化工单元操作课程设计
题目甲醇冷凝冷却器的设计
学院化学与化工学院
专业轻化工程
班级轻化11002班
学号1016121072
学生姓名李江露
指导教师陈飞飞
完成日期2013年01月07 日
一、前言 (2)
二、设计任务书 (3)
三、方案简介 (4)
四、选型与设计指导思想 (5)
五、设计方案 (6)
1、确定设计方案 (6)
2、确定物性数据 (6)
3、计算总传热系数 (7)
4、计算传热面积 (8)
5、工艺结构尺寸 (8)
6、换热器核算 (11)
六、设计结果一览表 (15)
七、主要符号说明 (16)
八、个人小结 (17)
九、参考文献 (19)
化工原理主要研究各单元操作的基本原理以及所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算或设备选型。
化工单元操作课程设计是综合运用化工原理课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，并在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。
课程设计与平时的作业不同，在设计中需要自己做决策，主观性较强。确定方案、选择流程、查阅资料、进行过程和设备计算，并对自己和选择作出论证和核算，经反复的分析比较，选择出最理想的方案和最合理的设计。
本次设计的主要任务是换热器的选型和设计，即对在生产过程中甲醇冷却装置的设计。此次课程设计的主要内容是通过对甲醇和循环水的分析，确定设计方案，选择最佳流程并计算、核算、制图等一系列过程。
通过课堂理论知识的学习及课程设计的实际行动和创新，不仅有助于理解和掌握知识，更培养了分析和解决问题的能力。
设计任务书
1、设计题目
甲醇冷凝冷却器的设计
2、设计任务及操作条件
（1）处理能力12000 kg/h甲醇。
（2）设备形式列管式换热器
（3）操作条件
①甲醇：入口温度64℃，出口温度50℃，压力为常压。
②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃，压力为0.3MPa。
③允许压降：不大于105 Pa。
④每年按330天计，每天24小时连续运作。
3、设计要求
选择适宜的列管式换热器并进行核算。
方案简介
本设计任务是利用循环水给甲醇降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。
选择换热器时，要遵循经济、传热效果优、方便清洗、符合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器、热管式换热器、列管式换热器等。如表1所示，不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大，尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。
表1 不同换热器特点
类型特点
间壁式管
壳
式
列
管
式
固定
管式
刚性结构用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗
带膨胀节有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力
浮头式管内外均能承受高压，可用于高温高压场合
U型管式管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难
填料
函式
外填料函管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质
内填料函密封性能差，只能用于压差较小的场合
釜式壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮
双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中
套管式能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋管
式
沉浸式用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热
喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝
板
面
式
板式拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热螺旋板式
可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用做回收低温热
能
伞板式结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净
板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高混合式适用于允许换热流体之间直接接触
蓄热式
换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的
场合
选型与设计指导思想
目前，我国已制定了管壳式换热器系列标准，设计过程中应尽可能选用系列化的标准产品，这样可以简化设计的加工。但是实际生产条件千变万化，当系列化产品不能满足需要时，仍应根据生产的具体要求而自行设计非系列标准的换热器。确定设计方案应遵循的主要原则为：满足工艺和操作的要求，经济效益好，确保生产安全。此处扼要介绍列管式换热器设计计算的基本步骤：
①了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能体；
②由热平衡计算传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量；
③决定流体流入的空间；
④计算流体的定性温度，以确定流体的物性数据；
⑤初算有效平均温度差，先按逆流计算，再校核；
⑥选取管径和管内流速；
⑦计算传热系数K值，包括管程对流传热系数和壳程对流传热
系数的计算；
⑧初估传热面积，考虑安全系数15%～25%；
⑨选择管长L，计算管数N，确定管程数；
⑩确定壳径D和壳程挡板形式及数量等；
?校核有效平均温度差、对流传热系数及传热面积；
?计算流体流动阻力，如阻力超过允许范围，则需调整设计。
从以上步骤可看出，换热器的传热设计是一个反复试算的过程，有时需要反复试算2～3次。所以，换热器的设计计算实际上带有试
设 计 方 案
1．确定设计方案 （1）选择换热器的类型
两流体温度变化情况：
热流体进口温度64℃，出口温度50℃冷流体。 冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。
从两流体温度来看，换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用列管式换热器。 （2）流动空间及流速的确定
由于循环冷却水易结垢，为便于清洗，应使冷却水走管程，甲醇走壳程。另外，这样的选择可以使甲醇通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用φ25mm ×2.5mm 的碳钢管，管内流速取u i = 0.5m/s 。 2、确定物性数据
定性温度：可取流体进出口温度的平均值。 壳程甲醇的定性温度为：
6450
572
+T =
=℃ 管程循环水的定性温度为：
℃＝＋＝
352
40
30t 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 甲醇在57℃下的有关物性数据如下：
定压比热容 c p o =2.629kJ/(kg ·℃) 导热系数
λ
o =0.1919W/(m ·℃)
粘度 μo =0.00039 Pa ·s 循环水在35℃下的物性数据：
密度 ρi =994kg/m 3 定压比热容 c p i =4.08 kJ/(kg ·℃) 导热系数
λi =0.626 W/(m ·℃)
粘度 μi =0.000725 Pa ·s 3．计算总传热系数 （1）热流量
()3o o po o 12000
2.629106*********W 3600
Q w c t =?=???-=
（2）平均传热温差
℃9.2130-5040
-64ln )
3050()4064(ln 't 2
1
21=---=???-?=
?t t t t m （3）冷却水用量
i 3
pi i 1226873600
10825k /c t 4.08104030O Q w g h ?=
==???-（）
（4）总传热系数K ①管程传热系数
13710
000725
.09945.002.0p u d i i i i e =??==μR
4
.0i
i pi 8.0i i i i i i i c p u d d 023.0）（）（λμμλα=
3
0.80.4
0.626 4.08100.0007250.023*******.020.626
??=???（）
（?=m /2.2733W 2733.2W/(m 2
·℃) ②壳程传热系数
假设壳程的传热系数αo = 800 W/(m 2·℃)； 污垢热阻为
R si = 0.000344 m 2·℃/W R so = 0.000172 m 2·℃/W 管壁的导热系数λ=45 W/(m ·℃) ③总传热系数K
o
so m o i o i i i o 1d bd d d d d 1αλα＋＋＋＋R R K =
1=0.0250.0250.00250.025
+0.00034++0.00017
2733.20.0200.020450.0225
???? =423W/(m 2·℃) 4、计算传热面积
'
2m 12268713.2t 42321.9
Q S m K ===??
考虑15％的面积裕度，S=1.15×S'=1.15×13.2=15.2m 2 5、工艺结构尺寸
（1）管径和管内流速及管长
选用?25mm ×2.5mm 传热管(碳钢)，取管内流速u i =0.5m/s （2）管程数和传热管数
2210825
=193.14
36009940.0200.5
4
4
s i i V
n d u π=
=
????根
按单程管计算，所需传热管长度为
215.2
=
10.23.140.02519
o s S L m d n π==?? 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。若取传热管长L =6m ，换热器管程数为2，则
15.2
323.140.0256
s o S n d L π===??根 每程管数为32
2
=16根
管内流速2210825
0.30/3.14
36009940.0203244
i i s V
u m s d n π===??? （3）平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
12216450 1.44030R t t T -T -===-- 21114030
0.296430
t t P t --===T -- 按单壳程、双管程结构查温差校正系数图表。可得
t 0.94??=
平均传热温差
'
m t t 0.9421.920.6m t ???=??=?=℃
（4）传热管排列和分程方法
正方形排列。取管心距t=1.25 d 0，则
t=1.25×25=31.25≈32mm 横过管束中心线的管数
1.19 1.19326c s n n ==?=根
（5）壳体内径
采用双管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径为
32
=1.05 1.05322270.7
s
n D t mm η=??= 圆整可取D ＝300mm （6）折流档板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的33.3％，则切去的圆缺高度为
h ＝33.3％×300＝100mm 取折流板间距B ＝0.5D ，则
B ＝0.5×300＝150mm 折流板数为 6000
1=139150
B N =
--=传热管长块折流档板间距
折流挡板圆缺面水平装配。 （7）接管
①壳程流体进出口接管
取接管内甲醇流速为 u 1＝3.5m/s ，则接管内径为
114412000
0.04013600755.77 3.14 3.5
V d m u π?===???
