第一篇：化工原理課程設計指導書——二元混合物連續精餾裝置的設計[精選]

化工原理

課程設計指導書

二元混合物連續精餾裝置的設計

浙江工業大學 化工原理教研室

二ＯＯ四年一月

目錄一、二、課程設計的目的

本設計的基本內容和要求

1、關于精餾塔方案的選定

2、關于工藝計算

3、關于塔板（或填料層）和塔體主要工藝尺寸的設計計算

4、關于附屬設備的設計

5、關于精餾塔的結構設計

6、關于設計說明書的編寫

7、關于考核和答辯

三、進行本設計必須注意的幾點

四、設計紀律

五、參考資料

一、課程設計的目的

精餾是化工生產過程中的重要單元操作，精餾塔是典型的化工單元設備之一，進行本課程設計的目的是：培養學生綜合運用所學知識，特別是本門課程的有關知識解決化工實際問題的能力，使學生學到進行化工設計的基本步驟和方法，得到一次進行化工設計的初步訓練，為今后從事設計工作打下基礎．

通過課程設計，學生應特別注意如下幾個“能力”的訓練和培養：查閱資料、選用公式和數據的能力；從技術上的可行性與經濟上的合理性兩方面樹立正確的設計思想、分析和解決工程實際問題的能力；熟練應用計算機（包括編程計算和使用工程設計軟件）的能力以及用簡潔文字、圖表表達設計思想的能力．因此，不論課程設計的成果是否將應用于實際生產，設計都應同時滿足實踐性和教學性兩方面的要求。

設計的實踐性應體現在以下設計準則中：

1、經濟性：應符合能量充分合理利用和節能原則，符合經常生產費和設備投資費的綜合核算最經濟的原則；符合有用物質高回收率、低損耗率原則．

2、先進性：應對目前工廠生產過程和設備上存在的問題提出改進方案和改進措施，并盡量采用國內外最新技術成果。

3、可靠性和穩定性：保證運行的安全可靠和操作的穩定易控是現代化生產應優先考慮的原則，不得采用缺乏可靠性的、不成熟的技術和設備，不得采用難以控制或難以保證安全生產的技術和設備。

4、可行性：流程布置和設備結構不應超出一般土建要求和機械加工能力，整個設計方案應考慮符合國情和因地制宜的原則。

二、本設計的基本內容和要求

設計內容包括：選定精餾方案；進行精餾塔的工藝計算；結構和附屬設備的選型設計；將設計結果編寫成設計說明書。

1、關于精餾塔方案的選定

選定精餾方案是完成設計的先決條件，因為精溜塔工藝尺寸的確定不僅與所處理物系的性質、給定的生產能力、組成要求有關，還與操作壓力、回流液狀態、加熱方式以及所選用設備的型式等一系列因素有關，所以在進行精餾塔設計選定精餾方案和擬定精餾裝置流程的工作必須首先進行．

（1）精餾方案選定涉及的內容大致包括： a．精餾方式的選定：

根據生產規模和產品質量要求，可選用簡單蒸餾、水蒸汽蒸餾、間歇精餾、連續精餾或特殊精餾等。b．操作壓力的選?。?/p>

根據精餾物系的特點，可以是常壓精餾、減壓精餾或加壓精餾。c.塔型的選擇[2]: 通過技術經濟綜合評價，可以選用不同塔型（板式塔、填料塔〕和不同板型（如浮間搭、篩板塔等）或填料塔。

d．再沸器、冷凝器、冷卻器等換熱設備的配置[3]: 再沸器配置與所采用的加熱方式有關，通常采用間接蒸汽加熱，有時也可采用直接蒸汽加熱；冷凝器的型式多采用列管式換熱器，冷凝器的安裝位置從技術和經濟上考慮，對于小塔，當傳熱面積較小時常將冷凝器直接安裝在塔頂，而當處理量較大或搭較高時，則常將冷凝器移至地面，然后再用回流泵強制回流入塔。

（2）選定方案必須考慮的問題

確定精餾方案的原則主要有兩條： a、必須考慮工藝要求與平穩操作問題；

b、必須考慮經濟上的合理性，如在精餾方式的選定中必須考慮生產規模、產品質量、產量的要求以及投資費用等，如用水蒸汽蒸餾或簡單蒸餾雖投資省，但所獲得的產品質量不高，欲要得到高純度產品則必須采用連續精餾等方式。

在確定操作壓力時則必須考慮所處理的液體混合物的性質等因素，如熱敏性物料采用真空蒸餾，而對于沸點低常壓下呈氣態的物料則應在加壓下進行蒸餾。

在塔型的選擇中固然要盡量設法選用性能優良的塔型，但因每種塔型絕非十全十美，故選型時還必須從產量、質量和能耗等實際需要出發，努力做到兼顧技術上的可行性和經濟上的合理性兩個方面．

