化工原理課程設計-換熱器設計任務書

1、題目一：用水冷卻煤油產(chǎn)品的列管式換熱器設計任務書處理量為XXX噸/年XXXXXXXX的工藝設計設計任務書一、設計名稱 用水冷卻煤油產(chǎn)品的多程列管式換熱器設計二、設計條件 使煤油從140冷卻到40,壓力1bar ,冷卻劑為水，水壓力為3bar，處理量為10t/h,進口溫度20 ，出口溫度40 三、設計任務 1 合理的參數(shù)選擇和結構設計 2 傳熱計算和壓降計算：設計計算和校核計算四、設計說明書內容1 傳熱面積2 管程設計包括：總管數(shù)、程數(shù)、管程總體阻力校核3 殼體直徑4 結構設計包括壁厚5 主要進出口管徑的確定包括：冷熱流體的進出口管6流程圖（以圖的形式，并給出各部分尺寸）及結構 尺寸匯總（以表的

2、形式）7評價之8參考文獻一、設計的目的 通過對煤油產(chǎn)品冷卻的列管式換熱器設計，達到讓學生了解該換熱器的結構特點，并能根據(jù)工藝要求選擇適當?shù)念愋停瑫r還能根據(jù)傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計算傳熱面積以及計算流體阻力。 總之，通過設計達到讓學生自己動手進行設計的實踐，獲取從事工程技術工作的能力。二、設計的指導思想1 結構設計應滿足工藝要求2 結構簡單合理，操作調節(jié)方便，運行安全可靠3 設計符合現(xiàn)行國家標準等4 安裝、維修方便三、設計要求1 計算正確，分析認證充分，準確2 條理清晰，文字流暢，語言簡煉，字跡工整3 圖紙要求，圖紙、尺寸標準，圖框，圖簽字規(guī)范4 獨立完成四、設計課題

3、工程背景 在石油化工生產(chǎn)過程中，常常需要將各種石油產(chǎn)品（如汽油、煤油、柴油等）進行冷卻，本設計以某廠冷卻煤油產(chǎn)品為例，讓學生熟悉列管式換熱器的設計過程。五、參考文獻1 化工過程及設備設計，華南工學院，19862 傳熱設備及工業(yè)爐，化學工程手冊第8篇，19873 化工設備設計手冊編寫組. 金屬設備，19754 尾范英郎（日）等，徐忠權譯，熱交換設計物冊，19815 譚天恩等. 化工原理(上、下冊)化學工業(yè)出版社.六、設計思考題1設計列管式換熱器時，通常都應選用標準型號的換熱器，為什么？2 為什么在化工廠使用列管式換熱最廣泛？3 在列管式換熱器中，殼程有擋板和沒有擋板時，其對流傳熱系數(shù)的計算方法有

4、何不同？4 說明列管式換熱器的選型計算步驟？5 在換熱過程中，冷卻劑的進出口溫度是按什么原則確定的？6 說明常用換熱管的標準規(guī)格（批管徑和管長）。7 列管式換熱器中，兩流體的流動方向是如何確定的？比較其優(yōu)缺點？七 、部分設計問題引導1 列管式換熱器基本型式的選擇2 冷卻劑的進出口溫度的確定原則3 流體流向的選擇4 流體流速的選擇5 管子的規(guī)格及排列方法6 管程數(shù)和殼程數(shù)的確定7 擋板的型式八、設計答辯指導1 列管式換熱器的型號，可查找化工過程及 設備及換熱器等書籍。2 換熱器強度設計可找化機同學或老師了解，并參照金屬設備等資料3 繪圖可找制圖老師了解，并參考機械制圖，化工制圖及制圖標準等。計算

5、示例某生產(chǎn)過程中，需將6000 kg/h的油從140冷卻至40，壓力為0.3MPa；冷卻介質采用循環(huán)水，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水入口溫度30，出口溫度為40。試設計一臺列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務。 1確定設計方案 （1）選擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度140，出口溫度40冷流體(循環(huán)水)進口溫度30，出口溫度40。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。 （2）流動空間及流速的確定 由于循環(huán)冷卻水較易結垢，為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，油品走

