化工原理课程设计-换热器设计任务书

题目一：用水冷却煤油产品的列管式换热器设计任务书《处理量为XXX吨/年XXXXXXXX的工艺设计》设计任务书一、设计名称用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计二、设计条件使煤油从140℃冷却到40℃,压力1bar,冷却剂为水，水压力为3bar，处理量为10t/h,进口温度20℃，出口温度40℃三、设计任务1合理的参数选择和结构设计2传热计算和压降计算：设计计算和校核计算四、设计说明书内容1传热面积2管程设计包括：总管数、程数、管程总体阻力校核3壳体直径4结构设计包括壁厚5主要进出口管径的确定包括：冷热流体的进出口管6流程图（以图的形式，并给出各部分尺寸）及结构尺寸汇总（以表的形式）7评价之8参考文献一、设计的目的通过对煤油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。总之，通过设计达到让学生自己动手进行设计的实践，获取从事工程技术工作的能力。二、设计的指导思想1结构设计应满足工艺要求2结构简单合理，操作调节方便，运行安全可靠3设计符合现行国家标准等4安装、维修方便三、设计要求1计算正确，分析认证充分，准确2条理清晰，文字流畅，语言简炼，字迹工整3图纸要求，图纸、尺寸标准，图框，图签字规范4独立完成四、设计课题工程背景在石油化工生产过程中，常常需要将各种石油产品（如汽油、煤油、柴油等）进行冷却，本设计以某厂冷却煤油产品为例，让学生熟悉列管式换热器的设计过程。五、参考文献1化工过程及设备设计，华南工学院，19862传热设备及工业炉，化学工程手册第8篇，19873化工设备设计手册编写组.金属设备，19754尾范英郎（日）等，徐忠权译，热交换设计物册，19815谭天恩等.化工原理(上、下册)化学工业出版社.六、设计思考题1设计列管式换热器时，通常都应选用标准型号的换热器，为什么？2为什么在化工厂使用列管式换热最广泛？3在列管式换热器中，壳程有挡板和没有挡板时，其对流传热系数的计算方法有何不同？4说明列管式换热器的选型计算步骤？5在换热过程中，冷却剂的进出口温度是按什么原则确定的？6说明常用换热管的标准规格（批管径和管长）。7列管式换热器中，两流体的流动方向是如何确定的？比较其优缺点？七、部分设计问题引导1列管式换热器基本型式的选择2冷却剂的进出口温度的确定原则3流体流向的选择4流体流速的选择5管子的规格及排列方法6管程数和壳程数的确定7挡板的型式八、设计答辩指导1列管式换热器的型号，可查找化工过程及设备及换热器等书籍。2换热器强度设计可找化机同学或老师了解，并参照金属设备等资料3绘图可找制图老师了解，并参考机械制图，化工制图及制图标准等。计算示例某生产过程中，需将6000kg/h的油从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30℃，出口温度为40℃。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。1．确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃冷流体(循环水)进口温度30℃，出口温度40℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。（2）流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/ｓ。2．确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为(℃)管程流体的定性温度为(℃)根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。油在90℃下的有关物性数据如下：密度ρo=825kg/m3定压比热容cpo=2.22kJ/(kg·℃)导热系数λo=0.140W/(m·℃)粘度μo=0.000715Pa·s循环冷却水在35℃下的物性数据：密度ρi=994kg/m3定压比热容cpi=4.08kJ/(kg·℃)导热系数λi=0.626W/(m·℃)粘度μi=0.000725Pa·s3．计算总传热系数（1）热流量Qo=WocpoΔto=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW)（2）平均传热温差(℃)（3）冷却水用量(kg/h)（4）总传热系数K管程传热系数W/(m·℃)壳程传热系数假设壳程的传热系数αo=290W/(m2·℃)；污垢热阻Rsi=0.000344m2·℃/W,Rso=0.000172m2·℃/W管壁的导热系数λ=45W/(m·℃)=219.5W/(m·℃)4．计算传热面积(m2)考虑15％的面积裕度，S=1.15×S′=1.15×42.8=49.2(m2)。5．工艺结构尺寸（1）管径和管内流速选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s。（2）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按单程管计算，所需的传热管长度为(m)按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，则该换热器管程数为(管程)传热管总根数N=58×2=116(根)（3）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数题目二正戊烷冷凝器设计设计任务1.正戊烷、冷凝温度为51.7℃，冷凝液于饱和液体下离开冷凝器；2.冷却介质，地下水，流量为7000kg/h，入口温度：20℃；3.允许压强降，不大于105Pa；4.每年按300天计；每天24h连续运转。1．设计题目正戊烷冷凝器的设计。设计课题工程背景：炼油厂精馏塔塔顶冷凝器蒸汽主要是正戊烷，以此为原料设计一正戊烷冷凝器。2．