圆整后可取内径为40mm 。
②管程流体进出口接管
取接管内循环水流速 u 2＝1.2 m/s ，则接管内径为
22
4410825
0.0573600994 3.14 1.2
V
d m u π?=
==???
圆整后可取内径为60mm 。 6．换热器核算 （1）热量核算
①壳程对流传热系数
对圆缺形折流板，可采用凯恩公式
10.55
0.14
3
o o
e
w
0.36
e r d o R P λ
μαμ=（）
当量直径，由正三角形排列得
222233 3.144()4(0.0320.025)
24240.020m 3.140.025o e o t d d d ππ-??-?===? 壳程流通截面积
2o o d 0.025
10.150.310.009844m t 0.032
S BD =-
=??-=（）（） 壳程甲醇流速及其雷诺数分别为
o 0
o 120000.45m /3600755.770.0098440.0200.45755.77
e 17441
0.00039
o e o o
V u s S d u R ρμ=
==????=
== 普兰特准数
30
2.629100.00039r 5.30.1919
po o o
c P μλ??=
==
粘度校正
114
.0w
≈）（
μμ 1
0.5523o 0.1919
0.3617441 5.311296/m 0.020
W α∴=????=?（℃）
②管程对流传热系数
当R e i >10000，60i
L
d >时可采用公式 0.80.40.023
e r i
i i i i
R P d λα=
管程流通截面积
222i 3.14
3260.0200.004082m 4242s c i n n S d π
--??=
=??= ???
管程循环水流速及其雷诺数分别为
108250.74m /36009940.0040820.0200.74994
e 20291
0.000725
i i i i i
i i
V u s S d u R ρμ=
==????=
== 普兰特准数
30.80.42
i 4.08100.000725r 4.73
0.626
0.6260.02320291 4.733742/(0.020pi i
i i
c P W m μλα??=
==∴=???=?℃）
③传热系数K
21
d d bd 1d d d 1
0.0250.0250.00250.02510.0003440.00017237420.0200.020450.022********/m o o o si so i i i m o K R R W αλα=
=
????=?＋＋＋＋＋＋＋＋
（℃）
④传热面积S
212268710.5t 56520.6
m Q S m K ===??
该换热器的实际传热面积S p
2p 3.140.02560.06(326)12.1o T S d LN m π==??-?-=（）
该换热器的面积裕度为
p 12.110.5
100%100%15%10.5
S S H S
--=
?=
?= 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的压力降
①管程流动阻力
122212()=1.4=1=2
22i
t s p
t s p i i i i i i p
p p F N N F N N u u L p p d ρρλξ
?=?+??=?=∑其中，，，
由R e ＝20291，传热管相对粗糙度0.1
0.00520
d ε
=
=，查莫狄图得λi ＝0.035W/m ·℃，流速u i ＝0.74m/s ，ρ＝994 kg/m 3，所以
2
12
269940.740.0352858a 0.0202
9940.74
3816a
P P P P ?∴?=?
?=??=?=
45
2858816 1.412 1.0310a<10a i
P P P ∴?=+???=?∑管程总压力降（） 管程压力降在允许范围之内。
②壳程压力降
'
'1
2
1 1.15
o
t
s
s t P P P F N N F ?=?+?==∑（
）其中，
流体流经管束的阻力
2'1
0.2280.2282
'
1(1)2
0.5
5Re 5174410.546390.45/755.770.450.50.546(391)49592
o o
o c B o c B o u P Ff n N F f n N u m s
P Pa ρ--?=+==?=?====?∴?=???+?
=其中，，
流体流过折流板缺口的阻力
2
'2
22'245o 2(3.5)
2
0.15,0.3220.15755.770.45(3.5)39(3.5)7461a
20.32
49597461 1.151 1.4310<10o o
B o o
B u B P N D B m D m u B P N P D P Pa Pa
ρρ?=-==??∴?=-=?-?=∴?=+??=?∑其中壳程总压力降（） 壳程压力降也在允许压力降范围内。
经上述计算和核算，可知所选工艺参数符合条件，即设计的换热器能满足生产要求。
设计结果一览表
设备名称甲醇冷凝冷却器
换热器形式列管式换热器
设备型号G300Ⅱ-2.5-12.1
工艺参数
序号名称单位管程壳程
1 物料名称循环水甲醇
2 操作压力Pa 0.3Mpa 常压
3 操作温度℃30进/40出64进/50出
4 流量kg/h 1082
5 12000
5 流体密度kg/m3994 755.77
6 定压比热容kJ/(kg·℃) 4.08 2.629
7 流速m/s 0.74 0.45
8 传热量W 122687
9 平均温度差℃20.6
10 总传热系数W/m2·K565
11 换热面积m212.1
12 传热系数W/（m2·℃）3742 1296
13 污垢系数m2·K/W0.000344 0.000172
14 阻力降kPa 10.3 14.3
15 程数 2 1
16 使用材料碳钢碳钢
17 直径mm φ25×2.5300
18 长度mm 6000
19 管子规格32根，管间距32mm，△排列
20 折流档板规格39块，间距150mm，切口水平高度33.3%
主要符号说明
甲醇的定性温度
T 循环水定性温度 t 甲醇密度 ρo 循环水密度 ρi 甲醇定压比热容 c po 循环水定压比热容 c pi 甲醇导热系数 λ
o
循环水导热系数 λi 甲醇粘度 μo 循环水粘度 μi 甲醇流量 w o 循环水流量 w i
热负荷 Q o 平均传热温差 t m ?
