化工原理课程设计说明书
目录 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·2 第一部分，甲苯冷凝器的设计 一、设计任务· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 二、设计要求· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4 三、工艺结构尺寸· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 （1） 管径和管内流速· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 （2） 管程数和传热管数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 （3） 平均传热温差校正及壳程数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 （4） 传热管的排列和分程数法· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 （5） 壳体内径· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 四、换热器主要传热参数核算· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·8 （1）计算管程对流传热系数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·8 （2）计算壳程对流传热系数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·8 （3）确定污垢热阻· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·9 （4）总传热系数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·9 第二部分，甲苯冷却器的设计 前言 一、试算并初选换热器规格· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·11 （1） 流体流动途径的确定· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·11 （2） 确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管换热 器的型式· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·11 二、计算总传热系数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11 （1） 计算热负荷· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·11 （2） 冷却水用量· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （3） 计算平均传热温度差· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （4） 总传热系数 K· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （5） 估算换热面积· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 三、工艺结构尺寸· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （1） 管径和管内流速· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （2） 管程数和传热管数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （3） 平均传热温差校正及壳程数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·13 （4） 传热管的排列和分程方法· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·14 （5） 壳体内径· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·14 四、换热器主要传热参数核算 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·15 (1)壳程对流传热系数 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·15 (2) 管程对流传热系数 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·16 (3) 基于管内表面积的总传热系数 · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·16 (4) 计算面积裕度· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17
1
化工原理课程设计说明书
化工原理课程设计任务书
一、 设计任务题目
＃＃．＃万吨/年 甲苯精馏塔冷凝冷却(水冷) 换热系统工艺设计。
二、 任务给定条件
1. 热流条件： 0.14 MPa(绝压)冷凝到 120℃， 流量为 10500kg/h 的甲苯蒸汽从 120℃， 0.14 MPa(绝压) 甲苯液， 120℃甲苯汽相热焓 140 Kcal/Kg， 再冷却到 30℃； 液相焓 53 Kcal/Kg，30℃甲苯液相焓 13 Kcal/Kg ；定性温度 80℃时甲苯 密度 810Kg/m3 , 比热 0.446(Kcal/Kg. ℃) 绝对粘度 0.32(cp) ， 比热 0.104 (Kcal/(m.h. ℃)) 。 2. 冷流条件 新鲜水初始温度 25℃，循环水初始温度 45℃，换热后水温升 15℃。 水的物性数据由化原上册附录查取。 3. 管壳式换热器类型提示 设计压力 1.6MPa，要求管程和壳程的压降不大于 30kPa，冷凝采用浮 头式，冷却采用固定管板式管壳式换热器。
6 计算有效平均温度差 120℃甲苯蒸汽 循环水 Δt T:120 ℃ t: 60 ℃ 60 ℃ 120℃ 45℃ 75℃
tm
t2 t1 75 60 67.22C t 75 ln 2 ln t1 60
7 选取经验传热系数 K 值 根据管程走水， 壳程走甲苯汽， 总传热系数 K 290 ~ 1160 W/m 2 C ， 现暂取 K 500 W/m 2 C 。
三、 设计要求
每个设计者必须提交设计说明书和冷凝冷却系统工艺流程图(A3)。
1．设计说明书必须包括下述内容：
封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、设计自评 和符号说明、参考文献等。
2．设计计算书应包括的主要内容和设计计算的步骤:
1) 计算热负荷、 收集物性常数。 根据设计任务作冷凝冷却系统热衡 算确定流体放热速率或冷流体吸热速率，和新鲜水、循环水流率。考虑了 热损失后即可确定换热器应达到的传热能力 Q； 按定性温度确定已知条件
Kg/
769.41 986.85
2.039 4.182
0.3837 0.6465
2.28 104 5.247 104
354.6 219.78
4 计算热负荷
Q h w 甲苯 r 10500 3600 354.6 10 3 1034250 W
5 冷却水耗量
wc Qh 1034250 59354.38 Kg / h C p1 t 4.182 (60 45)
2
化工原理课程设计说明书
中未给出的物性常数。 2) 根据换热流体的特性和操作参数决定流体走向（哪个走管程、哪 个走壳程） ；计算平均温差。 3) 初步估计一个总传热速率常数 K 估(查上册附录 23) ，计算传热面 积 A 估。 4) 根据 A 估初选标准换热器（由换热器手册查取,初定型号及系列结 构参数） ； 5) 换热面积的核算。分别选关联式求出管内、外传热膜系数，估计 污垢热阻， 求出总传热速率常数 K 核， 得出所需传热面积 A 需，将 A 需与 A
4
化工原理课程设计说明书
t
t1 t 2 45 60 52.5 2 2C 2
根据定性温度查得的物性参数为：
密度ρ
名称 120℃ 甲苯液体 水
定压比热 Cp
KJ/(Kg·℃)
导热系λ
W/(m·℃)
粘度μ
Pa·s
汽化热 r
KJ/Kg
5
化工原理课程设计说明书
3．符号说明的格式：
分为英文字母、希腊字母，要按字母排序，要写出中文名称和单位；
4．参考文献的格式：
按 GB7714-87 的要求。
完成起始时间
发给学生：
2013 年 3 月 3 日至 2013 年 3 月 10 日 (签名)