课程设计指导书(换热器 筛板塔).docVIP

前 言 化工原理课程设计是化工原理课程的一个总结性教学环节，是培养学生工程设计能力的一次基本训练，它要求学生按照课程设计任务书的要求，完成一项化工设备的设计工作，通过设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，同时在以下几个方面得到训练、培养和提高： 1.综合应用化工原理课程及有关先修课程的基本知识去分析和解决实际问题的能力。 2.查阅技术资料、选用计算方法、计算公式和收集数据的能力。 3.树立正确的设计思想，懂得工程设计应兼顾技术上的先进性、经济上的合理性和操作上的安全可靠性。 4.用层次清楚的计算，辅以必要而简洁的文字说明和清析的图表来表达设计结果的能力。 5.工程制图的能力。 课程设计结果要求编写成“设计说明书”，绘制相应的工艺流程图和主体设备图。 设计说明书的内容一般应按如下项目编写 1.设计任务书。 2.目录。 3.设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。 4.设计计算过程： ①工艺计算及主体设备的设计计算。包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、主体设备结构和工艺尺寸的设计计算等。 ②辅助设备的选型计算。通过计算选定典型辅助设备的规格型号。 5.图纸： ①工艺流程图。以单线条的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料走向、物流量、能流量和主要测量点。 ②主体设备工艺条件图。图面应包括设备的主要工艺尺寸、技术特性表和接管表。 6.设计结果汇总。分表列举各流股物料量、能耗指标、主要操作参数、主体设备工艺尺寸以及辅助设备的规格、型号和数量等。 7.设计结果评述。 8.参考资料。 本课程设计指导书根据化工原理教学大纲的要求，对给定化工单元操作典型设备的设计计算，给学生提示了设计计算步骤，指导计算方法，并提供了部分计算公式和数据，作为对课堂教学内容的补充。 设计计算中需要用到的大部分计算公式和数据应由学生自己查阅有关资料。 第一章 热交换器 1.概述 热交换设备是工业生产中为实现物料之间热量传递的一种工艺设备，各种类型的换热器作为工艺过程必不可少的设备，广泛应用于化工、医药、动力、冶金、交通、制冷、轻工等众多部门。如何根据不同的工艺生产流程和生产规模，设计出投资省、能耗低、传热效率高、维修方便的换热器，是工艺设计人员重要的工作。按换热设备的传热特征，可将其分为三大类：直接接触式、蓄热式和间壁式。其中，又以间壁式热交换器的使用最为广泛。 间壁式热交换器的类型很多，传统的类型有列管式、套管式、蛇管式、夹套式，等等。为了提高传热效率和节约金属材料用量，近年来一些比较先进的间壁式换热设备，例如板式换热器、螺旋板式换热器、螺纹管换热器等，在我国正得到广泛应用。此外，热管换热器、平板型太阳集热器等新型换热设备的设计研究及工程应用工作也在进行。 目前应用最多的仍为列管式换热器，它与其他传统设备相比，单位体积设备所能提供的传热面积较大，传热效果较好，结构紧凑、坚固，用材可以多样，就是与一些新型设备相比，它也还具备适应性强、操作可靠等优点。 列管式换热设备已有国家系列化标准的定型产品，需要时可以通过计算选用。但是，掌握列管式换热器单体设备工艺设计计算的基本方法，亦属化工类工艺专业学生有必要接受的一项基本训练。 列管式换热器主要有以下四种：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器。 ⑴固定管板式换热器 结构特点：两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构的壳侧清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束合壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，会使管子与管板的接口脱开，从而发生介质的泄露。因此适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。 ⑵浮头式换热器 结构特点：两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端则可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是当换热管与壳体间有温差存在、壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力，并且管束可以从壳体内抽出，便于管内管间的清洗。缺点是结构复杂，用材量大，造价高，并且若浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄露，造成两种介质混合。 适用于管壁间温差较大或易于腐蚀和易于结垢的场合。 图1 固定管板式换热器 图2 浮头式换热器 ⑶U形管式换热器 结构特点：只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管有温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，密封面少，运行可靠，管束可以抽出，管间清洗方便。缺点是管内清洗困难，由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低，管束内管程间距大，壳程易短路，内程管子损坏不能更换，因而报废率较高。此外其造价比固定管式管板高10%左右。 图3 U形管式换热器 ⑷填