总传热系数 K
管程雷诺数
Re
温差校正系数 t ?φ
管程、壳程传热系数 i α、o α
初算初始传热面积 'S
传热管数 s n 初算实际传热面积
S 管程数 p N
壳体内径 D 横过中心线管数
C N
折流板间距 B 管心距 t
折流板数 N B
接管内径 1d 、2d 管程压力降 ∑?i
P
当量直径 e d
壳程压力降 ∑?o
P
面积裕度 H 换热器壁面内、 外侧的污垢热阻 R si 、R so
管板利用率 η 切去的圆缺高度 h 壳程流通截面积 S o 普兰特准数
Pr
换热器实际传热面积
S p
个人小结
初次接触化工原理课程设计，还荒谬地以为是像平时计算类的作业一样会很简单。直到自己去计算设计时才发现一头雾水，根本不知道该做什么，该怎么做，无从下手，只是觉得好难。有一段时间都在观望。
于是自己设计的时候只能是根据老师提供的模板，用新的数据代替旧的数据，其他的公式完全照抄，花了一天时间，终于把计算部分完成了。核算时才发现实际面积比理论面积还要小，完全不合理。再细看模板和自己的设计的时候，发现了很多问题，我的设计根本是行不通。
所以我决定重新来过。做出来的实际面积一直比理论面积要小，重新分析计算的过程中也出现了几次错误，由于急于求成，算出来后的结果偏离太多，检查才发现部分数据出现了错误，而且老师给的模板里面也有一些错误，这样照搬下去的一些公式就出了问题，只好静下心来认真地理解和消化原有的一些公式，这样又一次重新算过。
因此，又花了一天的时间在计算上，还好最后终于成功了。
那么接下来就是画图了，由于学过机械制图，以为画图比较简单，半天就可以完成，谁知道，画图更难，这主要是因为在设计的时候，没有兼顾考虑到画图，因此设计出来的管数很难安排，冥思苦想了好久，换了好多方案，查了好多资料，换了多种排列方法，还是行不通。
最终，只好修改设计把管数安排成易于排列的数目，才解决了这个问题。
通过这些天的课程设计工作，我才真正认识到工程实际问题的复杂性，也加深了对化工原理这门课程的认识。在通过准确的计算和合理的选择方案的过程中，我也进一步巩固了化工原理的基础知识并学会了将其应用于实际问题。
其实，在整个过程中，虽然遇到了很多问题，也犯了不少错误，但是自己真的学到了很多东西，比如word文档公式的运用，比如如何使自己的设计更加合理，这就要求自己在设计前要详细的考虑各种可能出现的问题和解决办法，才能达到事半功倍的效果。我觉得，如何查找数据也很重要，假如自己查不到数据，接下来的工作完全没办法做，假如查的数据是错误的，那设计出来的东西也是错误的，而且很可能导致严重的后果。往往我们自以为简单的东西，总是会在放松的时候出现问题。对于学习，我们要以严谨的态度去对待，根据自己的实际能力，作出合理的安排，不能急于求成。
通过课程设计过程中反复假设与验证，让我树立了正确的设计思想，培养了严肃认真、高度责任感的工作作风。
参考文献
1.夏清，贾绍义.《化工原理·上册》.天津大学出版社，2005.
2.贾绍义，柴诚敬.《化工单元操作课程设计》.天津大学出版社，2011.
3.刘光启，刘杰.《化学化工特性数据手册》.化学工业出版社，2002.
4.卢焕章.《石油化工基础数据手册》.化学工业出版社，1982.
5.夏清，陈长贵.《化工原理·上册》.天津大学出版社，2008.
6.焦守家.《化工制图》.化学工业出版社，2005.
7.李功样，陈兰英.《常用化工设备设计》.华南理工出版社，2003.
8.郑津洋，董其伍，桑芝富.《过程设备设计》.化学工业出版社，2005.
9.王志魁.《化工原理》.化学工业出版社，2006.
10.潘国吕，郭庆丰.《化工设备设计》.清华大学出版社，1996.
11.周大军.《化工工艺设备》.化学工业出版社，2005.
12.陈庆，邵泽波.《过程设备工程设计概论》.化学工业出版社，2008.
13.尹亮，黄儒强.《生物工程专业课程设计》.
化工原理课程设计————循环水冷却器设计 学院：化工学院 专业班级：高分子061班 姓名：李猛 学号： 2006016050 指导教师：徐功娣 时间：2009年6月25-30日
目录 1 设计任务书 (1) 2 设计摘要 (2) 3 主要物性参数表 (4) 4 工艺计算 (5) 4.1 确定设计方案 (5) 4.1.1 选择换热器的类型 (5) 4.1.2 计算热负荷和冷却水流量 (5) 4.1.3 计算两流体的平均温差，确定管程数 (6) 4.1.4 工艺结构尺寸 (6) 4.2 核算总传热系数 (8) 4.2.1 管程对流传热系数Ai (8) (9) 4.2.2 壳程流体传热系数 o 4.2.3 计算总传热系数K0 (10) 4.3 核算压强降 (12) 4.3.1 管程压强降 (12) 4.3.2 壳程压强降校核 (13) 5 设备参数的计算 (16) 5.1 确定换热器的代号 (16) 5.1.1 换热器的代号 (16) 5.1.2 确定方法 (16) D (16) 5.2 计算壳体内径 i 5.3 管根数及排列要求 (16) 5.4 计算换热器壳体壁厚 (17) 5.4.1 选适宜的壳体材料 (17) 5.4.2 该钢板的主要工艺参数性能 (17) 5.4.3 壁厚的计算 (17)
5.5 选择换热器的封头 (19) 5.6 选择容器法兰 (20) 5.6.1 选择法兰的型式 (20) 5.6.2 确定法兰相关尺寸 (20) 5.6.3 选用法兰并确定其标记 (21) 5.7 选择管法兰和接管 (22) 5.7.1 热流体进出口接管 (22) 5.7.2 冷流体进出口接管 (22) 5.7.3 选择管法兰 (23) 5.8 选择管箱 (23) 5.9 折流档板的设计 (24) 5.10 支座的选用 (24) 5.11 拉杆的选用和设置 (25) 5.11.1 拉杆的选用 (25) 5.11.2 拉杆的设置 (26) 5.12 确定管板尺寸 (26) 5.13 垫片的选用 (27) 5.13.1 设备法兰用垫片 (27) 5.13.2 管法兰用垫片 (28) 6 数据汇总 (29) 7 总结评述 (30) 8 参考文献 (32) 9 主要符号说明 (33) 10 附表 (35)
1、煤油冷凝器的设计任务书 1、设计题目:煤油冷却器的设计 工程背景：在石油化工生产过程中，常常需要将各种石油产最（如汽抽、煤油、柴油等）进行冷却，本设计以某炼油厂冷却煤油产品为例，让学生熟悉列管式换热器的设计过程。 设计的目的：通过对煤油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。 2、设计任务及操作条件 （l）处理能力： （x）×104t/a煤油 （2）设备型式 列管式换热器。 （3）操作条件 ①煤油：入口温度：140；出口温度：40℃。 ②冷却介质：自来水，人口温度：30℃，出口温度：50℃。 ③允许压强降：不大于105Pa。 ④每年按330天计，每天24h连续运行。 （4）设计项目 ①设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 ②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。 ③换热器的主要结构尺寸设计。 ④主要辅助设备选型。 ⑤绘制换热器总装配图。 3、设计说明书的内容 ①目录； ②设计题目及原始数据（任务书）； ③论述换热器总体结构（换热器型式、主要结构）的选择； ④换热器加热过程有关计算（物料衡算、热量衡算；传热面积、换热管型号、壳体直径等）； ⑤设计结果概要（主要设备尺寸、衡算结果等）； ⑥主体设备设计计算及说明； ⑦主要零件的强度计算（选做）； ⑧附属设备的选择（选做）； ⑨参考文献； ⑩后记及其他。 4、设计图纸要求 附工艺流程图及冷凝器装配图一张。