在確定進料狀態和加料方式時既要考慮便于平穩操作，還要考慮相關工序的實際情況等因素。如精餾塔的加料方式用高位槽就比用加料泵直接加料較易平穩操作。但必須注意，無論進料狀態還是加料方式均與前道工序以至整個車間的流程安排有關。

在考慮精餾塔附屬的換熱設備的配置中，必須注意到精餾過程一方面要供給熱量，一方面又要用大量的冷卻水進行冷卻，故從經濟觀點出發存在著如何合理利用熱能的問題，為此可以用定性或定量的方法論述塔底釜液與塔頂蒸汽熱能利用的可能性（可以從傳熱溫差的大小以及回收熱量的多少進行可行性比較），考慮它們能否用于預熱料液或有別的用處。此外，在考慮回收熱能的方案時還要以精餾塔可能實現平穩操作為前題。

必須注意：

a、對任務書中根據規定的操作條件所選用的塔型、板型、填料類型等必須進行簡要論證．對流程安排中合理利用熱能的可能性必須作簡要分析，并繪制精餾裝置流程圖[4]（直接畫在設計說明書上）。

b、設計開始通常只能對方案，流程作初步安排，待整個計算完成后再對方案流程進行修正并作較全面的論證討論。

2、關于工藝計算

工藝計算的主要內容是：物料衡算確定產品的質量、收率和流率。確定操作條件指塔主要部位的壓力和溫度。精餾計算根據相平衡數據和分離要求，根據經濟核算，確定適宜回流比；計算精餾塔的理論權數；計算板式塔的實際板數（或填料層高度），并確定進料位置。為了提高課程設計的效率和準確性，可使用計算機軟件“化工原理課程設計工藝優化自檢系統”，自我檢查計算過程和結果。

著重說明以下幾點： a、操作條件的確定：

確定塔主要部位的壓力和溫度是求取塔板數和進行塔內氣液接觸構件（塔板或填料層）設計的重要依據。設計任務書中給定的操作壓力一般指塔頂的壓力，由于塔板或填料層存在的壓降，致使沿塔壓力（因而也使溫度）發生變化，使物性和氣液負荷亦將隨之而變，這對真空操作精餾塔的影響尤為顯著，設計時勢必注意。但由于操作壓力（溫度）沿塔分布規律又與塔內構件、氣液負荷、物性等因素有關，故確定操作條件的基本做法是先預估計再校驗。

b、相平衡關系：

精餾系統的汽液平衡數據來源很多，具體可參考有關文獻[5]。為了便于計算機應用，盡可能選擇用解析式表達汽液平衡關系，如對乙醇--水體系，簡化處理的方法有多種，如相對揮發度與x的直接關聯等。

相對揮發度α與液相濃度x的直接關聯： y=αx/(1+(α—1)x)α=1.1213（x+0.2）

-1.5235

x<0.3 α=0.8938 x-1.0632 x≥0.3

如苯一甲苯、乙苯一苯乙烯等物系則可作為理想系統處理。C、回流比的確定：

對于一般體系最小回流比的確定可按常規方法處理[9]，但對于某些特殊體系，如乙醇水體系則要特殊處理，該體系最小回流比Rmin的求取應通過精餾段操作線與平衡線相切得到。而適宜回流比R的確定，應體現最佳回流比選定原則即裝置設備費與操作費之和最低，我們推薦以下簡化方法計算各項費用，從而確定最佳回流比[6]。

設備費用：CD

塔成本費CD =39870 x D元

式中D為塔徑，N為實際塔板數

假定精餾塔每年操作7200小時，折舊率對33％

蒸汽費用： CS=70元／噸

冷卻水費用： CW=0.3元／噸

年總費用 C＝0．33 X CD＋CS＋CW

計算費用時應注意：①年總費用應是每年的設備折舊費與每年的操作費

1.2之和；②蒸汽費用的計算應考慮過程的蒸汽損失，一般取總蒸汽耗量5-10％．

D、全塔效率的確定

全塔效率的確定對所設計的塔能否完成任務關系極大，但至今尚無可靠的計算方法，一般可用如下三種方法之一來確定：

①參考工廠同類型塔的全塔效率經驗數據；

②對同類型塔進行現場測定取得可靠的塔效數據；

③當缺乏經驗數據時可用經驗關聯式估算，比如對于板式精餾塔可采用0’conne11塔效經驗式[2]估算塔效；對于填料精餾塔可采用Murch法等經驗公式[2]估算等板高度。

3、關于塔板（或填料層）和塔體主要工藝尺寸的設計計算：

板式塔工藝尺寸設計計算的主要內容包括：板間距、塔徑、塔板型式、溢流裝置、塔板布置、流體力學性能校核、負荷性能圖以及塔高等。其設計計算方法可查閱有關資料[2][3][7][8]。著重應注意的是：塔板設計的任務是以流經塔內氣液的物流量、操作條件和系統物性為依據，確定具有良好性能（壓降小、彈性大、效率高）的塔板結構與尺寸。塔板設計的基本思路是：以通過某一塊板的氣液處理量和板上氣液組成，溫度、壓力等條件為依據，首先參考設計手冊上推薦數據初步確定有關的獨立變量，然后進行流體力學計算，校核其是否符合所規定的范圍，如不符合要求就必須修改結構參數，重復上述設計步驟直到滿意為止。最后給制出負荷性能圖，以確定適宜操作區和操作彈性。