6、殼程。選用252.5的碳鋼管，管內流速取ui=0.5m/。 2確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 殼程油的定性溫度為()管程流體的定性溫度為()根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)。 油在90下的有關物性數(shù)據(jù)如下： 密度 o=825 kg/m3定壓比熱容 cpo=2.22 kJ/(kg)導熱系數(shù) o=0.140 W/(m)粘度 o=0.000715 Pas循環(huán)冷卻水在35下的物性數(shù)據(jù)： 密度 i=994 kg/m3定壓比熱容 cpi=4.08 kJ/(kg)導熱系數(shù) i=0.626 W/(m)粘度 i=0.000725 Pas3計算總傳熱系數(shù) （1）熱流量 Qo=

7、Wocpoto=60002.22(140-40)=1.32106kJ/h=366.7(kW)（2）平均傳熱溫差 ()（3）冷卻水用量 (kg/h)（4）總傳熱系數(shù)K 管程傳熱系數(shù) W/(m)殼程傳熱系數(shù) 假設殼程的傳熱系數(shù)o=290 W/(m2)； 污垢熱阻Rsi=0.000344 m2/W , Rso=0.000172 m2/W管壁的導熱系數(shù)=45 W/(m)=219.5 W/(m)4計算傳熱面積 (m2)考慮 15的面積裕度，S=1.15S=1.1542.8=49.2(m2)。 5工藝結構尺寸 （1）管徑和管內流速 選用252.5傳熱管(碳鋼)，取管內流速ui=0.5m/s。 （2）管程數(shù)

8、和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 按單程管計算，所需的傳熱管長度為(m)按單管程設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構?，F(xiàn)取傳熱管長L=6m，則該換熱器管程數(shù)為(管程)傳熱管總根數(shù) N=582=116(根)（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 題目二 正戊烷冷凝器設計設計任務1. 正戊烷、冷凝溫度為51.7，冷凝液于飽和液體下離開冷凝器；2. 冷卻介質，地下水，流量為7000kg/h，入口溫度：20；3. 允許壓強降，不大于105Pa；4. 每年按300天計；每天24 h連續(xù)運轉。1設計題目 正戊烷冷凝器的設計。 設計課題工程背景： 煉油廠精餾塔塔頂冷凝器蒸汽主要是

9、正戊烷，以此為原料設計一正戊烷冷凝器。 2設計任務及操作條件 （1）處理量 (2.0, 2.2,2.5 ,2.8)104噸/年 （2）正戊烷冷凝溫度為51.7，冷凝液于飽和液體下離開冷凝器； （3）冷卻介質，地下水，流量為7000kg/h，入口溫度：20、25、30； （4）允許壓強降：不大于105Pa（5）每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行 （6）設備型式 立式列管冷凝器 （7）設計項目 設計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要論述； 換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積； 選擇合適的立式列管冷凝器并進行較核計算； 對冷凝器的附件進行設計，包括結構設計； 繪制換熱器總裝配圖。

10、 （8）設計要求 說明書采用統(tǒng)一封面和紙張； 方案和流程的選擇要闡明理由； 設計過程思路清晰，內容完全； 設計、計算中所采用的公式、數(shù)據(jù)、圖表等注明出處，有些需說明理由； 一律用鋼筆填寫，要排列整齊，字體端正，書面整潔； 計算過程均應寫出； 設備圖以制圖要求為準； 集中做設計，獨立完成。 3設計說明書的內容 （1）課程名稱、首頁、目錄及頁碼； （2）前言； （3）簡述設計內容，自己設計的特點，引用的標準等； （4）熱量衡算及初步估算換熱面積； （5）冷凝器的選型及流動空間的選擇； （6）工藝流程圖； （7）冷凝器的校核計算； （8）結構及附件設計計算； （9）冷凝器的主要數(shù)據(jù)一覽表； （10）