设计任务及操作条件（1）处理量(2.0,2.2,2.5,2.8)×104吨/年（2）正戊烷冷凝温度为51.7℃，冷凝液于饱和液体下离开冷凝器；（3）冷却介质，地下水，流量为7000kg/h，入口温度：20℃、25℃、30℃；（4）允许压强降：不大于105Pa（5）每年按330天计，每天24小时连续运行（6）设备型式立式列管冷凝器（7）设计项目①设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述；②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积；③选择合适的立式列管冷凝器并进行较核计算；④对冷凝器的附件进行设计，包括结构设计；⑤绘制换热器总装配图。（8）设计要求①说明书采用统一封面和纸张；②方案和流程的选择要阐明理由；③设计过程思路清晰，内容完全；④设计、计算中所采用的公式、数据、图表等注明出处，有些需说明理由；⑤一律用钢笔填写，要排列整齐，字体端正，书面整洁；⑥计算过程均应写出；⑦设备图以制图要求为准；⑧集中做设计，独立完成。3．设计说明书的内容（1）课程名称、首页、目录及页码；（2）前言；（3）简述设计内容，自己设计的特点，引用的标准等；（4）热量衡算及初步估算换热面积；（5）冷凝器的选型及流动空间的选择；（6）工艺流程图；（7）冷凝器的校核计算；（8）结构及附件设计计算；（9）冷凝器的主要数据一览表；（10）设计结果评价；（11）附立式列管冷凝器总装图。4．设计图要求附工艺流程图及冷凝器装配图一张。5．设计思考题（1）冷却水出口温度如何确定?（2）流体流动空间的选择原则是什么?（3）在K计算公式中,各项含义是什么，在不同情况下说明提高K值的途径及采取的措施?（4）管壳式换热器中，采用多管程的目的是什么？在壳程加挡板的目的又是什么？（5）在什么情况下，固定板换热器要设计膨胀节？（6）列管式冷凝器的蒸汽入口处是否需设计缓冲挡板？（7）列管式冷凝器的换热管的排列方式有几种，如何选用？（8）立式列管式冷凝器是否要设计支座，选用什么标准确定支座的尺寸？（9）列管式冷凝器的接管的设计依据是什么？（10）如何判断你所设计的换热器性能及经济上的适用性的优劣？6.部分设计问题指导(1)自定冷却水的出口温度，并由热量衡算确定其用量。(2)估计K值大小，应首先估计对流传热系数较小一侧的对流传热系数。(3)设计换热设备既要考虑操作费用，又要考虑设备费用，也就是既要使阻力降不能太高，也不能使传热面积较大，使管程的冷却水有一个合适的流速。7.设计答辩指导（1）弄清整个设计过程脉络，关键步骤；（2）基本概念正确，各计算方法有依据，准确；（3）选型的依据，选择管程、壳程流体，流向或某一值的考虑；（4）如何改进设计？有何可修改的地方？如何修改？（5）分析、评判所做设计是否可操作，经济性如何？（6）图面布置是否符合制图标准？（7）各部分结构在图上是否正确体现？（8）设计说明是否清晰，文字有何错误？题目三乙醇—水精馏塔顶产品冷凝器的设计任务书1.产品浓度含乙醇95%2.操作压力常压3.冷却介质水（P为0.3MPa，进口温度30℃，出口温度40℃）其他略设计课题工程背景：采用薯类与谷类原料进行发酵。发酵法制乙醇是一个很复杂的生化过程，发酵在密封的发酵罐中进行产生的CO2的纯度达99~99.5%以上，其余为气态杂质，组分(以CO2质量为基准)为：乙醇0.4~0.8%，脂类0.03~0.4%，酸类0.08~0.09%。成熟发酵醪中的乙醇必须经过初馏、精馏和除杂才能得到合格的乙醇。本课程设计即为粗乙醇（初馏塔出来的乙醇-水溶液），在进行精馏获得合格产品的过程中，精馏塔顶冷凝器的设计。发酵法制乙醇的工艺也可以参考有关书籍或文献资料。设计的目的：通过对乙醇-水系统精馏塔顶产品全凝器的设计，使学生了解和掌握化工单元操作设备设计的步骤、方法及基本技能，熟悉文献资料及物性参数的查阅和收集方法，懂得如何论证优化设计方案，合理科学地应用公式及数据。在设计中提高学生的分析能力和解决问题的能力。2．设计任务及操作条件（1）处理量?(5,?6，7，8)×104吨/年（2）产品浓度含乙醇95%（3）冷却介质：P为0.3MPa，入口温度30℃，出口温度40℃（4）操作压力常压（5）允许压强降：不大于105Pa（6）每年按330天计，每天24小时连续运行（7）设计项目①设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。③换热器的主要结构尺寸设计。④主要辅助设备选型。⑤绘制换热器总装配图。3．设计说明书的内容（1）目录；（2）设计题目及原始数据(任务书)；（3）论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择；（4）换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等)；（5）设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)；（6）主体设备设计计算及说明；（7）主要零件的强度计算（选做）；（8）附属设备的选择（选做）；（9）参考文献；（10）后记及其它。4．设计图要求附工艺流程图及冷凝器装配图一张。5．设计思考题（1）换热器及工作原理？（2）影响传热的主要因素有哪些？（3）何为冷凝器，冷凝器的主要型式及结构？（4）选择走管程或壳程的介质应考虑什么原则？（5）循环冷却水的进出口温度确定原则？（6）设计冷凝器的主要步骤。（7）对冷凝器的设计你进行了那些优化？6.部分设计问题指导???学生在接受设计任务后，首先应明确设计的步骤，方向，如何查阅有关数据和收集资料，并确定设计方案。本设计应在以下几个方面的加以指导：(1)物性数据的查阅在设计中涉及到水，乙醇等的多种物理参数，如密度，粘度，热容，汽化潜热，导热系数等等，如何正确的查阅数据是化工技术人员的基本功，因此在这方面应加以指导。(2)经验公式的正确应用在设计中要用到某些经验公式，如果选择不当的则会使设计发生误差。如壳程换热系数计算时，如果采用单管公式显然不对。因为工业换热器的气体冷凝比单管要复杂的多，从上排管外流下的冷凝液在下排管会产生一定的撞击和飞溅，从而使下一排管外的冷凝膜并不像单管叠加时那么厚，同时附加的扰动又会加速传热，在缺乏可靠数据可采用经验公式估算。(3)初选冷凝器根据计算的出的传热面积AO，从国家颁布的换热器标准系列中初选冷凝器，既不能选得太大浪费，又要满足传热需要。此外，标准设备的管数与计算值不一