以上設計計算過程，應使用“化工原理課程設計導師系統（3.0版）”輔助進行，首先選定某塊塔板進行初步優化設計，經“導師系統”檢查無誤后，接著則可使用該系統對全塔塔板優化設計，直至達到要求為止。一般至少優化設計塔頂、塔中（進料上、下）和塔底四塊代表塔板。

塔高的確定還與塔頂空間、塔底空間、進料段高度以及開人孔數目的取值有關，可查資料。

填料塔工藝尺寸設計計算主要內容包括：選擇填料、確定塔徑、計算填料層高度、壓降以及根據塔徑、填料層高度確定填料層的分段數目等項，詳[2]見有關資料。

4、關于附屬設備的設計

（1）附屬設備的設計主要有：

a）熱量衡算求取塔頂冷凝器、冷卻器的熱負荷和所需的冷卻水用量；再沸器的熱負荷和所需的加熱蒸氣用量；b）選定冷凝器和再沸器的型式求取所需的換熱面積并查閱換熱器標準，提出合適的換熱器型號；C）確定主要接管尺寸，列出接管表；d)對必須配置的原料泵、回流泵等進行選型計算。

（2）對上學期已進行過換熱器課程設計的同學，冷凝器和再沸器以造型為主，酌情也可進行某些換熱器的校核計算[3][9]，也可使用“列管式換熱器課程設計導師系統（3.0版）”進行優化選型設計‘不然則應選擇一換熱器進行校核設計。各換熱器型式的選定得視具體換熱系統、介質性質以及熱負荷大小等而定。如冷卻器因通常熱負荷較大，故常用列管式換熱器且是臥式的；而冷卻器則因熱負荷一般較小，可選豎列管式或蛇管式換熱器。

換熱器設計中應注意傳熱溫度差至少保持10－20℃左右，冷卻水出口溫度則不應大于50℃。

（3）精餾塔的主要接管包括蒸氣出口管、回流管、加料管、進氣管、釜液排出管等，接管的結構型式和設計計算所需數據可查有關資料[3]。

（4）精餾裝置使用泵一般包括回流泵、產品泵、加料泵和冷卻水泵等，泵的選型計算可查閱[10]等有關內容．

5、關于精餾塔的結構設計

板式塔的結構設計內容包括塔的總體結構，塔盤結構和接管結構，可參見有關資料[3][7][2]。

本項設計內容的基本要求：設計板式塔時，對所設計的塔徑在ф800以上而采用分塊式塔板時，必須考慮分塊對塔板布置的影響，可參閱資料它結構設計不作要求。

附：分塊式塔板基本結構

塔板分塊數目與塔徑大小有關，按下表規定選取：

塔板分塊數

塔徑（mm）800－1200 1400－1800 1800－2200 2200－2400

[3][7]，其分塊數 3 4 5 6 塔板分數塊，靠近塔壁的兩塊叫弓形板，其余是矩形板，為了檢修方便，不管分成幾塊，短形板中必有一塊作為通道板，通道板的寬度統一取 400mm，因安裝需要，相鄰兩塊板之間的孔間距可取為100mm。

6、關于設計說明書的編寫

設計說明書內容應包括以下幾項：

（1）設計題目（包括課程設計任務書）；

（2）說明書目錄（標題及頁次）；

（3）設計說明（即精溜方案的說明論證，并附帶控制點精溜裝置工藝流程示意圖）；

（4）工藝計算（包括物料衡算、回流比、理論板數、進料位置等，計算機計算應有相應框圖和源程序）；

（5）板式塔的塔板設計（包括板間距、塔徑及塔板布置）或填料精餾塔內部構件（分布器等）的設計；

（6）附屬設備的選型設計（包括預熱器、冷凝器、冷卻器和再沸器、接管、進料泵、回流泵等的設計與選型）；

（7）設計結果匯總（包括主要工藝尺寸、各種物料的量和狀態及設計時規定的操作條件等）；

（8）結束語（包括對設計的自我評述以及有關問題的分析討論等）；

（9）設計參考資料目錄（資料的編寫：書名、作者、出版單位和出版年月）；

編寫設計說明書必須用統一的課程設計用紙，配上統一的封面裝訂成冊；說明書的文字敘述要簡練、明確、字跡要工整清楚；各種計算方法應舉例說明，公式的符號（單位）應標注清楚，必要時應附上示意圖和計算數據表格；所引用的數據、公式或結論可在每頁右側留出的約2mm寬的長框內用符號[*]注明其來源；選用的重要參數和計算的重要結果也可寫在右側的長框中或用表格的形式匯總列出。