2 乙醇一水精馏塔项产品冷凝器的设计任务书 1、设计题目 乙醇一水精馏塔顶产品全凝器的设计。 设计一冷凝器，冷凝乙醇一水系统精馏塔顶部的馏出产品。产品中乙醇的浓度为95%，处理量为（x）×104t/a，要求全部冷凝。冷凝器操作压力为常压，冷却介质为水，其压力为0. 3MPa，进口温度为30℃，出口温度为40℃。 工程背景：采用薯类与谷类原料进行发酵。发酵法制乙醇是一个很复杂的生化过程，发酵在密封的发酵罐中进行产生的CO2的纯度达99%-99.5%以上，其余为气态杂质，组分（以C O2质量为基准）为：乙醇0.4%-0.8%，脂类：0.03%-04%，酸类：8. 08%-0.09%。成熟发酵醪中的乙醇必须经过初馏、精馏和除杂才能得到合格的乙醉。本课程设计即为粗乙醇（初馏塔出来的乙醇一水溶液），在进行精馏获得合格产品的过程中，精馏塔顶冷凝器的设计。发酵法制乙醇的工艺也可以参考有关书籍或文献资料。 设计的目的：通过对乙醇一水系统精馏塔顶产品全凝器的设计，使学生了解和掌握化工单元操作设备设计的步骤、方法及基本技能，熟悉文献资料及物性参数的查阅和收集方法，懂得如何论证优化设计方案，合理科学地应用公式及数据。在设计中提高学生的分析能力和解决问题的能力。 2、设计任务及操作条件 ①处理量：（x) ×104t/a ②产品浓度：含乙醇95%； ③冷却介质：P为0.3 MPa，入口温度30℃，出口温度40℃； ④操作压力：常压； ⑤允许压降：不大于l05 Pa； ⑥每年按330天计，每天24h连续运行。 ⑦设计项目： a.设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 b.换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。 c.换热器的主要结构尺寸设计。 d.主要辅助设备选型。 e.绘制换热器总装配图。 3、设计说明书的内容 ①目录； ②设计题目及原始数据（任务书）； ③论述换热器总体结构（换热器型式、主要结构）的选择； ④换热器加热过程有关计算（物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等）； ⑤设计结果概要（主要设备尺寸、衡算结果等）； ⑥主体设备设计计算及说明； ⑦主要零件的强度计算（选做）；
多效蒸发器设计计算 （一） 蒸发器的设计步骤 多效蒸发的计算一般采用迭代计算法 （1） 根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸汽压强及冷凝 器压强）、蒸发器的形式（升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发器、刮膜蒸发器）、流程和效数。 （2） 根据生产经验数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液的组成。 （3） 根据经验，假设蒸汽通过各效的压强降相等，估算各效溶液沸点和有效总温 差。 （4） 根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。 （5） 根据传热速率方程计算各效的传热面积。若求得的各效传热面积不相等，则 应按下面介绍的方法重新分配有效温度差，重复步骤（3）至（5），直到所求得的各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。 （二） 蒸发器的计算方法 下面以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法。 1.估值各效蒸发量和完成液组成 总蒸发量 （1-1） 在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和 W = W 1 + W 2 + … + W n （1-2） 任何一效中料液的组成为 （1-3） 一般情况下，各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算，即 （1-4） 对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：1.1：1.2 （1-5） 以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ； W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ； F — 原料液流量，kg/h ； x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。 2.估值各效溶液沸点及有效总温度差 欲求各效沸点温度，需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强（或末效压强）是给定的，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即 （1-6） 式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ； — 第一效加热蒸汽的压强，Pa ； — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。 多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算： （1-7） 式中 — 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； — 第一效加热蒸汽的温度，℃； — 冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃； — 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。 p ?1p k p '∑∑? -'-=?)(1k T T t ∑?t 1T k T '∑?
套管冷凝器的设计方法 以R22水冷柜式空调机组L130S/B为例，机组名义制冷量130Kw，套管冷凝器采用低翅片外螺纹铜管，管外径φ19.05mm，无缝钢管外径ф28mm，冷凝器三侧进水，水量qv=24.4m3/h，单根外螺纹传热管总长4.386m，无缝钢管长度4.226m，冷凝温度tk=45℃，进水温度t w1=30℃，进出水温差5℃，试设计该套管冷凝器的传热用面积 假设冷却水在此无缝钢管内的流速w f=2.0m/s，冷却水平均温度t f，冷却水温升t w2-t w1=1.15Q0/q v*ρ =1.15x130x3600/24.4x1000x4.186 =5.26℃ 冷却水平均温度t f=1/2（tw1+tw2）=32.6℃ 查水在32.6℃下的物性参数： νf=0.732x10-6m2/s，Per=4.87，ρf=994kg/m3 λf=623x10-3W/（mK），c p=41868J/（kgK） μw=6.83x10-6Pas 冷却水在管内的雷诺系数，外螺纹铜管内径Di=0.0155m Re f=w f*Di/νf=2.0*0.0155/0.732*10-6 =42349 计算冷凝管内水侧表面传热系数σ1 σ1=C1λf/Di* Ref0.8* Per1/3(uf/uw) 0.14
=0.068*0.623*42349*4.871/3(7.27/6.83)0.14/0.0155 =22473(W/m2K) 管内阻力计算，冷凝器中单程阻力为： ΔP1=ζL/Di*ρω2/2 =0.0421x4.386/0.0155x994x2.02/2 =23.68kPa R22冷凝侧的表面传热系数σ2的计算查传热管在冷凝时的单位管长表面传热系数σ2＇=1700W/m2K和每米管长外表面积Ac=0.0597m2/m，得出以管子外径为基础的表面传热系数为σ2： σ2=σ2＇/Ac=1700/0.0597=28476W/m2.K 传热管以外表面面积为基础的传热系数K为： 1/K=β/αi+βri+1/σ2 1/K=1.229/22473+2.67x1x10-4+1/28476 =2857W/m2K 其中β=D0/D i=19.05/15.5=1.229 冷凝器传热温差的计算： ΔTk=（tc-tj）/Ln[（tk-tj）/（tk-tc）] =（35-30）/Ln[（45-30）/（45-35）] =12.5℃ 所需ф=19.05mm的内螺纹铜管支数N为：
齐齐哈尔大学 化工原理课程设计 题目循环水冷却器的设计 学院化学与化学工程学院 专业班级制药工程 学生姓名夏天 指导教师吕君 成绩 2016年 07月 01日 目录
