化工原理 -课程设计 班级：染整081 学号：200803010317姓名： 常小龙时间：2010.12.23目录. 任务书3. 设计说明4-8. 工艺计算 9-17. 设备的结构计算18-24. 课程设计说明及汇总25-26. 设计评论26. 参考文献27. 附页23-24任务书一设计题目：二次蒸汽冷凝器二设计原始数据：（1）质量流量：Wh=2000+40*17=2992kg/h 真空度：120mmHg （2）冷却水 进口温度：18 出口温度：自定（26） 当地大气压：712.55mmHg三设计要求：（1）工艺设计：确定设备的主要工艺尺寸，如：管径、管长、管子数目、管程数目等，计算K0。（2）结构设计：确定管板、壳体、封头的结构和尺寸； 确定连接方式、管板的列管的排列方式、管法兰、接管法兰、接管等组件的结构。（3）绘制列管式换热器的装配图及编写课程设计说明书四设计时间： 2010年12月20日2010年12月25日 设计学生：常小龙 指导教师：李磊设计说明一、 设计目的课程设计是化工原理课程教学中综合性和实际性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过化工原理课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以培养学生树立正确的设计思想，培养实事求是，严肃认真，高度负责的工作作风。二、 该设备的作用及在生产中的应用换热器是实现传热过程的基本设备。而此设备是比较典型的传热设备，它在工业中的应用十分广泛。例如：在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜和冷凝器、化工厂蒸发设备的加热室等。三、 工艺流程示意图饱和水蒸气应从换热器壳程上方进入，冷凝水由壳程下方排出，冷却水从换热器下方的入口进入，上方的出口排除。四、 说明运用该设备的理由这种换热器的特点是壳体和管板直接焊接，结构简单、紧凑。在同样的壳体直径内，排管较多。管式换热器具有易于制造、成本较低、处理能力达、换热表面清洗比较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于调温调压场合等优点，由于两管板之间有管子相互持撑，管板得到加强，故在各种列管换热器中他的管板最薄，其造价比较低，因此得到了广泛应用。五、 设备的结构特点该结构能够快速的降低物料的温度，工作时热流体走壳程，冷流体走管程，使接触面积大大增加，加快了换热速度。同时，对温差稍大时可在壳体的适当部位焊上补偿圈(或称膨胀节)，通过补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩)来适应外壳和管束不同的膨胀程度。六、 在设计中遇到的问题的处理在设计中，在工艺计算过程中，由于选取K0不当或其他条件选取不当，造成在校核时K0不符合要求。在重新选取K0的同时，改变了其他的条件，如：n，L等，经过二次校核达到了预期的目的。七、 设计方案的确定（1）对于列管式换热器，首先根据换热流体的腐蚀性或其它特性选项定其结构材料，然后再根据所选项材料的加工性能，流体的压强和温度、换热的温度差、换热器的热负荷、安装检修和维护清洗的要求以及经济合理性等因素来选项定其型式。设计所选用的列管换热器的类型为固定管板式。列管换热器是较典型的换热设备，在工业中应用已有悠久历史，具有易制造、成本低、处理能力大、换热表面情况较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于调温调压场合等优点，故在大型换热器中占优势。固定管板式列管换热器的特点是，壳体与管板直接焊接，结构简单紧凑，在同样的壳体直径内排管最多。由于两管板之间有管板的相互支撑，管板得到加强，故各种列管换热器中它的管板最薄，造价最低且易清洗。缺点是，管外清洗困难，管壁与壳壁之间温差大于50时，需在壳体上设置膨胀节，依靠膨胀节的弹性变形以降低温差压力，使用范围仅限于管、壳壁的温差不大于70和壳程流体压强小于600kpa的场合，否则因膨胀节过厚，难以伸缩而失去温差补偿作用。2）工艺流程图溶 液换 热 器（3）流体流经的空间：冷却水走管程原因有以下几个方面，冷却水常常用江水或井水，比较脏硬度较高，受热容易结垢，在管内便于清理，此外，管内流体易于维持高速，可避免悬浮颗粒的沉积。管程可以采用多管程来增大流速，用以提高对流传热系数。