7、關于考核和答辯

通過答疑、質疑、書面測驗、口頭答辯、評閱設計說明書和圖紙，全面考核學生完成設計任務的質量和水平。課程設計成績按優秀、良好、中等、及格和不及格五級計分，并作為一門課程單獨考核。

答辯是課程設計的一個重要環節，答辯不僅是考核設計質量的重要方式，而且可以借此交流設計心得，討論設計中的有關問題，使設計的收獲更加提高一步，為此要求在答辯前分必認真準備。

三、進行本設計必須注意的幾點：

1．課程設計不同于求解習題，設計計算的依據和答案往往不是唯一的，故在確定設計方案或選用經驗數據時勢必注意從技術上的可行性與經濟上的合理性兩個方面進行分析比較，一個好的設計應該進行多種方案的比較，須反復多次設計計算方可得到。

2．在設計過程中指導教師原則上不負責審核運算數字的正確性，因此要求學生從設計一開始就必須以嚴肅認真的態度對待設計工作，要訓練自己獨立分析、判斷結果正確性的能力。

3整個設計是由論述、計算、繪圖三部分組成，所以只有計算缺少相應的論證；或計算、繪圖馬虎草率的設計是不符合要求的。

4．設計中，每個人在完成規定的基本要求（詳見二）的同時，各人可以酌情在某些方面加深、提高，如可以適當增加附屬設備的設計計算的內容，多查閱一些參考資料以充實方案的論證材料或增加使用計算機設計的內容等。

四、設計紀律

1．必須按時按質完成規定的設計任務．

2．必須獨立完成設計任務，不得抄襲，對抄襲嚴重者應控作弊論

處。

3．凡請病、事假者需經指導教師批準．

4．遵守作息制度，在指定地點完成設計任務，以便指導教師隨時

掌握設計進度。

5．愛護圖書資料，公用圖書資料不得長期占用。6．嚴重違反設計紀律將受到一定的處分，直到被勒令停止設計。

五、參考資料

1．《化學工程手冊 第一篇 化工基礎數據》化學工業出版社（1980）2．《化學工程手冊 第十三篇 氣液傳質設備》化學工業出版社（1979）3．《浮閥塔》北京化工研究院 “板式塔”專題組 燃料化學工業出版

社（1972）

4．《化工基本過程與設備 設計教科書》［蘇］．N迫特尼奧爾斯科戈 5．“Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection” Vol． 1． 6．《化工過程工程工業實踐》S．W Bodman著，曲德林等譯 清華大學

出版社（1985）

7．《塔的工藝計算》 石油工業出版社（1977）8．《基礎工藝計算中冊》上?？萍汲霭嫔纾?979）

9．《化工原理上、下冊》譚無恩等著，化學工業出版社（1990）10．《泵類產品樣品》第一冊、第二冊 機械工業出版社

11．《化工過程及設備設計》華南工學院化工原理教研室（1987）12．《石油化工基礎數據手冊》盧煥章等編著，化學工業出版社 13．《化工原理課程設計資料》

（一）板式塔 浙江工業大學化工原理

教研室

14．《化工原理課程設計資料》

（二）填料塔 浙江工業大學化工原理

教研室

15．《化工原理課程設計資料》

（三）列管式換熱器 浙江工業大學

化工原理教研室

16．《化工過程及設備數據及圖集》 浙江工學院

第二篇：化工原理課程設計(循環水冷卻器設計說明書)匯總

齊齊哈爾大學化工原理課程設計

齊 齊 哈 爾 大 學

化工原理課程設計

題

目

循環水冷卻器的設計

學

院

化學與化學工程學院

專業班級

制藥工程

學生姓名

夏天

指導教師

呂君

成績

2016年

07月

01日

齊齊哈爾大學化工原理課程設計

目 錄

摘 要 ……………………………………………………………………………錯誤！未定義書簽。

Abstract………………………………………………………………………………錯誤！未定義書簽。

第1章 緒論 ………………………………………………………………………1 1.1設計題目：循環水冷卻器的設計 …………………………………………1 1.2設計日任務及操作條件 ……………………………………………………1 1.3廠址：齊齊哈爾地區 ………………………………………………………1 第2章 主要物性參數表 …………………………………………………………1 第3章 工藝計算 …………………………………………………………………2 3.1確定設計方案 ………………………………………………………………2 3.2核算總傳熱系數 ……………………………………………………………4 3.3核算壓強降 …………………………………………………………………6 第4章 設備參數的計算 …………………………………………………………8 4.1確定換熱器的代號 …………………………………………………………8 4.2計算殼體內徑DⅠ ……………………………………………………………9 4.3管根數及排列要求 …………………………………………………………9 4.4計算換熱器殼體的壁厚 ……………………………………………………9 4.5選擇換熱器的封頭 …………………………………………………………11 4.6選擇容器法蘭 ………………………………………………………………11 4.7選擇管法蘭和接管 …………………………………………………………13 4.8選擇管箱 ……………………………………………………………………14 4.9折流擋板的設計 ……………………………………………………………15 4.10支座選用……………………………………………………………………16 4.11拉桿的選用和設置…………………………………………………………16 4.12墊片的使用…………………………………………………………………18 總結評述 ……………………………………………………………………………20 參考文獻 ……………………………………………………………………………21 主要符號說明 ………………………………………………………………………22 附 表1 ……………………………………………………………………………24 附 表2 ……………………………………………………………………………25 致 謝 ……………………………………………………………………………26

