各異，從早期發(fā)展起來(lái)的列管式換熱器到今年來(lái)不斷出現(xiàn)的新型高效換熱設(shè)備，各具特點(diǎn)。進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)，首先是根據(jù)工業(yè)要求選用適當(dāng)?shù)膿Q熱器類型，同時(shí)計(jì)算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的傳熱面積，并確定換熱器的工藝尺寸。</p><p>　　換熱器的類型雖然很多，但計(jì)算傳熱面積所依據(jù)的傳熱基本原理相同，不同之處僅在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)采用不同的計(jì)算方法而已。</p><p>　　列管式換熱器是目前

20、應(yīng)用最廣泛的一種換熱設(shè)備，設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)比較完善，目前在許多國(guó)家已有系列化標(biāo)準(zhǔn)。列管式換熱器在換熱效率、緊湊型和金屬消耗量等方面不及其他新型的換熱器，但由于它有結(jié)構(gòu)牢固、適應(yīng)性大、材料范圍廣等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而在各種換熱器的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展中仍占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫度差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)分，主要有固定板式換熱器、浮頭式換熱器、填料函式換熱器和U形管式換熱器。對(duì)于列管式換熱器

21、，一般要根據(jù)換熱器流體的腐蝕性及其他特性來(lái)選擇結(jié)構(gòu)與材料，根據(jù)材料的加工性能、流體的壓力和溫度、換熱管程與殼程的溫度差、換熱器的熱負(fù)荷、檢修清洗的要求等因素決定采用哪一類型的列管式換熱器。確定列管式換熱器以后，對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行總結(jié)說(shuō)明。</p><p>　　由于設(shè)計(jì)者水平有限，方案中難免有不妥和錯(cuò)誤之處，希望老師給予指正。</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介</b

22、></p><p><b>　　2.1換熱器的選擇</b></p><p>　　在水冷卻異丙苯換熱器設(shè)計(jì)中，由于水和異丙苯的溫差較大和便于清洗殼程污垢，采用浮頭式列管式換熱器為宜。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)為：管束可以拉出，便于清洗；管束的膨脹不受殼體的約束，因而當(dāng)兩種換熱流體的溫差相差較大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。</p><

23、;p><b>　　2.2流程的選擇</b></p><p>　　在列管換熱器中，哪一種流體流經(jīng)管程，哪一種流經(jīng)殼程，關(guān)系到設(shè)備的使用是否合理?？紤]到冷卻水常用江河水或井水，比較臟，硬度較高，受熱后容易結(jié)垢，在管內(nèi)流體易于維持高速，可避免懸浮顆粒沉積。所以冷卻水應(yīng)該走管程。異丙苯冷物料一般走殼程，便于散熱。</p><p><b>　　2.3物性數(shù)據(jù)&l

24、t;/b></p><p>　　a．定性溫度：可取流體進(jìn)出口的平均值</p><p>　　殼程間異丙苯定性溫度為： （℃）</p><p>　　管程冷卻水定性溫度為： （℃） </p><p>　　b.根據(jù)定性溫度分別取殼程和管程流體的有關(guān)物性參數(shù)。</p><p>　?、佼惐皆?6℃的有關(guān)物性參數(shù)如下：<

25、;/p><p>　　密度 </p><p>　　定壓比熱容 </p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù) </p><p>　　粘度 </p><p>　?、诶鋮s水在25℃下相關(guān)悟性參數(shù)：</p>&

26、lt;p>　　密度 </p><p>　　定壓比熱容 </p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù) </p><p>　　粘度 </p><p><b>　　3.工藝計(jì)算</b></p><

27、;p>　　3.1試算及換熱器選型</p><p>　　3.1.1計(jì)算傳熱量</p><p>　　3.1.2計(jì)算冷卻水流量</p><p>　　3.1.3計(jì)算兩流體的平均傳熱溫度</p><p>　　異丙苯 120℃ → 72℃</p><p>　　冷卻水 20℃ → 30℃&l

28、t;/p><p>　　溫差 100℃ 42℃</p><p>　　在這里我選取逆流的方式，</p><p><b>　　則</b></p><p>　　3.1.4計(jì)算P、R值</p><p><b>　　平均傳熱溫度矯正</b></p>

29、<p><b>　　3.1.5假設(shè)K值</b></p><p>　　由異丙苯走殼程，冷卻水走管程且異丙苯μ=0.5～1mPa·s為中有機(jī)物，查K值大致</p><p>　　范圍表，取K=500。</p><p><b>　　3.1.6估算面積</b></p><p>　　3.1.

