end正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計培訓(xùn)講學(xué)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。end正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計處理量為SKIPIF10噸/年正戊烷冷卻器的工藝設(shè)計課程設(shè)計報告專業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級：081姓名：楊佳佳指導(dǎo)教師：王雪靜2010年12月24日目錄TOCo1-3huHYPERLINKl_Toc4221一、化工原理課程設(shè)計任務(wù)書PAGEREF_Toc42213HYPERLINKl_Toc177821.設(shè)計內(nèi)容PAGEREF_Toc177823HYPERLINKl_Toc199462.設(shè)計要求PAGEREF_Toc199464HYPERLINKl_Toc22628二、正戊烷冷

2、凝器的工藝設(shè)計任務(wù)書PAGEREF_Toc226284HYPERLINKl_Toc162921.設(shè)計名稱PAGEREF_Toc162924HYPERLINKl_Toc244002.設(shè)計條件PAGEREF_Toc244004HYPERLINKl_Toc9473.設(shè)計任務(wù)PAGEREF_Toc9475HYPERLINKl_Toc167044.設(shè)計說明書內(nèi)容PAGEREF_Toc167045HYPERLINKl_Toc106625.設(shè)計進(jìn)度PAGEREF_Toc106625HYPERLINKl_Toc27071三、正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計指導(dǎo)書PAGEREF_Toc270715HYPERLINKl_T

3、oc266921.設(shè)計目的PAGEREF_Toc266925HYPERLINKl_Toc287262.設(shè)計的指導(dǎo)思想PAGEREF_Toc287266HYPERLINKl_Toc199783.設(shè)計要求PAGEREF_Toc199786HYPERLINKl_Toc48674.設(shè)計課題工程背景PAGEREF_Toc48676HYPERLINKl_Toc108585.參考文獻(xiàn)PAGEREF_Toc108586HYPERLINKl_Toc276966.設(shè)計思考題PAGEREF_Toc276966HYPERLINKl_Toc77127.部分設(shè)計問題引導(dǎo)PAGEREF_Toc77127HYPERLINKl

4、_Toc13561四、正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計報告PAGEREF_Toc135617HYPERLINKl_Toc294711.設(shè)計題目PAGEREF_Toc294717HYPERLINKl_Toc221562.設(shè)計目的PAGEREF_Toc221567HYPERLINKl_Toc84103.課題條件PAGEREF_Toc84108HYPERLINKl_Toc147494.設(shè)計描述PAGEREF_Toc147498HYPERLINKl_Toc184325.熱力學(xué)計算PAGEREF_Toc184328HYPERLINKl_Toc50615.1物性數(shù)據(jù)的確定PAGEREF_Toc50618HYPERL

5、INKl_Toc22695.2估算傳熱面積PAGEREF_Toc22699HYPERLINKl_Toc104455.3工藝尺寸計算PAGEREF_Toc1044510HYPERLINKl_Toc291855.4面積核算PAGEREF_Toc2918511HYPERLINKl_Toc264475.5壓降校核PAGEREF_Toc2644713HYPERLINKl_Toc288885.6設(shè)計計算結(jié)果匯總表PAGEREF_Toc2888814HYPERLINKl_Toc172325.7列管換熱器工藝圖PAGEREF_Toc1723215HYPERLINKl_Toc154555.8設(shè)計結(jié)果評價PAGE

6、REF_Toc1545516一、化工原理課程設(shè)計任務(wù)書1.設(shè)計內(nèi)容(1)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求確定設(shè)計方案換熱器類型的選擇換熱器內(nèi)流體流入空間的選擇(2)化工計算傳熱面積的計算管數(shù)、管程數(shù)及管子排列，管間距的確定殼體直徑及殼體厚度的確定(3)換熱器尺寸的確定及有關(guān)構(gòu)件的選擇(4)換熱器流體阻力的計算及其輸送機(jī)械的選擇(5)繪制流程圖及換熱器的裝配圖(6)編寫說明書2.設(shè)計要求(1)在確定設(shè)計方案時既要考慮到工藝，操作的要求又要兼顧經(jīng)濟(jì)和安全上的要求。(2)在化工計算時要求掌握傳熱的基本理論，有關(guān)公式，要知道查哪些資料，怎樣使用算圖以及怎樣選擇經(jīng)驗公式，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。(3)要求根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來選

7、擇換熱器的構(gòu)件(4)要求一部分學(xué)生利用計算機(jī)來輔助設(shè)計及優(yōu)化設(shè)計方案(5)要求必須掌握固定管板式或浮頭式列管換熱器的設(shè)計二、正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計任務(wù)書1.設(shè)計名稱正戊烷冷凝器的設(shè)計2.設(shè)計條件(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(zhì)，地下水，流量為100kg/h，入口溫度：20；(3)允許壓強(qiáng)降，不大于SKIPIF10Pa；(4)每年按300天計；每天24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。3.設(shè)計任務(wù)(1)合理的參數(shù)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(2)傳熱計算和壓降計算：設(shè)計計算和校核計算4.設(shè)計說明書內(nèi)容(1)傳熱面積(2)管程設(shè)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(jié)