被加热的流体应走管程，以提高热的有效利用，被冷却的流体走壳程，以便于热量散失。饱和蒸汽由于比较清洁应于壳程流过，易便于冷凝液的排出。综上所述冷却水走管程蒸汽走壳程。（4）流体的流动方向选择：饱和水蒸气应从换热器壳程上方进入，冷凝水从壳程的下方排出，这样既便于冷凝水的排放，又利于传热效率的提高;冷却水一般从换热器的下方的入口进入,上方的出口排出,可减少冷却水流动中的死角,以提高传热面积的有效利用.故采用逆流.(5)流速的选择:换热器内流体的流速大小,应有经济衡算来决定.增大器内流体的流速,可增强对流传热,减少污垢在换热管表面上沉积的可能性,即降低了污垢的热阻,使总传热系数增大,从而减少换热器的传热面积和设备的投资经费,但是流速增大,又使流体阻力增大,动力消耗也就增多,从而致使操作费用增加,若流速过大,还会使换热器产生震动,影响寿命,因此选取合适的流速是十分重要的.(6)冷却剂及出口温度的确定:选取水做冷却剂,它们可以直接取自大自然,不必特别加工.由于本地水源丰富,可以降低传热面积,减少设备费用,故取出口温度为28.注：K化学原理上册课本S化学原理实验及课程设计换热过程工艺计算根据任务书所下达的换热任务，进行完整的换热过程的工艺计算。其目的是确定设备的主要工艺尺寸和参数，如换热器的传热面积；换热管管径、长度、根数；管程数和壳程数；换热管的排列和壳体直径，以及管壳程流体的压强降等；为结构设计提供依据。化工工艺计算的步骤大致如下：（一）传热面积S0的初定在稳定传热过程中，总传热系数K随温度变化不大（1）S-P93页2-1时，根据总传热速率方程式：（1）0总传热系速 ；0换热管外表面积 ；平均温度差 。Q有效传热速率（热负荷）w1、传热速率Q有效的计算 （2）K-P17页由公式P绝 =大气压强真空度 （2） = 750-（300-327）= 513mmHg（3）K-P225页4-32=70.8KPa 由算得数据查表得：T=90.2 r = 2.2826106J/由Q=Whr （3） =2.2826106J/ =1.8656106J/s式中： Q换热器的热负荷Wh饱和蒸气的质量流量r饱和蒸气的冷凝热Q有效 =Q95% =1.337910695% =1.271106J/SK0初选为12822、平均温度tm计算（4）S-P93页2-2对逆流和并流 （4）式中：、分别为换热器两端的温度差，= =20 =28 tm=69.7 3、假设K0=1282W/= m2=15.74 m2（二）主要尺寸的确定 1、换热管的类型、尺寸及材料的确定 （1）管子的直径当采用小直径的管子时，换热器单位体积传热面积较大，设备较为紧凑，单位传热面积的金属耗用量较小，管程流体的对流传热系数也较高，但制造，加工较麻烦，且容易结垢，不易清洗，因此小直径一般用于清洁流体，而大直径的管子常用于粘性大或污垢的流体。本设计为清洁流体，故可选用（2）管子的长度我国现有的管子长度规格常见的有1500，2000，3000，4500，6000，9000等，根据换热器工艺计算和设备设计，本设计可选用长度3000规格的管子。（3）管子的材料列管式换热器设计中，正确选用管子的材料是很重要的，既要满足工艺条件的要求，又要经济合理。选材时应按照操作压强，工作温度，及流体的物化性质来选择，所选的材料最好满足下述要求：导热，耐磨蚀性能好，机械强度高，制造加工容易，价格低廉。换热器常（5）S-P96页用的材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜镍合金、铝合金。 （5）本设计为低压列管换热器，可用含碳量低于0.5%的优质碳钢的无缝钢管，其钢号以20为多，这号钢强度虽低些，但塑性好，焊接性能好。 2、管心距t的确定：管板上两管子中心的距离称为管间距，用t表示t=(1.3-1.5) （6）（6）（7）S-P96页且两管外径之间的距离不能小于6mm,即t(d0+6)mm所以t=1.5 d0=1.525mm=37.5mm外层管子中心到隔板的距离：b, b,= (1-1.5)d0且不能小于1/2d0+10mm （7）所以b,=1.5d0=37.5mm3、管子在管板上的排列形式管子的排列方式按照三角形排列。这样排列的优点是：（5）S-P96页（5）S-P96页在一定的管板面积上可以配置较多的管子数，而且由于管（8）（S-P97页子间的距离相等，管板的加工制作方便。 （8）（三）管程数的确定（m）（9）（S-P99页