30、7管徑、管內(nèi)流速</p><p>　　管徑選擇：選用傳熱管（碳鋼）</p><p>　　估算管內(nèi)流速：取管內(nèi)流速</p><p><b>　　3.1.8單程管數(shù)</b></p><p><b>　　單程管數(shù)</b></p><p><b>　　3.1.9總管數(shù)<

31、;/b></p><p><b>　　管長(zhǎng)：</b></p><p>　　確定管程 按單程設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1.10管子的排列</p><p>　　確定管子排列方法：采用正三角形排列</p><p><b>　　管心距： </b></p>

32、<p><b>　　穿過(guò)中心線管數(shù)： </b></p><p><b>　　殼體內(nèi)徑： </b></p><p>　　則 在6～10之內(nèi)，符合要求。</p><p><b>　　3.1.11折流板</b></p><p><b>　　折流板高度：<

33、/b></p><p><b>　　折流板間距：</b></p><p><b>　　板數(shù)：</b></p><p>　　3.2核算傳熱系數(shù) </p><p>　　3.2.1管程傳熱系數(shù)</p><p>　　流通截面積 </p><p&g

34、t;　　流速 </p><p>　　雷諾系數(shù) </p><p>　　普朗特?cái)?shù) </p><p>　　傳熱系數(shù) </p><p>　　3.2.2殼程傳熱系數(shù)</p><p><b>　　當(dāng)量直徑： </b></p>&

35、lt;p><b>　　流通截面積 ： </b></p><p>　　流速： </p><p><b>　　雷諾系數(shù)： </b></p><p>　　傳熱系數(shù)： </p><p>　　普朗特?cái)?shù)： </p><p><b>

36、;　　3.2.3污垢熱阻</b></p><p>　　管程 水污垢熱阻 </p><p>　　殼程 異丙苯污垢熱阻 </p><p>　　3.2.4總傳熱系數(shù)</p><p>　　3.2.5計(jì)算傳熱面積</p><p>　　3 .2.6實(shí)際傳熱面積</p><p&

37、gt;　　則在1.15--1.25的范圍之內(nèi)</p><p><b>　　3.3壓降計(jì)算</b></p><p><b>　　1.管程壓降</b></p><p><b>　　對(duì)的管子有</b></p><p><b>　　2.殼程壓降</b></p

38、><p><b>　　3.4核算壁溫</b></p><p>　　殼體平均溫度壁溫與傳熱管平均壁溫之差：96-46.42=49.58</p><p><b>　　3.5附件</b></p><p><b>　　3.5.1接管</b></p><p>　　a.

39、殼程流體進(jìn)出口接管</p><p><b>　　異丙苯流速</b></p><p><b>　　內(nèi)徑</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　b.管程流體進(jìn)出口接管</p><p><b>　　水流速</b&g

40、t;</p><p><b>　　內(nèi)徑</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　3.5.2拉桿</b></p><p><b>　　殼體直徑</b></p><p>　　查上表可得：拉桿直徑

41、最少拉桿數(shù) 6</p><p>　　4.換熱器結(jié)果一覽總表</p><p><b>　　5.附圖</b></p><p>　　5.1符號(hào)表含義及單位</p><p><b>　　5.2管子排列方式</b></p><p><b>　　5.3換熱器裝置圖</b&

42、gt;</p><p><b>　　6.參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1.任曉光，《化工原理課程設(shè)計(jì)及指導(dǎo)》，天津大學(xué)出版社2009年1月</p><p>　　2.王志祥，《制藥化工原理》，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年5月</p><p>　　3.馬江權(quán)，冷一欣《化工原理課程設(shè)計(jì)（第二版）》，中國(guó)石化出版社201

43、1年1月</p><p>　　4.付家新，王衛(wèi)國(guó)《化工原理課程設(shè)計(jì)》化學(xué)工業(yè)出版社2010年11月</p><p>　　5.申迎華，郝小剛，《化工原理課程設(shè)計(jì)》化學(xué)工業(yè)出版社2009年5月</p><p>　　6.賈紹義，柴誠(chéng)敬，《化工原理課程設(shè)計(jì)（化學(xué)傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)）》，天津大學(xué)出版社，2008年5月</p><p>　　7.王許云

44、，王小紅，田景紅等《化工原理課程設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2012年7月</p><p>　　7.設(shè)計(jì)結(jié)果概要及致謝</p><p><b>　　7.1結(jié)果</b></p><p>　?。?）估算管內(nèi)流速，在范圍內(nèi)，符合要求。</p><p>　　（2）由計(jì)算得管長(zhǎng)，單程管長(zhǎng)，符合要求。</p><p&

45、gt;　?。?）換熱器的長(zhǎng)度與殼體直徑之比</p><p><b>　　（4）殼程流體流速</b></p><p>　?。?）傳熱溫差校正系數(shù)</p><p>　?。?），在1.10-1.25之間，符合要求。</p><p>　?。?）在1.15~1.25范圍之內(nèi)，符合要求。</p><p>　　

46、（8）管程壓降，符合要求。</p><p>　?。?）殼程壓降，符合要求。</p><p><b>　　7.2致謝</b></p><p>　　感謝校方給予我們這樣一次機(jī)會(huì)，能夠獨(dú)立地完成一個(gè)課程設(shè)計(jì)，并在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識(shí)、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，老師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求

47、實(shí)的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。本次課程設(shè)計(jì)，能夠?qū)W(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動(dòng)手應(yīng)用能力，提高了獨(dú)立思考的能力。 </p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)的撰寫中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次設(shè)計(jì)的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)