齊齊哈爾大學化工原理課程設計

齊齊哈爾大學化工原理課程設計

摘要

在國內外的化工生產工程中，列管式換熱器在目前所用的換熱器中應用極為廣泛——由于它具有結構牢固，易于制造，生產成本較低等特點。

管殼式換熱器作為一種傳統的標準換熱器，在許多部門中都被大量使用。其結構由許多管子所組成的管束，并把這些管束固定在管板上，熱管板和外殼連接在一起。為了增加流體在管外的流速，以改善它的給熱情況在筒體內安裝了多塊擋板。

我們的進行作業時列管換熱器的設計，根據所給的任務，進行綜合考慮。首先確定流體流徑。我們選擇冷卻水通入管內，兒循環水通過入管間。

其次，我們確定兩流體的定性溫度，由于溫度引起的熱效應不大，可以選擇固定管板式換熱器。根據初算的總傳熱系數和熱負荷，以及換熱器的換熱面積，換熱器的根數和長度，來確定管程數。并查閱相關資料。

初步工作完成之后，對設備的各種參數校核，包括換熱器殼體，封頭，管箱，管板，法蘭的選用等等，接著進行一系列的檢查。

選擇這些附件，不僅要與所選換熱很好的匹配，而且要兼顧經濟的要求，讓換熱器既造價低廉又堅固耐用，以達到即經濟又實惠的效果。

換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，以實現不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實現化工生產過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備，在熱交換器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種是流體溫度較高，放出熱量，另一種是溫度較低，吸收熱量。

在化工、石油、動力、制冷、食品等行業中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述這些行業的通用設備，占有十分重要的地位。隨意我國工業的不斷發展，對能源利用、開發和節約的要求不斷提高，對換熱器的要求也日益增強。換熱器的設計制造結構改進以及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。根據不同的目的，換熱器可以是熱交換器、加熱器、冷卻器、蒸發器、冷凝器等。

關鍵字：換熱器；列管式換熱器；循環水；冷卻器

I

齊齊哈爾大學化工原理課程設計

Abstract Heat exchanger is part of the thermal fluid heat transfer to cold fluid equipment, in order to realize the different temperature of heat transfer between fluid, also called heat exchanger.Heat exchanger is to realize the heat exchange and transmission in the process of chemical production indispensable equipment, in the heat exchanger, there are at least two different fluid temperature, fluid temperature is higher, one is gives off heat, the other is a low temperature, absorption of heat.In chemical, petroleum, power, refrigeration, food and other industries widely used in all kinds of heat exchanger, and they are universal equipment, these industry occupies very important position.Optional constant development of the industry in our country, to the

requirement of increasing the energy utilization, development and conservation, the

requirement of the heat exchanger is also growing.The design and manufacture of heat exchanger structure improvement and the heat transfer mechanism of research is very active, appeared some new high efficiency heat exchanger.According to different purposes, the heat exchanger can be heat exchanger, heater, cooler, evaporator, condenser, etc.Because of the different conditions of use, heat exchanger can have various forms and structures.In production, heat exchanger is a separate equipment sometimes, sometimes, is a part of the process equipment.Key Words：Heat exchanger；Shell and tube heat exchanger；Floating-head type

II

齊齊哈爾大學化工原理課程設計

第1章

緒論

1.1 設計題目

循環水冷卻器的設計

1.2 設計任務及操作條件

1.2.1 設計任務

①處理能力：72000kg/h ②設備型式：列管式換熱器

1.2.2 操作條件

①循環水：入口溫度55℃，出口溫度40℃ ②冷卻介質水：入口溫度25℃，出口溫度35℃ ③管程和殼程的壓強不大于1.0MPa ④換熱器的熱損失4% 1.3 廠址

齊齊哈爾地區

第2章

主要物性參數表

在定性溫度下：t定冷=（25+35）/2=30℃ t定循=（55+40）/2=47.5℃

齊齊哈爾大學化工原理課程設計

由4.1.2可知：冷卻水用量=28.8kg/s

則

Mc/ ρc=0.0289m3/s

Ns=4V/（3.14(0.02)2×0.5）=184根

根據列管式換熱器傳統標準，此數據可選取按單程算，所需的單程熱管 長度

L=A/3.14dins=7.65m

(3-5)取傳熱管長l=8m

則該傳熱管的管程數為：Np=L/l=

1傳熱總根數NT=Npns=1×184=184根

實際傳熱面積So=N3.14d（1-0.1）=91.29㎡

則要求過程的總傳熱系數為

Ko=Q/So△tm=693w/(㎡·℃)

