化工原理课程设计任务书设计题目：列管式换热器的设计选型班级：生物工程专业2010级本科班指导教师：蒋玉梅李霁昕设计时间：2012.05.25~2012.06.02甘肃农业大学食品科学与工程学院二O一二年五月目录任务书 (3)1. 设计题目 (3)2. 设计条件 (3)3. 设计任务 (3)设计方案简介 (3)设计原则 (3)1. 满足工艺和操作要求 (3)2. 满足经济上的要求 (3)3. 保证安全生产 (4)工艺计算及主体设备设计计算选型 (4)1. 流体定性温度的确定 (4)2. 估算传热面积 (4)3. 选定换热器的概略尺寸 (5)4. 折流板 (5)5. 总传热系数 (6)（1）管侧传热系数 (6)（2）壳侧传热系数 (7)（3）污垢系数 (7)（4）总传热系数 (8)化工原理课程设计任务书甘肃农业大学食品科学与工程学院一、化工原理课程设计的重要性化工原理课程设计是学生学完基础课程以及化工原理课程以后，进一步学习工程设计的基础知识，培养学生工程设计能力的重要教学环节，也是学生综合运用化工原理和相关选修课程的知识，联系生产实际，完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。
通过这一环节，使学生掌握单元操作设计的基本程序和方法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选用公式和数据，运用简洁文字和工程语言正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学生养成尊重实际问题向实践学习，实事求是的科学态度，逐步树立正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的工作作风，提高学生综合运用所学的知识，独立解决实际问题的能力。
二、课程设计的基本内容和程序化工原理课程设计的基本内容有：1、设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。
2、主要设备的工艺计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。
3、辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定。
4、工艺流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备与辅助设备的物料方向、物流量、主要测量点。
5、主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。
6、编写设计说明书：可按照以下几步进行：⒈课程设计准备工作①有关生产过程的资料；②设计所涉及物料的物性参数；③在设计中所涉及工艺设计计算的数学模型及计算方法；④设备设计的规范及实际参考图等。
⒉确定设计方案⒊工艺设计计算⒋结构设计⒌工艺设计说明书⑴封面：课程设计题目、学生班级及姓名、指导教师、时间。
⑵目录⑶设计任务书⑷概述与设计方案的简介⑸设计条件及主要物性参数表⑹工艺设计计算⑺辅助设备的计算及选型⑻设计结果汇总表⑼设计评述⑽工艺流程图及设备工艺条件图⑾参考资料⑿主要符号说明以上即为我们在课程设计中所涉及的主要内容。
三、列管式换热器设计内容1、确定设计方案（1）选择换热器的类型；（2）流程安排2、确定物性参数（1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数3、估算传热面积（1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量4、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）传热管排列和分程方法；（5）壳体内径；（6）折流板；（7）其它附件；（8）接管5、换热器核算（1）传热能力核算；（2）壁温核算；（3）换热器内流体的流动阻力四、设计任务和操作条件某厂用井水冷却从反应器出来的循环使用的有机液。
欲将6000kg/h的植物油从140℃冷却到40℃，井水进、出口温度分别为20℃和40℃。
若要求换热器的管程和壳程压强降均不大于35kPa，试选择合适型号的列管式换热器。
定性温度下有机液的物性参数列于附表中。
附表项目密度，kg/m3 比热，KJ/(k g·℃)粘度，P a·s热导率，kJ/(m·℃)植物油950 2.261 0.7420.172五、主要设备结构图（示例）根据设计结果，可选择其它形式的列管换热器。
六、设计进度1. 设计动员，下达设计任务书；搜集资料，阅读教材，拟定设计进度 1天；2. 设计计算（包括电算，编写说明书草稿）2-3天；3. 绘图2天；5. 整理，抄写说明书 1天；6. 设计小结及答辩 1天。
七、设计成绩评分体系考核成绩分为五档：优秀（90-100分）、良好（80-89分）、中等（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（＜60分）。
三．列管式换热器设计内容1.确定设计方案(1).由于T m−t m=(140−40)20−(40−20)20=60>50℃，两流体间的温差较大，需要温度补偿，同时便于污垢清洗。
所以采用浮头式换热器。
(2).流程安排与植物油相比，水易结垢且给流体的给热系数一般较大，而且植物油的粘度大。
所以，井水走换热器的管程，植物油走换热器的壳程。