摘要.......................................................................................错误!未定义书签。Abstract..........................................................................................错误!未定义书签。第1章绪论 (1) 1.1设计题目：循环水冷却器的设计 (1) 1.2设计日任务及操作条件 (1) 1.3厂址：齐齐哈尔地区 (1) 第2章主要物性参数表 (1) 第3章工艺计算 (2) 3.1确定设计方案 (2) 3.2核算总传热系数 (4) 3.3核算压强降 (6) 第4章设备参数的计算 (8) 4.1确定换热器的代号 (8) 4.2计算壳体内径DⅠ (9) 4.3管根数及排列要求 (9) 4.4计算换热器壳体的壁厚 (9) 4.5选择换热器的封头 (11) 4.6选择容器法兰 (11) 4.7选择管法兰和接管 (13) 4.8选择管箱 (14) 4.9折流挡板的设计 (15) 4.10支座选用 (16) 4.11拉杆的选用和设置 (16) 4.12垫片的使用 (18) 总结评述 (20) 参考文献 (21) 主要符号说明 (22)
附表1 (24) 附表2 (25) 致谢 (26)
（能源化工行业）化工原理 换热器设计
|化工原理课程设计任务书 专业班级：07过控02学生姓名：赵凯学号：0703020228 壹设计题目：正戊烷冷凝器的设计 二课题条件（文献资料，仪器设备，指导力量） （壹）设计任务 设计壹冷凝器，冷凝正戊烷蒸气; 处理能力：6万吨/年。 正戊烷蒸气压力：0.75kgf/cm2，其饱和温度为52，蒸发潜热为83kcal/kg 冷却剂：自来软水，进口温度出口温度 （二）操作条件： （1）生产方式：连续操作 （2）生产时间：每年以300天计算，每天24小时 （3）冷凝器操作压力为常压，管程和壳程的压力均不大于30kpa 三．设计任务 1.确定设计方案，绘制工艺流程图。 2.热力学计算 2.1热力学数据的获取 2.2估算传热面积 2.3工艺尺寸的计算 2.4面积核算 2.5壁温校核 2.6压降校核 3.结构设计 3.1冷凝器的安装 3.2管设计 3.3管心距设计 3.4管板设计 3.5折流板设计 3.6壳体设计 3.7接管设计 3.8封头设计 3.9法兰设计 3.10支座设计 3.11其他 4.设计计算结果汇总表 5.设计结果评价 6.绘制装配图 7.编制设计说明书 设计流程图 计算值与假定值相差较大计算值与假定值相
1.热力学数据的获取 正戊烷液体在定性温度（52℃）下的物性数据（查化工原理附录） 循环水的定性温度： 入口温度为，出口温度为 循环水的定性温度为 俩流体的温差，故选固定管板式换热器 俩流体在定性温度下的物性数据如下 （1）计算热负荷 =6/(30024)=8333.3kg/h=2.31kg/s （2）冷却水用量 ==804.3/4.08(40-25)=13.1kg/s （3）计算有效平均温度差 逆流温差 （4）选取经验传热系数K 值 根据管程走循环水，壳程走正戊烷，总传热系数K 现暂取： （5）估算换热面积 3.工艺尺寸计算 （1）管径和管内流速选用Φ25×2.5mm 较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=0.8m/s 。 （2）管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 =(根） 按单程管计算，所需的传热管长度为 L= 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，现 取传热管长l=4.5m ，则该换热器的管程数为 = 传热管总根数N=53×4=212(根） （3）平均传热温差校正及壳程数: 平均温差校正系数有: 裕度过大或过小 压降大于设计压④
循环水冷却器设计 [摘要]：传热过程是化工生产过程中存在的及其普遍的过程，实现这一过程的换热设备种类繁多，是不可缺少的工艺设备之一。由于使用条件不同，换热设备可以有各种各样的型式和结构。其中以管壳式换热器应用更为广泛。现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中仍处于主导地位。 循环水冷却器是换热设备中的一种，是企业生产中的重要设备。它的作用是通过温度相对较低的水来把其他设备所产生的热量带走，从而使设备部分的温度保持在一个生产所需要的水平，使设备正常工作。因此，循环水冷却器的设计对企业的生产是很重要的，它很可能影响企业的经济损失，对其的设计具有很强的实际意义。 本设计是对管壳式换热器中固定管板式换热器的研究。固定管板式换热器属于管壳式换热器的一种，是利用间壁使高温流体和低温流体进行对流传热从而实现物料间的热量传递。在本设计中以GB 150-2011《压力容器》、GB 151-1999《管壳式换热器》等标准和《固定式压力容器安全技术监察规程》为依据，并参考《换热器设计手册》，首先通过方案的论证，确定物料的物性参数，再结合工作条件，选定换热器的形式。根据设计任务，完成对换热面积、总换热系数等工艺参数的确定，同时进行换热面积、壁温和压力降的核算。再根据工艺参数进行机械设计，机械设计主要包括对筒体、管箱、管板、折流板、封头、换热管、鞍座及其它零部件，如拉杆、定距管等的计算和选型等，并进行必要的强度核算，最后运用AutoCAD绘制固定管板式换热器的装配图及零部件图，并编写说明书。 [关键词]：换热器、换热面积、管板、换热管。
课程设计 设计题目冷凝器的设计 姓名学号 专业班级 指导教师 2011年1月20日
化工原理课程设计任务书 专业班级姓名 设计题目：列管式换热器设计 设计时间: 指导老师： 设计任务:年处理吨正戊烷的正戊烷冷凝器 1.设备型式立式列管式换热器 2.操作条件 （1）正戊烷：冷凝温度51℃，冷凝液于饱和温度下离开冷凝器；（2）冷却介质：井水，进口温度32℃，出口温度40℃ （3）允许压强降，不大于5 10Pa （4）每年按330天计算，每天24小时连续运行； (5)设备最大承受压力，p=2.5Mp a 设计报告： 1.设计说明书一份 2.主体设备总装图（1#图纸）一张，带控制点工艺流程图（3#图 纸）一张
摘要 (1) 1前言 (2) 2 列管式换热器设计方案 (3) 2.1 列管式换热器类型的选择 (4) 2.1.1 固定管板式换热器 (4) 2.1.2 浮头式换热器 (4) 2.1.3 U形管换热器 (4) 2.1.4 滑动管板式换热器 (4) 2.2 流体流动通道的选择 (5) 2.3换热器结构的计算 (5) 2.3.1热负荷Q： (5) 2.3.2平均温度差 (6) 2.3.3估算面积 (6) 2.3.4 管子初选 (7) 2.3.5对流传热系数 (7) 2.3.6污垢热阻 (10) 2.3.7 总传热系数和计算所需面积 (10) 2.3.8壁温的计算 (11) 2.4压强降计算 (11) 2.4.1管程压强降： (11) 2.4.2 壳程压强降 (12) 2.5列管式换热器其他结构设计 (13) 2.5.1管程结构 (13) 2.5.2壳程结构 (14) 2.5.3其他重要附件 (14) 2.6 换热器材质的选择 (14) 2.6.1 碳钢 (15) 2.6.2 不锈钢 (15) 3列管式换热器的具体计算 (16) 3.1试算并初选换热器规格 (16) 3.1.1确定流体流动通道 (16) 3.1.2流体定性温度、物性以及列管式换热器形式选择 (16) 3.1.3 热负荷Q的计算 (16) 3.1.4 计算平均温差 (16) 3.1.5 初选换热器规格 (17) 3.2核算总传热系数 (17) 3.2.1 计算管程的对流传热系数 (18) 3.2.2计算壳程对流传热系数 (18) 3.2.3 确定污垢热阻 (18) 3.2.4 核算总传热系数 (18) 3.2.5 核算壁温 (19)