11、設計結果評價； （11）附立式列管冷凝器總裝圖。 4設計圖要求 附工藝流程圖及冷凝器裝配圖一張。 5設計思考題 （1）冷卻水出口溫度如何確定?（2）流體流動空間的選擇原則是什么?（3）在K計算公式中,各項含義是什么，在不同情況下說明提高K值的途徑及采取的措施?（4）管殼式換熱器中，采用多管程的目的是什么？在殼程加擋板的目的又是什么？ （5）在什么情況下，固定板換熱器要設計膨脹節(jié)？ （6）列管式冷凝器的蒸汽入口處是否需設計緩沖擋板？ （7）列管式冷凝器的換熱管的排列方式有幾種，如何選用？ （8）立式列管式冷凝器是否要設計支座，選用什么標準確定支座的尺寸？ （9）列管式冷凝器的接管的設計依據(jù)是什么

12、？ （10） 如何判斷你所設計的換熱器性能及經(jīng)濟上的適用性的優(yōu)劣？ 6. 部分設計問題指導(1) 自定冷卻水的出口溫度，并由熱量衡算確定其用量。 (2) 估計K值大小，應首先估計對流傳熱系數(shù)較小一側的對流傳熱系數(shù)。 (3) 設計換熱設備既要考慮操作費用，又要考慮設備費用，也就是既要使阻力降不能太高，也不能使傳熱面積較大，使管程的冷卻水有一個合適的流速。 7. 設計答辯指導（1）弄清整個設計過程脈絡，關鍵步驟； （2）基本概念正確，各計算方法有依據(jù)，準確； （3）選型的依據(jù)，選擇管程、殼程流體，流向或某一值的考慮； （4）如何改進設計？有何可修改的地方？如何修改？ （5）分析、評判所做設計是否可

13、操作，經(jīng)濟性如何？ （6）圖面布置是否符合制圖標準？ （7）各部分結構在圖上是否正確體現(xiàn)？ （8）設計說明是否清晰，文字有何錯誤？題目三 乙醇水精餾塔頂產(chǎn)品冷凝器的設計任務書 1. 產(chǎn)品濃度 含乙醇95%2. 操作壓力 常壓3. 冷卻介質 水（P為0.3MPa，進口溫度30，出口溫度40）其他略設計課題工程背景： 采用薯類與谷類原料進行發(fā)酵。發(fā)酵法制乙醇是一個很復雜的生化過程，發(fā)酵在密封的發(fā)酵罐中進行產(chǎn)生的CO2的純度達9999.5%以上，其余為氣態(tài)雜質，組分(以CO2質量為基準)為：乙醇0.40.8%，脂類0.030.4%，酸類0.080.09%。成熟發(fā)酵醪中的乙醇必須經(jīng)過初餾、精餾和除雜才

14、能得到合格的乙醇。本課程設計即為粗乙醇（初餾塔出來的乙醇-水溶液），在進行精餾獲得合格產(chǎn)品的過程中，精餾塔頂冷凝器的設計。發(fā)酵法制乙醇的工藝也可以參考有關書籍或文獻資料。 設計的目的： 通過對乙醇-水系統(tǒng)精餾塔頂產(chǎn)品全凝器的設計，使學生了解和掌握化工單元操作設備設計的步驟、方法及基本技能，熟悉文獻資料及物性參數(shù)的查閱和收集方法，懂得如何論證優(yōu)化設計方案，合理科學地應用公式及數(shù)據(jù)。在設計中提高學生的分析能力和解決問題的能力。 2設計任務及操作條件 （1）處理量? (5,? 6，7，8)104噸/年 （2）產(chǎn)品濃度 含乙醇95%（3）冷卻介質：P為0.3MPa，入口溫度30，出口溫度40 （4）操