(3-6)該換熱器的基本結構參數如下：

表4-1換熱器的基本結構參數

公稱直徑：500m 總管數：NT=184根

管數：184 管長：8.0m

工程壓強：1.0MPa 管間距：t=32mm 管程數：m=1 工程面積：80㎡

管子排列方式：正三角形排列

3.2 核算總傳熱系數

3.2.1 管程對流傳熱系數

Ai??4?di?2n3.14184??0.022??0.05778mNp41ui?Vs/As?0.0289/0.05778?0.5002m/s

Rei?di?cui?ccph?c?0.02?0.5002?995.7?12435.37

0.00008007普蘭特準數：

Pri??c4.174?103?0.00008007??5.42

0.617

齊齊哈爾大學化工原理課程設計

?0.80.43i?0.23?dReiPr?0.023?0.6170.02?(12435.4)0.8?(5.42)0.i

?2631.5W/(m2 K)3.2.2殼程傳熱系數

取換熱器管心距t=32 mm 殼程流通截面積為：

A?hD(1?d0/t)

其中：h-折流板間距。取為300㎜。D-殼體公稱直徑，取為600㎜ d-管子外徑，可取25㎜ t-中心距，可取32㎜。

殼程流體流速：

u0?Vc/A0?72000/(3600?988.1?0.039)?0.5125m/s 當量直徑按三角形排列有：當量直徑

d2e?4(0.866t2??d0/4)/(?d0)?0.0202m

Rede?cu00.0202?0.5125?988.10???c0.0005494?18709.87

普蘭特準數：

Prcpc?c4.174?103?0.5494?10?30???0.6478?3.54

c用殼方流體的對流傳熱系數的關聯式計算

1?.36?0.64780?00.0202?44810.90.55?3.543?0.95?3738.8W/(m2 ℃)

帶入數據得：

?0.64780?0.36?0.0202?1.524?0.95?3738.8w/m2·℃

3.2.3 計算總傳熱系數

(3-7)

齊齊哈爾大學化工原理課程設計

K0?1

(3-9)

d0Rsid0bd01(???Rso?)?ididi?dm?o其中：?0,?1——殼程管程對流傳熱系統w/㎡·℃

d0,di,dm——換熱管外徑內徑和內外徑的平均值mm ℃/w Rsi,Rs0——管內側外側污垢熱阻㎡·b——換熱器壁厚，取 0.0025m ℃ λ——碳鋼的導熱系數，取45 w/㎡·管壁熱阻碳鋼在該條件下λ=45 w/㎡·℃ 0.0025Rw??0.06?10?3m2·℃/W

450.0250.00009?0.02510.06?0.025??0.00009??)

0.02?2631.50.023738.80.02?1000?980.87w/m2℃(計算安全系數?K0?1k計?k選980.87?850??100%?15.40% k選850核算表明該換熱器可以完成任務。

3.3 核算壓強降

3.3.1 管程流體阻力

[11]

??Pi?(?P1??P2)NpFt

(3-10)

L?ui2 Np?2,?pi??

(3-11)

di2（1）對于ΔP1的計算：管程流通截 ?n1843.14Ai?di2··?0.022???0.0578m2

4NP14由此可知ui?Vi0.0289??0.5m/s

Ai0.0578

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R?ui.7?0.02?0.5ei?di??99580.07?10-5?12435.37 設管壁粗糙度??0.1mm,?1d?0.i20?0.00

5λ=0.037代入?P1計算式 ΔP1=0.037×?P6995.7?（0.5121?0.037?0.02?）2?958.23Pa（2）對于?P2的計算

P3?u2995.7?(0.5)2?2?2?3?2?373.38Pa

（3）對于??Pi的計算

則：??P(?P''i?1??P2)FtNp?(958.23?373.38)?1.4?2?3728.53Pa 由此可知，管程流通阻力在允許范圍之內。

3.3.2 殼程壓強降校核

??P?(?P'?P'[12]01?2)NsFs

2其中： ?P'1?Ff?u00nc(NB?1)2

?P'?N.5?2h?u20

2B(3D)2Fs是殼程壓強降屆后校正因數，液體取1.15 Ns是殼程數，為1（1）對于?P' 1 的計算

由于換熱器列管呈三角形排列F=0.5

Nc?1.1n?1.1184?14.9

取折流板間距為300mm；

N?8b0.3?1?12塊

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換熱器的規定。查化學化工出版杜《化工工藝設計手冊》（上）第120頁表3-10《列管式固定管板換熱器標準圖號和設備型號》得到殼體內徑Di，公稱壓強，管根數及排列要求而確定。