2.105m2冷凝器的选型及工艺设计 2.1冷凝器设计示列 已知一卧式固定管板式换热器的工艺条件如下：换热器工程直径为1000mm，换热管长度3000mm，换热面积105m2;壳程价质为二次蒸汽，轻微腐蚀，操作压力20Kpa（绝压），工作温度60C0，；管程价质为冷却水，操作压力0.4Mpa，工作度38C0，双管程，换热管规格为Φ25mm×2mm,换热管间距36mm，数量545 32 ~ 根，材料0Cr8Ni9；蒸汽进口管Φ377mm×8mm，冷凝水出口管Φ57mm，冷却水进，出口管均为Φ219mm×6mm。 2.2冷凝器结构设计 ①材料选择。根据换热器的工作状况及价质特性，壳程选用0Cr18Ni9，管程选用Q235B，管板选用0Cr18Ni9。 ②换热管。换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两介质之间热量的交换。选用较高等级换热管，管束为Ｉ级管束。 换热管的选择 排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列。 图2-1换热管排列方式 各种排列方式的优点： 正方形排列：易清洗，但给热效果差； 正方形错列：可提高给热系数； 等边三角形：排列紧凑，管外湍流程度高，给热系数大。 换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。 强度胀接主要适用于设计压力小≤4.0Mpa；设计温度≤300℃；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。 除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。 胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。
③管板。管板选用兼作法兰结构，管板密封面选用JB!T4701标准中的突面 密封面。换热管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板两侧换热管中心距取44mm，实际排列548跟换热管。 ④分成隔板与分程隔板槽。分成隔板厚度10mm，开设Φ6mm泪孔；分成隔板槽宽12mm，深度4mm；垫片材料为石棉橡胶板，厚度为3mm。 ⑤换热管与管板的连接。换热管与管板的连接采用焊接结构，其中L1=2mm，L3=2mm。 ⑥支持板。换热器的壳程为蒸汽冷凝，不需折流板，但考虑到到换热管的支 撑，姑设置支持板。换热管无支撑最大跨距为1850mm,因此换热管至少需要3块儿支持板。本设计采用3块儿支持板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度为25%筒体内直径。 ⑦拉杆与拉杆孔。选用8根Φ16mm拉杆，拉杆与管板采用用螺纹连接。拉杆两端螺纹为M16拉杆孔深度为24mm． 定距管及拉杆的选择 拉杆常用的结构型式有： a. 拉杆定距管结构，见图4-7-1（a）。此结构适用于换热管外径d≥19mm的管 束且l 2>L a （L a 按表4-5-5规定） b. 拉杆与折流板点焊结构，见图4-7-1（b）。此结构适用于换热管外径d≤14mm 的管束且l 1 ≥d； c. 当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。
冷凝器设计计算
冷凝器换热计算 第一部分：设计计算一、设计计算流程图
二、 设计计算（以HLR45S 为例） 1、已知参数 换热参数： 冷凝负荷：Q k =61000W 冷凝温度：t k =50℃ 环境风温度：t a1=35℃ 冷凝器结构参数： 铜管排列方式：正三角形叉排 翅片型式：开窗片，亲水膜 铜管型式：光管 铜管水平间距：S 1＝25.4mm 铜管竖直方向间距：S 2＝22mm 紫铜光管外径：d 0＝9.52mm 铜管厚度：δt ＝0.35mm 翅片厚度：δf ＝0.115mm 翅片间距：S f ＝1.8mm 冷凝器尺寸参数 排数：N C ＝3排 每排管数：N B ＝52排 2、计算过程 1）冷凝器的几何参数计算 翅片管外径：f b d d δ20+=＝ 9.75 mm
铜管内径：t i d d δ-=0＝8.82 mm 当量直径：) ()(2))((4411f f b f f b eq S d S S d S U A d δδ-+---= =＝3.04 mm 单位长度翅片面积：32 2110/)4 (2－?- =f b f S d S S f π＝0.537 m 2/m 单位长度翅片间管外表面积：310/)(－?-=f f f b b s S d f δπ＝0.0286 m 2/m 单位长度翅片管总面积：b f t f f f +=＝0.56666 m 2/m 翅片管肋化系数：i t i t d f f f πβ==＝20.46 2）空气侧换热系数 迎面风速假定：f w ＝2.6 m/s 最窄截面处风速：))(/(11max b f f f f d S S w S S w --=δ＝4.5 m/s 冷凝器空气入口温度为：t a1＝35℃ 取出冷凝器时的温度为：t a2＝43℃ 确定空气物性的温度为：2/)(21a a m t t t +=＝39℃ 在tm ＝39℃下，空气热物性： v f =17.5×10－6m 2/s ，λf =0.0264W/mK ，ρf =1.0955kg/m 3，C Pa ＝1.103kJ/(kg*℃) 空气侧的雷诺数：f eq f v d w /Re max = =783.7 由《制冷原理与设备》中公式（7－36），空气侧换热系数 m eq eq n f f O d d C ??? ? ??= γλαRe '=50.3 W/m 2K 其中： 362)( 103)( 000425.0)( 02315.0518.0eq eq eq d d d A γ γ γ -?-+-=＝0.1852
化工原理课程设计 ————循环水冷却器设计 学院：化工学院 专业班级：高分子061班 姓名：李猛 学号： 2006016050 指导教师：徐功娣 时间：2009年6月25-30日 目录 1 设计任务书1 2 设计摘要2 3 主要物性参数表4 4 工艺计算5 4.1 确定设计方案5 4.1.1 选择换热器的类型5 4.1.2 计算热负荷和冷却水流量5 4.1.3 计算两流体的平均温差，确定管程数6 4.1.4 工艺结构尺寸6 4.2 核算总传热系数8 4.2.1 管程对流传热系数Ai8 4.2.2 壳程流体传热系数9
4.2.3 计算总传热系数K010 4.3 核算压强降12 4.3.1 管程压强降12 4.3.2 壳程压强降校核13 5 设备参数的计算16 5.1 确定换热器的代号16 5.1.1 换热器的代号16 5.1.2 确定方法16 5.2 计算壳体内径16 5.3 管根数及排列要求16 5.4 计算换热器壳体壁厚17 5.4.1 选适宜的壳体材料17 5.4.2 该钢板的主要工艺参数性能17 5.4.3 壁厚的计算17 5.5 选择换热器的封头19 5.6 选择容器法兰20 5.6.1 选择法兰的型式20 5.6.2 确定法兰相关尺寸20 5.6.3 选用法兰并确定其标记21 5.7 选择管法兰和接管22 5.7.1 热流体进出口接管22
5.7.2 冷流体进出口接管22 5.7.3 选择管法兰23 5.8 选择管箱23 5.9 折流档板的设计24 5.10 支座的选用24 5.11 拉杆的选用和设置25 5.11.1 拉杆的选用25 5.11.2 拉杆的设置26 5.12 确定管板尺寸26 5.13 垫片的选用27 5.13.1 设备法兰用垫片27 5.13.2 管法兰用垫片28 6 数据汇总29 7 总结评述30 8 参考文献32 9 主要符号说明33 10 附表35
冷凝器换热计算 第一部分:设计计算一、设计计算流程图
