化工原理课程方案设计书(00001).docVIP

化工原理课程设计题目 学 院：化学化工学院 专 业：化学工程与工艺 姓 名：学 号：指导教师：日 期：年月日 70年代末随着能源矛盾的日益突出，国内冶金工业炉开始大量采用换热器，其中绝大多数是金属对流换热器。当时最受青睐的是翅片管换热器，它的换热元件是带有内外翅片的铸钢管。由于单位体积内的换热面积大，所以换热器整体效率高，占地小，适合旧有炉子改造位置紧张的条件。但由于铸造产品质量控制难度大，裂、漏现象严重，而且膨胀问题也成为薄弱环节，更有令人头痛的积灰问题，限制了翅片管换热器的应用水平。自80年代后期以来，各种轧制管材的换热器逐渐取代了翅片管换热器。虽然其单位体积内的换热量没有翅片换热器大，但它的质量稳定，寿命长，阻力损失也不太大，得到广大用户的喜爱。目前应用最多的是管式换热器，其换热管是无缝钢管，有时管内加插件以强化传热，材质是碳钢或碳钢渗铝或耐热钢。近年来，材质水平又有了新的提高 管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点．在各工业领域中得到最为广泛地应用。近年来．尽管受到了其他新型换热器的挑战．但反过来也促进了其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今大，管壳式换热器仍占主导地位。 根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式和釜式重沸器五类。 固定管板式换热器的典型结构如图1所示。管束连接到管板上，管板与壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑、承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗。管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件(如膨胀节、挠性管板等)，来吸收热膨胀差。 图1 固定管板式换热器 固定管板式换热器的主要组合部件有前端管箱，壳体和后端结构（包括管束）三部分组成。管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其结构简单紧凑，排管多，能承受较高的压力，造价低，管内不宜结垢，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗，管程和壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。 管程 壳程 换 热 面 积 推 荐 材 质 物 料 名 称 操作压 力 操 作 温 度 物料 名称 操作压 力 操 作 温 度 管 层 壳 层 冷却水 0.35 35-45 甲醇 0.45 35-90 126 20# 关键词： 目 录 1 概述 1.1 换热器简介 1.2 设计目的和意义 2 设计任务书（例） 某生产过程的流程如图3－20所示。反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混合气体的流量为227800kg/h，压力为6.9MPa，循环冷却水的压力为0.4MPa。循环水入口温度29℃，出口温度为39℃，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 2.1 确定设计方案 2.1.1 选择换热器的类型 两流体温度变化情况：热流体进口温度110℃，出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮选式换热器。 2.1.2 确定工艺流程 从两物流的操作压力看，应使用混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水易结垢。若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使用循环水走管程，混合气体走壳程。 2.1.3确定物性数据 定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进口温度的平均值。故壳程混合气体的定性温度为 ℃ 管程流体的定性温度为 ℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合气体来说，最可靠的物性数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合物各组分的有关物性数据，然后按相应的加和方法求出混合气体的物性数据。 混合气体在85℃下的有关物性数据如下： 密度：ρ1＝90kg/m3 定压比热容：Cp1＝3.297kJ/kg.℃ 热导率：λ1＝0.0279w/m. ℃μ1＝1.5×10－5Pa.S 循环冷却水在34℃下的物性数据： 密度：ρ＝kg/m3 定压比热容：Cp＝kJ/kg.℃ 热导率：λ＝0.w/m. ℃ 粘度：μi＝0.742×10－5Pa.S 3 估算传热面积 3.1 热流量计算 依据式XX： （KW） 3.2 平均传热温差 按纯流计算，依式XX得 （K） 3.3 传热面积 由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值（参见《化工原理设计》P44）。假设K＝3