兰州交通大学化工原理课程设计讲解

兰州交通大学化工学院化工原理课程设计1化工原理课程设计题目：年产1.5万吨苯冷却器工艺设计学院化学与生物工程学院专业应用化学班级应用化学1102班姓名学号年月日兰州交通大学化工学院化工原理课程设计目录换热器设计任务书..................................错误!未定义书签。一.设计题目.........................................错误!未定义书签。二.设计条件.........................................错误!未定义书签。三.换热器的介绍错误!未定义书签。四.确定设计方案.....................................错误!未定义书签。五.估算传热面积.....................................错误!未定义书签。1.传热量........................................错误!未定义书签。2.冷却水用量.....................................错误!未定义书签。3.平均传热温差..................................错误!未定义书签。4.传热面积.......................................错误!未定义书签。六.工艺结构尺寸.....................................错误!未定义书签。1.管径及管内流速................................错误!未定义书签。2.管程数及传热管数..............................错误!未定义书签。3.传热温度校正...................................错误!未定义书签。4.传热管排列.....................................错误!未定义书签。5.折流板.........................................错误!未定义书签。6.接管...........................................错误!未定义书签。七.传热器校核.......................................错误!未定义书签。1.传热面积校核..................................错误!未定义书签。2.壁温校核.......................................错误!未定义书签。3.压力校核......................................错误!未定义书签。八.结构设计.........................................错误!未定义书签。1.管子的设计.....................................错误!未定义书签。2.管板的设计.....................................错误!未定义书签。3.折流板设计.....................................错误!未定义书签。4.壳体设计......................................错误!未定义书签。5.壳程接管程设计.................................错误!未定义书签。兰州交通大学化工学院化工原理课程设计6.封头设计......................................错误!未定义书签。兰州交通大学化工学院化工原理课程设计7.支座设计.......................................错误!未定义书签。九.符号说明.........................................错误!未定义书签。十.参考文献.........................................错误!未定义书签。兰州交通大学化工学院化工原理课程设计第5页共30页化工原理课程设计任务书（2班）一、设计题目：苯冷却器的工艺设计二、设计条件1．生产能力1.5万t/a粗苯2．设备形式：非标准系列列管换热器3．操作压力：常压4．苯的进出口温度：进口80℃，出口35℃5．换热器热损失为热流体热负荷的3.5％6．每年按330天计，每天24小时连续生产7．建厂地址：兰州地区8．要求管程和壳程的阻力都不大于104Pa三、设计步骤及要求1.确定设计方案1)选择列管换热器的类型2)选择冷却剂的类型和进出口温度3)查阅介质的物性数据4)选择冷热流体流动的空间及流速5)选择列管换热器换热管的规格6)换热管排列方式7)换热管和管板的连接方式8)选择列管换热器折流挡板的形式9)材质的选择2.初步估算换热器的传热面积S3.结构尺寸的计算1)确定管程数和换热管根数及管长2)平均温差的校核3)确定壳程数4)确定折流挡板、隔板规格和数量5)确定壳体和各管口的内径并圆整兰州交通大学化工学院化工原理课程设计第6页共30页4.校核1)核算换热器的传热面积，要求设计裕度不小于10%，不大于20%2)核算管程和壳程的流体阻力损失3)管长和管径之比为6—10如果不符合上述要求重新进行以上计算5.附属结构如封头、管箱、分程隔板、缓冲板、拉杆和定距管、人孔或手孔、法兰、补强圈等的选型6.将计算结果列表（见下表）四、设计成果1.设计说明书（A4纸）四．内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录五．格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印2.