二、 设计计算（以HLR ４5S 为例） 1、已知参数 换热参数: 冷凝负荷:Ｑk =６１０00W 冷凝温度：t k =50℃ 环境风温度：t a1＝３5℃ 冷凝器结构参数： 铜管排列方式:正三角形叉排 翅片型式:开窗片，亲水膜 铜管型式:光管 铜管水平间距：S 1=25.4ｍm 铜管竖直方向间距:S 2＝22m ｍ 紫铜光管外径:d ０=9.52ｍm 铜管厚度:δt =0。35ｍm 翅片厚度：δf ＝0。１15m ｍ 翅片间距：S f =１.8ｍm 冷凝器尺寸参数 排数：N C ＝3排 每排管数:N B ＝５2排 2、计算过程 1)冷凝器的几何参数计算 翅片管外径:f b d d δ20+== 9。75 ｍm 铜管内径:t i d d δ-=0＝8．８2 mm 当量直径:) ()(2))((4411f f b f f b eq S d S S d S U A d δδ-+---===３.04 ｍｍ 单位长度翅片面积:32 2110/)4(2－?-=f b f S d S S f π＝0．５37 m 2/m 单位长度翅片间管外表面积：310/)(－?-=f f f b b s S d f δπ＝０.0286 ｍ２／m
单位长度翅片管总面积:b f t f f f +==0。5６666 m 2/m 翅片管肋化系数:i t i t d f f f πβ== ＝２０.46 ２)空气侧换热系数 迎面风速假定:f w ＝2.6 m/s 最窄截面处风速:))(/(11max b f f f f d S S w S S w --=δ=4.5 m/ｓ 冷凝器空气入口温度为:t ａ1=3５℃ 取出冷凝器时的温度为:t a2=43℃ 确定空气物性的温度为：2/)(21a a m t t t +=＝39℃ 在tm ＝39℃下，空气热物性: v f =17。５×10－6m ２/s,λf =0。02６4W ／ｍK ，ρf =１。09５5k ｇ/m ３,C Ｐa ＝1.１03k Ｊ/（k ｇ＊℃) 空气侧的雷诺数:f eq f v d w /Re max = ＝783．7 由《制冷原理与设备》中公式(7－3６),空气侧换热系数 m eq eq n f f O d d C ???? ??=γλαRe '=50.3 W/m 2K 其中： 362)(103)(000425.0)(02315.0518.0eq eq eq d d d A γγγ -?-+-=＝0。185２ ????? ??-=1000Re 24.036.1f A C =0.217 eq d n γ0066 .045.0+==0.59３1 ? ?1000Re 08.028.0f m +-==-0。21７ 铜管差排的修正系数为1。１,开窗片的修正系数为1。2,则空气侧换热系数为：(开窗片、波纹片的修正系数有待实验验证） 'o o αα=×1.1×1．２=６6．４1 W/m ２K
你知道拼装式板式换热器在辐射供冷暖中的应用吗？ 辐射供冷暖空调系统在欧洲和北美已有多年的使用和发展历史，与传统对流式空调系统不同的是，辐射供冷暖空调系统中，辐射换热量占总热交换量的50%以上，属于低温辐射传热为主的空调系统，其工作原理是夏季向辐射末端内输入18℃左右的冷水，形成冷辐射面;冬季则向辐射末端提供45℃左右的热水，形成热辐射面，依靠辐射面与人体、家具以及围护结构其余表面的辐射热交换进行降温(供暖)。若冷热源提供的冷热水温度过低或过高，不能满足辐射末端温度要求时，通常采用板式换热器或其他方法(如混水等)使冷(热)媒水温度达到系统设计要求。 在辐射供冷中的应用 辐射供冷时，辐射末端内冷水温度不宜过低，否则在辐射表面处易产生凝结水，造成结露现象．通常，采用控制辐射末端冷水进水温度的方法，使辐射板表面温度高于空气露点温度1～2℃，以防止结露．辐射供冷系统使用的冷水温度(16～18℃)通常高于常规空调系统(7℃)，较高的冷水温度为蒸发冷却等天然冷源的使用提供了选择［6-8］，但也使得常规的冷水机组产生的冷冻水(供回水温度为7/12℃)不能直接满足辐射供冷系统对对冷水温度的要求，通常可采用混水的方法得到辐射供冷所需的高温冷水，但为了防止冷水直接通入显热换热末端(特别是毛细管)后在换热器内表面产生水垢而堵塞，也可采用高效板式换热器将冷水机组产生的冷水进行逆流换热后再送入显热末端．辐射供冷时显热末端常用的进口水温为16～18℃，回水温度一般为21～23℃。 在辐射供暖中的应用 板式换热器在低温辐射供热中的应用分为水-水换热工况和汽-水换热工况2种．当采用蒸汽为热源时，蒸汽须采用低压饱和蒸汽，工程中常用的压力为:表压0.3MPa或者表压0.4MPa，此时的蒸汽温度分别为144℃和152℃．当采用热水为热源时，所采用的热水供回水温度一般为95/70℃．辐射供暖时，供给辐射末端的热水温度也不宜过高，一般不超过60℃，其主要原因是: 1、由于辐射面积较大，水温无需太高即可达到室温设计要求; 2、人体舒适要求地面温度不能过高; 3、较高水温下，辐射供暖常用的塑料管材寿命大大降低．根据建筑保温及居住者的不同要求，地面温度通常控制在24～30℃范围内，温度过高影响舒适性，造成不必要的浪费;温度过低则达不到采暖要求．
1.1 确定物性数据 热流体进口温度：337.85K,出口温度：337.85K 冷流体进口温度：300.15K,出口温度：317.15K 定性温度:可取流体进口温度的平均值。 壳程甲醇蒸气的定性温度为T =337.85K ，2T =337.85K ，1T = 337.85K 管程冷却水的定性温度为1t =300.15K ，2t =317.15 ， t=(300.15+317.15)/2=308.15K 根据定性温度，分别查取相关文献[1]，【2】 壳程和管程流体的有关物性数据 甲醇蒸气在337.15K 下的物性数据: 密度 ρ1=1.193/Kg m 定压比热容 p1c =1.620/()KJ Kg K ? 热导率 λ1 =0.013/()KJ Kg K ? 粘度 μ1 =0.011mPa s ? 汽化潜热 γ =1100/KJ Kg 冷却水在308.15K 下的有关物性数据: 密度 ρ0=994.063/Kg m 定压比热容 p0c =4.165/()KJ Kg K ? 热导率 λ0 =0.623/()KJ Kg K ? 粘度 μ0 =0.7245mPa s ? 1.2 估算传热面积 1.2.1热流量 甲醇质量流量： s1W =1.2×3600×1.19=5140.8/h Kg =1.428/s Kg 甲醇热负荷： 1Q '=5140.8×1100=5.655×610/KJ h =1570.8KW 1.2.2平均传热温差
t ?m =t t ln t -2 1 21????t =5.1317-5.83375.1300-85.337ln 5.1317-5.8337-5.1300-85.337）（）（K 628.3 ≈ 其中t 1?=t -11T ，t Δ2=t -22T ，T 1=T 2=337.85K 1.2.3冷却水用量 s0W =）（t C Q p Δ000=5.655×610/[4.165×（317.15-300.15）]=79867.2/h Kg =22.2/s Kg 1.2.4传热面积初值估算 查文献[1]取总传热系数K=8002/()W m K ? 估算传热面积:A 估=）（t K Q Δm =1570.8×3 10/（800×28.36）=69.2352 m 1.3 核算总传热系数K 1.3.1管径和管内流速 选用Φ19mm ×2mm 的碳钢管，取管内u i =0.57m /s ,其内径m i 015.0d =，外径 m d o 019.0= 1.3.2计算管程数和传热管数 根据传热管内径和流速确定单程传热管数 u d V n i 2 i e 4 π= = .57 015.0085.706 .099422.22??=221.83≈221（根） 按单管程计算，所需传热管长度为 L = n d A e o π估 =221 19.004.1369.235××=5.25m 根据传统换热器管长可取6米单程换热器，则传热管总根数 N T =221（根） 1.3.3平均传热温差校正及壳程数
化工原理课程设计 设计题目: 循环水冷却器设计 设计时间：2013.6.23-2013.7.1 设计班级：食安班 设计者： 学号： 2010 指导教师： 设计成绩：