2.确定物性参数（1）.定性温度井水的定性温度为（20+40）/2=30℃，植物油的定性温度为（140+40）/2=90℃.（2）.定性温度下的物性参数3.估算传热面积（1）.热负荷Q=m s2c p2(T1-T2)=6000*2.216*10−3*(140-40)/3600=376833w井水用量W=Qc p∗(t2−t1)=376833∗36004.174∗20∗10−3=16250.6kg h⁄（2）.计算两流体的平均温差先计算逆流平均温差△t m逆=△t2−△t1ln△t2△t1=(140−40)−(40−20)ln(140−40)40−20=49.7℃再按照单壳程，多管程进行计算，对逆流传热温差进行校正P=t2−t1T1−t1=40−20140−20=0.167,R=T1−T2t2−t1=140−4040−20=5由P,R得校正系数φ=0.88>0.80，可行所以校正后的传热温度为△t m=φ△t m=0.88∗49.7=43.7℃（3）.估算传热面积并初选换热器型号参照列管式换热器中K值大致范围，根据两流体的具体情况。
初选总传导系数K=350w(m2·k)⁄,于是，换热器的传热面积便可初步确定A=QK△t m =376833350∗43.7=24.6m2取管内井水流速u=1.1m s⁄换热器选用普通无缝钢管∅25mm∗2.5mm,管内径d=0.025-0.0025*2=0.02.于是单程管数N=16250.6995.7π4∗0.022∗1.1∗3600=13.2取n=14根，又由传热面积A=nπd0l,=24.6m2可以求得单程管长l,=24.614∗3.14∗0.025=22.4m若选用6m长的管，4管程。
则一台换热器的总管程为4*14=56根。
则查表可得初选换热器的主要参数4.工艺尺寸结构（1）.管径与管内流速选用普通无缝钢管∅25mm∗2.5mm,管内径d=0.025-0.0025*2=0.02m.取管内流速u1=1.1m s⁄.(2).管程数该换热器管程数为4（3）.平均传热温差校正及壳程数P=t2−t1T1−t1=40−20140−20=0.167,R=T1−T2t2−t1=140−4040−20=5由查表得平均传热温差系数φ=0.88>0.80.同时壳程流体流量大，取单壳程。
（4）.传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内安正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。
取管心距t=1.25d0,则t=1.25*25=32mm.隔板中心离其最近一排的中心距离S=t2⁄+6=22mm各程相邻管心距为44mm。
（5）.壳体内径估算，取利用率η=0.65 采用多管程结构，壳体内径D=1.05a√nη=343.7mm.所以可取所以壳体内径D=1.05*32*√680.65D=400mm.。
（6）.折流挡板采用圆缺型折流挡板，在折流圆缺高度为壳径25%。
则切去高度为h=0.25*400=100mm.−1=39折流板数目N B=60.15(7).其他附件拉杆数及直径选取本换热器壳体内径为400mm，故其拉直径为∅16mm,拉杆数量为8根。
由下表可知拉杆直径拉杆数量(8).接管壳程流体进出口接管，取植物油流速u i=0.14m s⁄d1=√4vπu =√4∗6000/(3600∗950)3.14∗0.14=0.126m圆整后取管内径为120mm.管程流体进出口接管取井水流速u2=1.1m s⁄d2=√4∗16250.6/(3600∗995.7)3.14∗1.1=0.072m圆整后取管内径为70mm.五.换热器核算1.传热功能核算（1）.计算管程对流体核算该型号换热器总管数为68根，由于是4管程，所以管程的流通面积A1为A1=π4∗0.022∗684=5.338∗10−3m2这样，管内井水的实际流速u1=16250.6995.7∗3600∗5.338∗10−3=0.85m s⁄R e1=du1ρμ=0.02∗0.85∗995.70.801∗10−3=21132.3P R1=C p1u1λ=4.174∗103∗0801∗10−30.618=5.41对流传热导数α1=0.023λdR e0.8P r n=0.023*0.6180.02∗21132.30.8*5.410.4 =4026.4w(m2∙k)⁄注：当流体被加热时，n=0.4当流体被冷却时，n=0.3. (2).计算壳程对流传热导数α0Α0=0.36(d e u0ρμ0)0.55(C p1u0λ)13(μ0μw0)0.14换热器列管中心距t=32mm（与固定板相同），且取h=0.15m.流体通过管间的最大面积，A=hD(1-d0l)=0.15*0.4*(1-0.0250.032)=0.013m 2壳程中植物油的流速 u 0=60003600∗950∗0.0130.135m 2 当量直径 d e =4(t 2−π4d 02)πd=4∗(0.0322−π4∗0.0252)π∗0.025=0.027m R e0=d 0u 0ρμ=0.027∗0.135∗9500.742∗10−3=4666.8 P r0=C p μλ=2.261∗103∗0.742∗10−30.172=9.75由于壳程流体被冷却，所以（μμw）0.14=0.95，于是壳程流体的传热系数α0为Α0=0.36λd (R e0)0.55(P r0)13⁄(μμw)0.14污垢热阻管程与壳程污垢热阻分别取 R s1=0.00058（m 2∙k ）/w R s0=0.00018（m 2∙k ）/w核算总传热系数k 0值 K 0=11α0+R s0+R s1d 0d 1+d 0α1d 1=11492.5+0.00018+0.00058∗1.25+1.254026.4=308.1w (m ∙k )⁄ 完成换热任务所需传热面积A 0为 A 0=Q k△t m=376833308.1∗43.7=28.0m 2 换热面积裕度31.6−28.031.6∗100%=11.4%从换热面积核算可知，所选换热器可用。