8、構(gòu)設(shè)計包括壁厚(5)主要進(jìn)出口管徑的確定包括：冷熱流體的進(jìn)出口管(6)流程圖（以圖的形式，并給出各部分尺寸）及結(jié)構(gòu)尺寸匯總（以表的形式）(7)評價(8)參考文獻(xiàn)5.設(shè)計進(jìn)度(1)設(shè)計動員，下達(dá)設(shè)計任務(wù)書0.5天(2)搜集資料，閱讀教材，擬定設(shè)計進(jìn)度1天(3)設(shè)計計算（包括電算，編寫說明書草稿）天(4)繪圖、整理、抄寫說明書1.5天三、正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計指導(dǎo)書1.設(shè)計目的通過對正戊烷冷凝器設(shè)計，達(dá)到讓學(xué)生了解該換熱器的結(jié)構(gòu)特點，并能根據(jù)工藝要求選擇適當(dāng)?shù)念愋?，同時還能根據(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?？傊ㄟ^設(shè)計達(dá)到讓學(xué)生自己動手進(jìn)行設(shè)計的實

9、踐，獲取從事工程技術(shù)工作的能力。2.設(shè)計的指導(dǎo)思想(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足工藝要求(2)結(jié)構(gòu)簡單合理，操作調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行安全可靠(3)設(shè)計符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)等(4)安裝、維修方便3.設(shè)計要求(1)計算正確，分析認(rèn)證充分，準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，圖框，圖簽字規(guī)范(4)獨立完成4.設(shè)計課題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(jìn)行冷卻，本設(shè)計以正戊烷為例，讓學(xué)生熟悉列管式換熱器的設(shè)計過程。5.參考文獻(xiàn)【】馬江權(quán)，冷一欣，化工原理課程設(shè)計，北京，中國石化出版社，年【】匡國柱，史啟才，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計第二

10、版，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，年【】陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋，化工原理上冊第三版，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，年【】黃英，化工過程設(shè)計，西安，西北工業(yè)大學(xué)出版社，年【】倪進(jìn)芳，化工設(shè)計，上海，華東理工出版社，年【】柴誠敬，劉國維，李阿娜，化工原理課程設(shè)計，天津，天津科學(xué)技術(shù)出版社，1994年6.設(shè)計思考題(1)設(shè)計列管式換熱器時，通常都應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)出口溫度是按什么原則確定的？(6)說明常用

11、換熱管的標(biāo)準(zhǔn)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？7.部分設(shè)計問題引導(dǎo)(1)列管式換熱器基本型式的選擇(2)冷卻劑的進(jìn)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)擋板的型式四、正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計報告設(shè)計題目正戊烷冷凝器的設(shè)計2.設(shè)計目的通過對正戊烷冷凝器設(shè)計，達(dá)到讓學(xué)生了解該換熱器的結(jié)構(gòu)特點，并能根據(jù)工藝要求選擇適當(dāng)?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?？傊ㄟ^設(shè)計達(dá)到讓學(xué)生自己動手進(jìn)行設(shè)計的實踐，獲取從事工

12、程技術(shù)工作的能力。3.課題條件（1）設(shè)計任務(wù)處理能力：100kg/h。正戊烷蒸氣壓力：0.75kgf/cm2，其飽和溫度為51.7SKIPIF10，蒸發(fā)潛熱為冷卻劑：自來軟水，進(jìn)口溫度SKIPIF10出口溫度SKIPIF10（2）操作條件：生產(chǎn)方式：連續(xù)操作生產(chǎn)時間：每年以300天計算，每天24小時冷凝器操作壓力為常壓，管程和殼程的壓力均不大于SKIPIF10Kpa4.設(shè)計描述換熱器是許多工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備,尤其是石油、化工生產(chǎn)應(yīng)用更為廣泛。在化工廠中常用的換熱設(shè)備有換熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。換熱器的類型很多，性能各異，個具特點，可以適應(yīng)絕大多數(shù)工藝過程對換熱器的要求。進(jìn)行換

13、熱器的設(shè)計，首先是根據(jù)工藝要求選用適當(dāng)?shù)念愋?，同時計算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的傳熱面積，并確定換熱器的工藝尺寸。換熱器類型雖然很多，但計算傳熱面積所依據(jù)的傳熱基本原理相同，不同之處僅是在結(jié)構(gòu)上需根據(jù)各自設(shè)備特點采用不同的計算方法而已。我們設(shè)計的是正戊烷冷卻器，冷卻器是許多工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備。列管式換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、牢固，操作彈性大，應(yīng)用材料廣。列管式換熱器的形式主要依據(jù)換熱器管程與殼程流體的溫度差來確定。因為水的對流傳熱系數(shù)一般較大，并易結(jié)垢，故選擇冷卻水走換熱器的管程，正戊烷走殼程。5.熱力學(xué)計算5.1物性數(shù)據(jù)的確定正戊烷液體在定性溫度（51.7）下的物性數(shù)據(jù)（查化工原理附錄）SKIPIF1