目录 1 设计任务书 (3) 2 设计摘要 (4) 3 主要物性参数表 (5) 3.1循环水 (5) 3.2冷却水 (5) 4 估算传热面积 (5) 4.1 换热器的热负荷 (5) 4.2 平均传热温差 (5) 4.3 冷却水用量 (6) 4.4 传热面积 (6) 5 工程结构尺寸 (6) 5.1 管径和管程流速 (4) 5.3 平均传热温差校正及壳程数 (5) 5.4传热管排列和分程方法 (5) 5.5 壳体内径 (5) 5.6 折流板 (6) 5.7 附件 (8) 5.8 接管 (8) 6 换热器的核算 (9) 6.1传热能力核算 (9) 6.1.1管城传热膜系数 (9) 6.1.2污垢热阻和管壁热阻 (9) 6.1.3壳程对流传热膜系数 (10) 6.1.4总传热系数K (10) 6.1.5传热面积 (11) 6.2换热器内流动的流动阻力 (11) 6.2.1管程流动阻力 (11) 6.2.2壳程阻力 (12) 7换热器主要结构尺寸和计算结果表 (12) 8 设备参数计算 (14) 8.1壳体壁厚 (14) 8.2接管法兰 (14) 8.3设备法兰 (14) 8.4封头管箱 (14) 8.5设备法兰垫片 (14) 8.6管法兰用垫片 (14) 8.7管板 (15) 8.8支垫 (15) 8.9设备参数总表 (15) 9 学习心得 (16)
10参考文献 (17) 11重要符号说明 (18)
|化工原理课程设计任务书 专业班级：07过控02 学生姓名：赵凯 学号： 0703020228 一 设计题目：正戊烷冷凝器的设计 二 课题条件（文献资料，仪器设备，指导力量） （一）设计任务 设计一冷凝器，冷凝正戊烷蒸气; 1) 处理能力：6万吨/年。 2) 正戊烷蒸气压力：0.75kgf/cm2，其饱和温度为52C ?，蒸发潜热为83kcal/kg 3) 冷却剂：自来软水，进口温度C 251?=t 出口温度C 40o 2=t （二）操作条件： （1）生产方式：连续操作 （2）生产时间：每年以300天计算，每天24小时 （3）冷凝器操作压力为常压，管程和壳程的压力均不大于30kpa 三．设计任务 1.确定设计方案，绘制工艺流程图。 2.热力学计算 2.1热力学数据的获取 2.2估算传热面积 2.3工艺尺寸的计算 2.4面积核算 2.5壁温校核 2.6压降校核 3.结构设计
3.1冷凝器的安装 裕度压 降
热力学计算 1.热力学数据的获取 正戊烷液体在定性温度（52℃）下的物性数据（查化工原理附录） 。，，kJ/kg 5.347C W/m 13.0C kJ/kg 34.2，s Pa 108.1，kg/m 59643=??=??=??==-r c p λμρ 循环水的定性温度： 入口温度为C 251?=t ，出口温度为C 40o 2=t 循环水的定性温度为()C 5.322/4025ο=+=m t 两流体的温差C 50C 5.195.3252οο<=-=-m m t T ，故选固定管板式换热器 两流体在定性温度下的物性数据如下 2.估算传热面积 （1）计算热负荷 1s m =6710?/(300?24)=8333.3kg/h=2.31kg/s （2）冷却水用量
目录 设计目录 (1) 一设计任务书 (3) 二物性参数的确定 (4) 三设计方案的确定 (4) 1选择换热器的类型 (4) 2流程安排 (5) 四估算传热面积 (5) 1换热器的热负荷 (5) 2平均传热温差 (6) 3传热面积 (6) 五工程结构尺寸 (7) 1管径和管内的流速 (7) 2管程数和传热管数 (7) 3平均传热温差校正及壳程数 (7) 4传热管排列和分程方法 (8) 5管体内径 (8) 6折流板 (8) 7其它附件 (9) 8接管 (9) 六换热器的核算 (9) 1传热能力的核算 (9)
①管程传热膜系数 (9) ②污垢热住和关闭热阻 (10) ③壳程对流传热膜系数α (10) ④总传热系数K (11) ⑤传热面积裕度 (11) 2换热器内流体的流动阻力 (12) 校核①管程流体的阻力 ②壳程流体的阻力 七换热器的主要工艺结构尺寸和计算结果表 (13) 八设备参数的计算 (14) 1壳体壁厚 (14) 2接管法兰 (15) 3设备法兰 (15) 4封头管箱 (15) 5设备法兰用垫片 (15) 6管法兰用垫片 (16) 7管板 (16) 8支垫 (16) 9设备参数总表 (16) 九参考文献 (17) 十学习体会与收获 (18) 十一重要符号说明 (20)
一. 设计任务书 化工原理课程设计任务书 专业过程装备与控制工程 班级 姓名设计题目循环水冷却器设计 设计条件1设备处理量74T/h 2循环水入口温度55 摄氏度出口温度40摄氏度 3冷却水入口温度20 摄氏度出口温度40摄氏度 4常压冷却热损失5% 5两侧污垢的热阻0.00017(m2℃)/W 6初设k= 900W/(m℃) 设计要求 1设计满足以上条件的换热器并写出设计说明 2根据所选换热器患处设备装配图 指导教师 二计算物性参数 1、定性温度下两流体的物性参数
化工原理课程设计作业 题目1、2 用水冷却煤油产品的列管式换热器设计任务书 一、设计名称 用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计 二、设计条件 第一组：使煤油从140℃冷却到40℃,压力1bar ,冷却剂为水，水压力为3bar，处理量为10t/h。 第二组：使煤油从150℃冷却到35℃,压力1bar ,冷却剂为水，水压力为3bar，处理量为15t/h。 三、设计任务 1 合理的参数选择和结构设计 2 传热计算和压降计算：设计计算和校核计算 四、设计说明书内容 1 传热面积 2 管程设计包括：总管数、程数、管程总体阻力校核 3 壳体直径 4 结构设计包括流体壁厚 5 主要进出口管径的确定包括：冷热流体的进出口管 五、设计进度 1 设计动员，下达设计任务书0.5天 2 搜集资料，阅读教材，拟定设计进度1.5天 3 设计计算（包括电算，编写说明书草稿）5~6天 4 绘图3~4天 5 整理，抄写说明书2天 用水冷却煤油产品的列管式换热器设计指导书 一、设计的目的 通过对煤油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。 总之，通过设计达到让学生自己动手进行设计的实践，获取从事工程技术工作的能力。 二、设计的指导思想 1 结构设计应满足工艺要求 2 结构简单合理，操作调节方便，运行安全可靠 3 设计符合现行国家标准等 4 安装、维修方便 三、设计要求 1 计算正确，分析认证充分，准确 2 条理清晰，文字流畅，语言简炼，字迹工整 3 图纸要求，图纸、尺寸标准，图框，图签字规范 4 独立完成 四、设计课题工程背景 在石油化工生产过程中，常常需要将各种石油产品（如汽油、煤油、柴油等）进行冷却，本
2009级化学工程与工艺专业《化工原理》课程设计说明书 题目： 2.0×104吨/年正戊烷冷凝器的设计 姓名： 班级学号： 指导老师： 同组学生姓名： 完成时间：2012年5月18日
《化工原理》课程设计评分细则 评审单元评审要素评审内涵评审等级 检查 方法 指导 老师 评分 检阅 老师 评分 设计说明书35% 格式规范是否符合规定的格式要求5-4 4-3 3-2 2-1 格式 标准内容完整 设计任务书、评分标准、 主要设备计算、作图、后 记、参考文献、小组成员及 承担任务 10-8 8-6 6-4 4-1 设计 任务书设计方案 方案是否合理及 是否有创新 10-8 8-6 6-4 4-1 计算 记录工艺计算 过程 计算过程是否正确、 完整和规范 10-8 8-6 6-4 4-1 计算 记录 设计图纸30% 图面布置 图纸幅面、比例、标题 栏、明细栏是否规范 10-8 8-6 6-4 4-1 图面布 置标准标注 文字、符号、代号标注 是否清晰、正确 10-8 8-6 6-4 4-1 标注 标准与设计 吻合 图纸设备规格 与计算结果是否吻合 10-8 8-6 6-4 4-1 比较图纸 与说明书 平时成绩20% 出勤计算、上机、手工制图10-8 8-6 6-4 4-1 现场 考察卫生 与纪律 设计室是否整洁、 卫生、文明 10- 8 8-6 6-4 4-1 答辩成绩15% 内容表述 答辩表述是否清楚5-4 4-3 3-2 2-1 现场 考察 内容是否全面5-4 4-3 3-2 2-1 回答问题回答问题是否正确5-4 4-3 3-2 2-1 总分 综合成绩成绩等级 指导老师评阅老师 （签名）（签名） 年月日年月日