4.2 計算殼體內徑Di

'公式：Di?(nc?1)?2b

(4-1)其中：t——管中心距，m對?25?2.5

nc——橫過管束中心線的管線，用nc?1.1n計算

b'——管束中心線上2管的中心到殼體內辟的距離，取b'?1.5d0 計算：

Di?0.032?(14.92?1)?2?1.5?0.0025?0.452m?500mm

4.3 管根數及排列要求

（1）換熱器采用?25?2.5的無縫鋼管，材質選用可焊接性好的10號鋼，管長8m，共184根管。

（2）排列方式及管中心距的確定 1）可該換熱器列管采用三角排列

2）管子與管板采用焊接，故可取t?1.25

d0?32mm

4.4 計算換熱器殼的壁厚

4.4.1 選適宜的殼體材料

根據《化工設備手冊-材料與部件》（上海）第102頁壓力容器用碳素碳及普通低合金厚板鋼(YB536?69)，換熱器公稱壓強為1.6MPa選用A3F鋼板。

4.4.2該鋼板的主要工藝參數性能

加工工藝性能好，可冷卷，氣割下料開坡口，炭弧氣刨挑焊根開坡口。冷沖壓力熱沖壓性能好，使用溫度?20~475℃，可以作中低壓設備，所以簡體材質選用A3F鋼板，鋼板標準GB3274。

4.4.3壁厚的計算

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將有關數據代入原式可得

2.0?(500?5.4)?T??110.11MPa

2?5.4?0.85查閱《化工設備機械基礎》（華東理工大學出版社）表14-3，《鋼制壓力容器中使用的鋼許用應力》可得到A3F鋼制容器在常溫水壓試驗時?s?235MPa

從而，有[?T]?0.9?s?0.9?235?211.5MPa所以殼體壁厚滿足水壓試驗的強度要求。

4.5 選擇換熱器的封頭

（1）公式：

?d?pDDi?C1?C2

(4-5)t2[?]??0.5pt其中：由于Di?500?1200mm，用整塊鋼板沖壓成型，此時

??1,Pc?1.0MPa,C1?0.6mm,C2?2.0mm

1.6?500?0.6?2.0?5.62mm

2?131.89?1?0.5?1.6（3）選擇適宜厚度，并確定封頭型式規格（2）計算：?d?根據《化工設備手冊材料與零部件》<上冊>第327頁橢圓封頭JB1154?73應選封頭mm，且根據其選用一橢圓封頭尺寸如下：

型式 橢圓形

公稱直徑 500mm

曲面高度 125mm

直邊高度 0.309m2

4.6 選擇容器法蘭

4.6.1 選擇法蘭的型式

選用甲型平焊容器法蘭。已知換熱器的公稱壓力為PN?1.0MPa，公稱直徑500mm。查閱《壓力容器與化工設備使用手冊》中3-1-1，《壓力容器法蘭分類》，宜采用甲型平焊容器法蘭。法蘭材料為板材Q235-B，工作溫度>-20攝氏度的最大工作壓力為1.05MPa，小于公稱壓力，故甲型平焊容器法蘭最大允許工作壓力滿足要求。

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4.6.2 確定法蘭相關尺寸

查閱《壓力容器與化工設備使用手冊》第467頁。表3-1-2（A）《甲型平焊法蘭尺寸》和表3-1-2（B）《甲型平焊法蘭質量》可得法蘭相關尺寸如下表：

法蘭質量（kg）襯環質量（kg）

平面 36.81 1.7

凸面 38.43 3.7

凹面 37.21 2.5

公稱直徑DN 500

D 630

D1

D2

法蘭 D3

D4

d

螺栓 規格 數量 20

590 555 545 542 44 23

4.6.3 選用法蘭并確定標記

選用甲型平焊容器（凹凸密封面）為宜 標記為：法蘭?AT500?1.6 JB/T4701?2000 結構如圖

MFM

圖4-3法蘭

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4.7選擇管法蘭和接管

4.7.1熱流體進出口接管

取接管熱流體流速為u=1.7/ m s，則接管內徑為

11D1?[4V/(u.1?)]?[4?0.0289/3.14?1.7]2 ?125mm2可取接管:?133?4mm,長150mm兩個

4.7.2冷流體進出口接管

取接管內流體流速u2=1.5m/s,則接管內徑為 D2?[4V/(?u2)]?[4?28.8/995.7/(3.14?1.65)]