14、0循環(huán)水的定性溫度：入口溫度為SKIPIF10，出口溫度為SKIPIF10循環(huán)水的定性溫度為SKIPIF10兩流體的溫差SKIPIF10，故選固定管板式換熱器兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下物性流體溫度密度kg/m3粘度mPas比熱容kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)正戊烷51.75960.182.340.157循環(huán)水27.59940.7254.080.6265.2估算傳熱面積（1）計算熱負(fù)荷SKIPIF10qm,h=100/3600kg/s=0.0278kg/sSKIPIF10（2）冷卻水用量qm,c=SKIPIF10=9.65/4.08SKIPIF1015=0.158kg/s（3）計算有效平

15、均溫度差正戊烷51.7SKIPIF10SKIPIF1051.7SKIPIF10冷卻水35SKIPIF10SKIPIF1020SKIPIF10SKIPIF1019.7SKIPIF1031.7SKIPIF10由于SKIPIF10SKIPIF10=16.7/31.7=0.53SKIPIF10SKIPIF10=SKIPIF10（4）選取經(jīng)驗傳熱系數(shù)K值根據(jù)管程走冷卻水，殼程走正戊烷，總傳熱系數(shù)K現(xiàn)暫?。篠KIPIF10（5）估算換熱面積SKIPIF105.3工藝尺寸計算（1）管徑和管內(nèi)流速TC管徑和管內(nèi)流速fCl2選用252.5mm較高級冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速u1=0.8m/s。（2）管程數(shù)和

16、傳熱管數(shù)TC管程數(shù)和傳熱管數(shù)fCl2可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)SKIPIF10=SKIPIF10(根）按單程管計算，所需的傳熱管長度為L=SKIPIF10按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計實際情況，現(xiàn)取傳熱管長l=3.0m，則該換熱器的管程數(shù)為SKIPIF10=SKIPIF10傳熱管總根數(shù)N=15=5(根）（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù):平均溫差校正系數(shù)有:R=SKIPIF10P=SKIPIF10單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查得SKIPIF10平均傳熱溫差SKIPIF10由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。（4）殼體內(nèi)徑TC殼體內(nèi)徑

17、fCl2采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式估算。橫過管數(shù)中心線管的根數(shù)SKIPIF10（根）SKIPIF10臥式固定管板式換熱器的規(guī)格如下：公稱直徑D107mm公稱換熱面積S0.615m2管程數(shù)SKIPIF104管數(shù)n5管長L3m管子直徑SKIPIF10管子排列方式正三角形（5）折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的20%，則切去的圓缺高度為h=0.20*107=21.4mm。取折流板間距B=0.3D，則B=0.3*107=32.1mm，可取B=30mm。折流板數(shù)SKIPIF10N=傳熱管長/折流板間距-1=3000/30-1=99（塊）5.4面積核算（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)TC（

18、1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)fCl3SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10（2）管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù).，有SKIPIF10管程流體流通截面積SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10管程流體流速SKIPIF10SKIPIF10普朗特數(shù)SKIPIF10SKIPIF10（3）污垢熱阻和管壁熱阻TC（3）污垢熱阻和管壁熱阻fCl3管外側(cè)污垢熱阻SKIPIF10管內(nèi)側(cè)污垢熱阻SKIPIF10管壁熱阻計算，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50.29w/(mK)。所以SKIPIF10（4）傳熱系數(shù)TC（4）傳熱系數(shù)fCl3SKIPIF10依式3-21有SKIPIF10（5）傳熱面積裕度TC（5

19、）傳熱面積裕度fCl3:可得所計算傳熱面積Ap為SKIPIF105.5壓降校核（1）計算管程壓降SKIPIF10（SKIPIF10結(jié)垢校正系數(shù)，SKIPIF10管程數(shù)，SKIPIF10殼程數(shù)）取碳鋼的管壁粗糙度為0.1mm，則SKIPIF10，而SKIPIF10，于是SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10對SKIPIF10的管子有SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10故,管程壓降在允許范圍之內(nèi)。（2）計算殼程壓降TC（2）殼程阻力fCl3按式計算SKIPIF10,SKIPIF10,SKIPIF10流體流經(jīng)管束的阻力SKIPIF10管子為正三角形排列F=0.5SKIPIF10

20、D=107mmSKIPIF10殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：取SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF100.50.3352(37+1)SKIPIF10=3029.74Pa流體流過折流板缺口的阻力SKIPIF10,B=0.2m,D=0.6mSKIPIF10Pa總阻力SKIPIF103029.74+25889.6=28972.7PaSKIPIF10由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。5.6設(shè)計計算結(jié)果匯總表項目結(jié)果單位換熱器公稱直徑D107SKIPIF10換熱器管程數(shù)SKIPIF10p5-換熱器管子總數(shù)Nt5根換熱器單管長度L3SKIPIF10換熱器管子規(guī)格SKIPIF10SKIPIF10換熱器管子排列方式正三角形錯列-管心距SKIPIF1032SKIPIF10管板厚度T22SKIPIF10折流板間距B30SKIPIF10