化工原理课程设计全套(包括图纸)

化工课程设计说明书

massachusetts institute of technology

一. 这里不能上传cad 的文件，只好将图纸打包到网盘里面了：目的 培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基础理论和基本知识去完成某项单元操作设备设计任务的实践能力。

二. 目标

设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的。

三. 题目

固定管板式冷却器的设计 四. 设计条件

管程和壳程的压力均不大于0。6MPa ，管程和壳程的压力降均不大于30KPa 。被冷却的物料为己烷，物料从正常温度(1T )被冷却，出口温度(2T )自定。冷却剂为自来软水，进口温度为30C ︒(1t )，出口温度(2t )自定。

五. 设计步骤

1. 方案设计

(1) 冷却剂的选用：自来软水

(2) 换热器型式的选择：固定管板式

(3) 流体壳程的选择：自来软水走管程，己烷走壳程 (4) 流体流动方向的选择：双管程+单壳程 2. 工艺设计

(1) 查出己烷的正常沸点(进口温度) 1T = C ο

(2) 选定己烷的出口温度 2T =44C ο (3) 选定冷却剂的出口温度 2t =38C ο (4) 计算逆流传热的平均温度差 1212ln m t t t t t ∆-∆∆=

∆∆逆=3868.7438ln 4430

----（68.74）（44-30）=C o

(5) 校正传热平均温度差

122168.7444 3.0933830T T R t t --=

==-- 21113830

0.206568.7430

t t P T t --=

==--

由(,)R P =φ查表得φ=， 因为<<，满足要求。由此得： (6) m m t t ∆=∆=折逆φ⨯C o 计算定性温度m m T t 和

12m T =121

（T +T ）=（68.74+44）=56.37C 2o

12m t =121

（t -t ）=（30+38）=34C 2

o

(7) 查出物料和冷却剂的物性参数

热系

数

112428.34m p Q q c ⨯=⨯⨯⨯12

14001000

（T -T ）=（68.74-44）=973473.64J/S 243600

(9) 根据总传热系数K 的大致范围，初选总传热系数0K =470W/(2m k ) (10)

初算传热面积0S

200973473.64

104.6447019.79

m Q S m K t =

==∆⨯折

(11) 根据工艺条件，选取公称压力 PN=

(12) 根据流体物性，选定换热管材为：碳素钢 (13)

由初算传热面积0S 和选定的公称压力PN ，根据管壳式换热器行业标

准JB/T4715-92，初定换热器的工艺尺寸：

1. 从行标中直接查取计算换热面积：S=2m

2. 公称直径DN 取600mm(卷制圆筒，圆筒内径为公称直径)

3. 管长L=4500mm

4. 管壁⨯壁厚bmm ⨯：0Фd ： Φ19⨯2mm

5. 总管数： n=416

6. 中心排管数： Nc=23

7. 管程流通面积i A =2m

8. 管子排列方式：正三角形

9. 管心距：t=25mm 10. 管程数：P N =2 11. 壳程数：S N =1

12. 折流板间距：h=300mm 13. 折流板型式：25﹪圆缺形

14.计算冷却剂的流量

22973473.64

29.153/4174m p Q q kg s c =

==⨯21

（t -t ）（38-30）

15.计算管程流速i u 29.153

0.7967/994.30.0368

mi i i q u s A =

==⨯ρ 因为<<3m/s ，所以满足要求。 16.计算管程对流传热系数i a Nu=0.8Re Pr n

i a =0.023i i u d 0.8n

i P d C （）

（）ρμλμλ

自来水被加热，n 取，代入数值：

0.6248994.30.023

0.0150.000742i a ⨯⨯⨯=0.80.4

0.0150.796741740.000742（）（）0.6248

=4197.87/w 2（m .k ）

17.计算壳程当量直径e d 和流速0u

42e d ππ=

200-d ）4d

=420.01727m π

π⨯=⨯220.025-0.019）40.019

00((.623.019A h D Nc d =-⨯⨯-⨯2)=0.3）=0.0489 m

00000140010000.53/243600624.890.0489

v m q q u m s A A ρ⨯=

===⨯⨯⨯ 因为<<1.5m/s ，所以满足要求。 18.计算壳程对流传热系数0a

Nu=0.551/3

Re Pr μμ0.14w （）。物料被冷却，μμ0.14

w

（）取， 将数值代入上式： 000.36e e d u a d μρλμμλμ=0.14

p w

c （）（）（）

0.10470.36

0.950.01727⨯⨯⨯=⨯⨯10.553

0.017270.53624.892428.340.00023（）（）0.000230.1047

= w/(2m k )

19.根据冷热流体的性质及温度，在(GB151-99P140-141)选取污垢热阻0d di R R 和

22

00.000176/0.000176/di d R m k m R m k m

==

20.计算总传热K '

000000

111

di d i i m d d d b R R K a d d d a λ=++++' 其中 λ的确定：

T S m =1/2⨯(m T +m t )，然后查表，利用内差法得到 λ=11w m k --

000.0190.0150.01690.019

ln ln

0.015i m i

d d d m d d --=

== 110.0190.0190.0020.0191

0.0001760.0001764197.870.0150.01551.540.0169947.726K =⨯+⨯+⨯++'

解出k '=(2m k )