?156mm11 可取接管：Φ159×4.5，長150 mm兩

表4—3鋼制管法蘭（HGJ45-91）

公稱 直徑DN 管子 外徑 A

連接尺寸

法蘭外 螺栓孔 螺栓孔徑D

中心圓 直徑L 直徑K

螺栓 孔數 n

螺栓 長度

螺栓柱 螺柱 長度

法蘭 厚度 C

法 蘭 內 徑 B

156 125 159 133 220 250

180 210 18 6

70

20

135

4.7.3選擇法蘭

根據公式直徑與公稱壓力選用板式干旱鋼制管法蘭。HG20593-97

SO150-2.5RF

16Mn 4.8 選擇管箱

查閱《化工設備標準圖冊》，選擇封頭管箱，材料為

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4.10支座選用

查閱《化工設備設計手冊材料與零部件》第625頁, 選用A3F材料，采用鞍式支座

Dg500AJB1167-73.尺寸如下表

表5-4鞍式支座DG500AJB1167-73

公稱直徑

DN

500 每個支座允許負荷

t

23.0

160 460 120 330 90 200 b

L

B

K1

b

m

圖4-6鞍式支座

4.11 拉桿的選用和設置

4.11.1拉桿的選用

查閱《化工過程和設備設計》 第15頁表可知：

516

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4.12.2管法蘭用墊片

材料：耐油橡膠石棉板 S20——0056——3.厚度3mm.墊片：1.MFM

150——2.5

2.MFM

200----2.5

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總結評述

在教師的悉心指導下，在團隊中每個人的積極努力下，在這歷時兩個星期的課程設計中我們解決了很多難題。

然而，在這次課程設計中，大家更多的發現了自己的不足，以及對實踐經驗的缺乏，在諸多方面還需提高。在學習中大家分工明確，在每個環節中都能出色的完成。

我組主要進行了以下環節：

一．數據計算——在設計剛開始時，大家積極查詢相關資料，翻閱了圖書館里的很多相關書籍。在大家不斷查找資料、不斷的理解公式原理不斷進行可行性分析的前提下,很多問題都得到了解決，在很多難點上都有了很大的突破。經過了幾天的團結協作完成了計算部分。

二．設計說明書——在這個環節中，大家認真的將每一個公式字句輸入文檔中，輸完之后又進行了多次檢查，多次審核，終于經過了幾天的精誠合作，完成了文檔的輸入工作。說明書的設計，從封皮到公式到逐字逐句都顯得十分謹慎。

三．畫圖——對于每一個環節，都需要每個成員在該環節上有所突破。在這個環節中，在組長的領導下，大家默契配合，充分體現了團隊精神，通過對數據的深刻理解，認認真真的完成了制圖的工作，終于完成了該設計的最后環節。

通過這次設計我們看到了團隊的力量，個人離不開團隊，團隊需要每一個人的精誠合作，才能發揮團結協作的精神。

通過老師的耐心的講解和幫助，我們把公式及其應用范圍都鞏固了一遍。經過這次課程設計，我們充分的理解了課程設計的真正含義。本次設計給了我知識和技能的同時，也給予我很多經驗和教訓。

在今后的學習和工作中，我將不斷努力學習科學文化知識，不斷完善自己，不斷的挖掘自己的潛力。

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參考文獻

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[6]華南理工大學，化工工程及設備設計，廣州，華南理工大學出版社2006.10 [7]刁玉偉，王立業編，化工設備機械基礎，大連，大連理工大學出版社2008.12 [8]中華人民共和國化學工業部工程建設標準，鋼制管法蘭，墊片化學工業出版社 [9]鋼制列管式固定板式換熱器結構手；1994.1 [10]化工設備設計手冊材料與零部件，上海人民出版社2005.3 [11]姚玉英主編化工原理（上）天津大學出版社2012.1 [12]大連理工大學教研室編，化工原理課程設計大連理工大學出版社，1994.6 [13]夏清主編化工原理（上）天津大學出版社2005.1 [14]齊齊哈爾大學化工原理教研室主編，化工原理課程設計2003.7 [15]譚天恩，麥本熙，丁慧華：化工原理--第二版，北京，化學工業出版社2011.6 [16]Tian-Guang HVDC transmission project: Converter Transformer Maintenance Manual[Z].Germany: Siemens, 2001.8

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重要符號說明

Q ——熱負荷

KJ/h mi——熱流體質量流速

KJ/h Cph——熱流體比熱容 KJ/(kg℃)Cpc——冷流體比熱容 KJ/(kg℃)

di ——傳熱管的內徑 m do ——傳熱管的外徑 m de——當量直徑 m D ——公稱直徑m K ——選取的傳熱系數 kw/m2.?c t1——冷流體進口溫度 ?c t2——冷流體出口溫度 ?c T1——熱流體進口溫度 ?c T2——熱流體出口溫度 ?c R——平均溫差校正系數的參數 Ft——溫度校正系數

P——公稱壓力 Mpa ai——管程傳熱膜系數 uo——殼程速度 m/s De——當量直徑 m Reo——殼程雷諾準數 Pro——課程普蘭特數

?——流體在定性溫度的黏度，Pa.s ?——導熱系數，wdm——平均管徑 m

m2.?c

2Rsi——管程的污垢熱阻 m.?c

w2Rso——殼程的污垢熱阻 m.?c

w

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b——壁厚 m ?△p——管程壓力降 Pa

?——相對粗糙度 mm i

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附表2

列管式換熱器的常用流量

·公稱直徑mm 1.5 12 400 10 10--500------600------800------

公稱面積㎡

管長m 2.0 16 15 14------------110 110 100 100

3.0 26 24 20 40 40 35 60 55 55

6.0 52 48 42 80 80 70 125 120 110 230 220 210 200

管程數 1 1 2 4 1 2 4 1 2 4 1 2 4 4

管數 13 113 102 90 177 172 152 269 258 242 501 488 456 444

公稱壓強

425-