化工原理课程之管壳式换热器课程设计

目录

化工原理课程设计任务书

设计概述

试算并初选换热器规格

1. 流体流动途径的确定

2. 物性参数及其选型

3. 计算热负荷及冷却水流量

4. 计算两流体的平均温度差

5. 初选换热器的规格

工艺计算

1. 核算总传热系数

2. 核算压强降

经验公式

设备及工艺流程图

设计结果一览表

设计评述

参考文献

化工原理课程设计任务书

化工原理课程设计任务书

一．设计任务

用初温为20℃的冷却水，将流量为（4000+200×学号）kg/h的95%（体积分率）的乙醇水溶液从70℃冷却到35℃；设计压力为1.6MPa，要求管程和壳程的压降不大于30kPa，试选用适当的管壳式换热器。

二．设计要求

每个设计者必须提交设计说明书和装配图(A2或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、符号说明、参考文献以及设计自评等。2．设计计算书的主要内容应包括的步骤:

1) 计算热负荷、收集物性常数。根据设计任务求出热流体放热速率或冷流体吸热速率，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，计算传热面积A估。

4) 根据A估初选标准换热器；

5) 换热面积的核算。分别按关联式求出管内、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实际进行比较，若A实际比A需大15%-25%，则设计成功；否则重新计算。

6) 管程和壳程压力降的核算。

7)接管尺寸的计算。

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。

一、设计题目：

设计一台换热器

二、操作条件：

1、乙醇水溶液：入口温度70℃，出口温度35℃。

2、冷却介质：循环水，入口温度20℃。

3、允许压强降：不大于30kPa。

三、设备型式：

管壳式换热器

四、处理能力：

8000Kg/h

五、设计要求：

1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。

2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。

3、设计结果概要或设计结果一览表。

4、设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸）

5、对本设计的评述及有关问题的讨论。

1.设计概述

1.1热量传递的概念与意义

1.热量传递的概念

热量传递是指由于温度差引起的能量转移，简称传热。由热力学第二定律可知，在自然界中凡是有温差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。

2. 化学工业与热传递的关系

化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量；又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。

此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。总之，无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。

应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态变成另一个平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学士热力学的扩展。

3.传热的基本方式

根据载热介质的不同，热传递有三种基本方式：

（1）热传导（又称导热）物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差。

（2）热对流（简称对流）流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中，产生原因有二：一是因流体中各处温度不同而引起密度的差别，使流体质点产生相对位移的自然对流；二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制运动的强制对流。

此外，流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程，即是热由流体传到固体表面（或反之）的过程，通常称为对流传热。

（3）热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。热辐射的特点是：不仅有能量的传递，而且还有能量的转移。

1.2换热器的概念及意义

在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。这种设备统称为换热器。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成部分，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的。任何化工生产中，无论是国内还是国外，它在生产中都占有主导地位。

【表】换热器设计要求