15、作壓力 常壓 （5）允許壓強降：不大于105Pa（6）每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行 （7）設計項目 設計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要論述。 換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。 換熱器的主要結構尺寸設計。 主要輔助設備選型。 繪制換熱器總裝配圖。 3設計說明書的內容 （1）目錄； （2）設計題目及原始數(shù)據(jù)(任務書)； （3）論述換熱器總體結構(換熱器型式、主要結構)的選擇； （4）換熱器加熱過程有關計算(物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號、殼體直徑等)； （5）設計結果概要(主要設備尺寸、衡算結果等)； （6）主體設備設計計算及說明； （7）主要零件的強度

16、計算（選做）； （8）附屬設備的選擇（選做）； （9）參考文獻； （10）后記及其它。 4設計圖要求 附工藝流程圖及冷凝器裝配圖一張。 5設計思考題（1）換熱器及工作原理？ （2）影響傳熱的主要因素有哪些？ （3）何為冷凝器，冷凝器的主要型式及結構？ （4）選擇走管程或殼程的介質應考慮什么原則？ （5）循環(huán)冷卻水的進出口溫度確定原則？ （6）設計冷凝器的主要步驟。 （7）對冷凝器的設計你進行了那些優(yōu)化？ 6. 部分設計問題指導 ? 學生在接受設計任務后，首先應明確設計的步驟，方向，如何查閱有關數(shù)據(jù)和收集資料，并確定設計方案。本設計應在以下幾個方面的加以指導： (1) 物性數(shù)據(jù)的查閱 在設計中涉

17、及到水，乙醇等的多種物理參數(shù)，如密度，粘度，熱容，汽化潛熱，導熱系數(shù)等等，如何正確的查閱數(shù)據(jù)是化工技術人員的基本功，因此在這方面應加以指導。 (2) 經(jīng)驗公式的正確應用 在設計中要用到某些經(jīng)驗公式，如果選擇不當?shù)膭t會使設計發(fā)生誤差。如殼程換熱系數(shù)計算時，如果采用單管公式顯然不對。因為工業(yè)換熱器的氣體冷凝比單管要復雜的多，從上排管外流下的冷凝液在下排管會產(chǎn)生一定的撞擊和飛濺，從而使下一排管外的冷凝膜并不像單管疊加時那么厚，同時附加的擾動又會加速傳熱，在缺乏可靠數(shù)據(jù)可采用經(jīng)驗公式估算。 (3) 初選冷凝器 根據(jù)計算的出的傳熱面積AO，從國家頒布的換熱器標準系列中初選冷凝器，既不能選得太大浪費，又要

18、滿足傳熱需要。此外，標準設備的管數(shù)與計算值不一致時如何考慮等等，都需要加以引導。 (4) 結構設計 在結構設計中，指導學生對關鍵部位進行設計并提出優(yōu)化設想，如提高傳熱效果，降低成本等等。 題目四 煤油冷卻器的設計任務書1. 煤油入口溫度 120 ，出口溫度 40 ； 2.冷卻介質：循環(huán)水，入口溫度 30 ，出口溫度自選； 3. 允許壓降： 10 5 Pa ； 4. 每年按 300 天計，每天 24 小時連續(xù)運行。 處理能力： 1.0 10 5 t/a。 題目五 冷熱水換熱器工藝設計一、設計任務及操作條件1. 熱水入口溫度：90，出口溫度：502. 冷水入口溫度18，出口溫度：自定3. 允許壓降： 10 5 Pa處理能力：1000 t/a。其他：略 題目六 正丁醇-水換熱器工藝設計一、設計任務及操作條件1. 正丁醇入口溫度：95，出口溫度：482. 冷水入口溫度18，出口溫度：自定3. 允許壓降： 10 5 Pa處理能力：1000 t/a。其他：略 題目七 柴油預熱原油的管殼式換熱器一、設計任務及操作條件1.查閱文獻資料，了解換熱設備的相關知識，熟悉換熱器設計的方