换热器工艺条件图（2号图纸）（手绘）五、时间安排1)第十九周——第二十二周2)第二十二周的星期五（7月25日）下午两点本人亲自到指定地点交设计成果，最迟不得晚于星期五的十八点钟六、设计考核1)设计是否独立完成2)设计说明书的编写是否规范3)工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范4)答辩七、参考资料1.《化工原理课程设计》贾绍义柴诚敬天津科学技术出版社2.《换热器设计手册》化学工业出版社3.《化工原理》夏清天津科学技术出版社兰州交通大学化工学院化工原理课程设计第7页共30页换热器主要工艺结构尺寸和计算结果一览表化工原理课程设计报告一设计题目：年产1.5万吨苯冷凝器的工艺设计二设计条件1.设计任务:设计一冷凝器，冷凝液体苯(1).处理能力:1.5×104t/a。(2).冷却剂：自来水，进口温度t1=25.℃出口温度t2=35℃参数管程壳程操作条件物料名称流量（㎏/h）操作温度（℃）操作压力（MPa）物性参数定性温度（℃）密度（㎏/m3）定压比热（kJ/㎏·℃）粘度（mPa·s）导热系数（w/m·℃）主要工艺性能参数流速（m/s）对流传热系数（w/m2·℃）污垢热阻（m2·℃/w）阻力损失（MPa）热负荷（w）传热总系数（w/m2·℃）传热平均温差（℃）传热面积（㎡）设计裕度（%）设备结构参数换热器的型式材质程数换热管规格（mm）直径（mm）长度（m）折流挡板型式数目（个）数目排列方式间距（mm）管心距（mm）兰州交通大学化工学院化工原理课程设计第8页共30页2.操作条件：（1）生产方式：连续操作;（2）生产时间：每年以330天计算，每天24小时;（3）冷凝器操作压力为常压，管程和壳程的阻力都不大于104Pa.3.换热器的介绍一、概述目前板式换热器产品达到了一个成熟阶段,凭借其高效、节能、环保的优势,在各行业领域中被频繁使用,并被用以替换原有管壳式和翅片式换热器,取得了很好的效果。两流体温度变化情况：热流体进口温度80℃，出口温度35℃；冷流体进口温度25℃，出口温度35℃，该换热器使用循环冷却水冷却，壳体壁温与管子壁温之差不是太大，操作压力不是太大，综合冷热流体的性质，初步选择固定管板式换热器。二、板式换热器的优点(1)换热效率高,热损失小(2)占地面积小重量轻(3)污垢系数低(4)检修、清洗方便(5)产品适用面广三、板式换热器的类型及工作原理1.板式换热器按照组装方式可以分为可拆式、焊接式、钎焊式等形式;按照换热板片的波纹可以分为人字波、平直波、球形波等形式;按照密封垫可以分为粘结式和搭扣式。各种形式进行组合可以满足不同的工况需求,在使用中更有针对性。比如同样是人字形波纹的板片还因采用粘结式还是搭扣式密封垫而有所不同,采用搭扣式密封垫可以有效的避免胶水中可能含有的氯离子对板片的腐蚀,并且设备拆装更加方便。又如焊接式板式换热器的耐温耐压明显好于可拆式板式换热器,可以达到250℃、2.5MPa。因此同样是板式换热器,因其形式的多样性,可以应用于较为广泛的领域,在大多数热交换工艺过程都可以使用。虽然板式换热器有多种形式,但其工作原理大致相同。板式换热器主要是通过外力将换热板片夹紧组装在一起,介质通过换热板片上的通孔在板片表面兰州交通大学化工学院化工原理课程设计第9页共30页进行流动,在板片波纹的作用下形成激烈的流,犹如用筷子搅动杯中的热水,加大了换热的面积。冷热介质分别在换热板片的两侧流动,湍流形成的大量换热面与板片接触,通过板片来进行充分的热传递,达到最终的换热效果。冷热介质的隔离主要通过密封垫的分割,或者通过大量的焊缝来保证,在换热板片不开裂穿孔的情况下,冷热介质不会发生混淆。2.流程安排从两流体的操作压力及传热的角度考虑，苯走壳程有利于与空气散热，加强传热效果，同时循环水走管程有利于污垢的清除，但苯属于危险化学品，有毒，遵循化工生产安全第一的原则，选择苯走管程，水走壳程。3.接管流体流速选择管程流体苯的接管流速初选0.8m∕s,壳程流体水的接管流速初选为1m∕s。4.换热管的选择及排列方式选择φ25×2.5的碳钢传热管，选择正方形排列，这样有利于污垢的清除。四、换热设备◆定义使传热过程得以实现的设备称之为换热设备。◆按用途分类冷却器冷凝器加热器换热器再沸器蒸气发生器废热(或余热)锅炉◆按换热方式分类直接接触式换热器蓄热式换热器间壁式换热器◆换热器的基本要求●热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。●换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，密封性好，清洗、检修方便，流体阻力小。●价格便宜，维护容易，使用时间长。◆换热器选型应考虑的因素●流体的性质。●换热介质的流量、操作温度、压力。◆管壳式换热器1、管壳式换热器的类型（1）固定管板式换热器兰州交通大学化工学院化工原理课程设计第10页共30页1—封头；2—法兰；3—排气口；4—壳体；5—换热管；6—波形膨胀节；7—折流板（或支持板）；8—防冲板；9—壳程接管；10—管板；11—管程接管；12—隔板；13—封头；14—管箱；15—排液口；16—定距管；17—拉杆；18—支座；19—垫片；20、21—螺栓、螺母（2）浮头式换热器1—防冲板；2—折流板；3—浮头管板；4—钩圈；5—支耳浮头结构示意图浮头式重沸器1—偏心锥壳；2—堰板；3—液面计接口（3）U形管式换热器U形管式换热器1—中间挡板；2—U形换热管；3—排气口；4—防冲板；5—分程隔板填料函式换热器兰州交通大学化工学院化工原理课程设计第11页共30页（4）填料函式换热器1—纵向隔板；2—浮动管板；3—活套法兰；4—部分剪切环；5—填料压盖；6—填料；7—填料函2、管壳式换热器的结构◆管壳式换热器流体的流程一种流体走管内、称为管程，另一种流体走管外、称为壳程。管内流体从换热管一端流向另一端一次，称为一程；对U形管换热器，管内流体从换热管一端经过U形弯曲段流向另一端一次，称为两程.3、换热管及其在管板上的排列换热管在管板上的排列形式有正三角形、转角正三角形、正方形和转角正方形等（1）换热管的排列形式◆管板和管子的连接管板和管子的连接方式有胀接和焊接，对于高温高压下常采用胀、焊并用的方式。●胀接胀接适用于换热管为碳钢，管板为碳钢或低合