化工课程方案

化工原理课程设计计题目：热水冷却器的设计一. 设计任务及操作条件1处理能力 2500kg/h（ 热水 2设备型式：锯齿型换热器3操作条件热水：入口温度80C,出口温度55C冷却介质：自来水，入口温度 25E，出口温度38C允许压强降：不大于105Pa二. 设计要求（ 一 、编制一份设计说明书 打印稿），主要内容包括：1. 前言；2. 流程的确定和说明书 附流程简图）；3. 生产条件的确定；4. 换热器的设计计算，由热平衡计算传热量的大小，并确定第二种换 热流体的用量并决定流体通入的空间。5. 算流体的定性温度，以确定流体的物性数据。初算有效平均温差。 一般先按逆流计算，然后再校核。6. 计算传热系数 K 值，然后再作校核。7. 估传热面积。常取实际传热面积是计算值的 1.5-1.25 倍。8. 计算流体流动阻力。如阻力超过允许范围，需调整设计，直至满意 为止。选择适宜的锯齿型换热器并进行核算。9. 附属设备的选型和计算；10. 设计结果列表；11. 设计结果的讨论和说明；12. 注明参考和使用的设计资料；13. 结束语。二）绘制换热器装配图 1 张 （ 手绘 1 #号图纸三、设计日期： 2018年12月31日至 2018年1月11日1 概 述 11.1 换热器简介 11.2 设计方案简介 21.3 确定设计方案 21.3.1 设计流程图 3?工艺流程简图?1.3.2 工艺流程简图 41.3.3 换热器选型 41.4 符号说明 42 锯齿形板式热水冷却器的工艺计算 52.1 确定物性数据 52.1.1 计算定性温度 52.1.2 计算热负荷 62. 1. 3 计算平均温差 62.1.4 初估换热面积及初选板型 62.1.5 核算总传热系数 K 72.1.6 计算传热面积 S 92.1.7 压降计算 102.2 锯齿形板式热水冷却器主要技术参数和计算结果 103 课程设计评述 11参考文献 12附录 131概述 1.1换热器简介换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换 热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占 有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和 再沸器等，应用更加广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的 凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它的主要功能是保证工艺过 程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热 器种类很多，若按换热器传热面积形状和结构可分为管式换热器和特殊形式换 热器。因为生产规模、物料的性质、传热的要求等各一相同，故换热器的类型 很多，特点不一、可根据生产工艺要求进行选择。本次设计为锯齿形板式热水冷却器。板式换热器是由许多波纹形的传热板 片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装 时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防 止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以 增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传 热的效果。板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分 别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。板式换热器 的特点包括：1）体积小，占地面积少；2）传热效率高；3）组装灵活； 4）金属消耗量低；5）热损失小；6）拆卸、清洗、检修方便；7）缺点是 密封周边较长，容易泄漏，使用温度只能低于 150C，承受压差较小，处理量 较小，一旦发现板片结垢必须拆开清洗。1.2设计方案简介根据设计要求：用入口温度25C，出口温度38C的循环水冷却热水 热水的 入口温度80C，出口温度55C），通过传热量、阻力损失传热系数、传热面积 的计算，并结合经验值确定换热器的工艺尺寸、设备型号、规模选定，然后通 过计算来确定各工艺尺寸是否符合要求，符合要求后完成工艺流程图和设备主 体条件图，进而完成设计体系。设计要求：选择一台适宜的锯齿形换热器并进行核算。下图中左面的为板 式换热器外形，右边的是板式换热器工作原理图。1.3确定设计方案设计流程图确定物性常数，热负荷、冷却剂用量及平估温传热系定换热器类型及流体流动+选择板式换热器板型估计冷凝给热系数计算管内给核算冷凝给热系数1 r折流板计襯差不大 壳侧压降和管侧压降计 算，并与设计压力比较小于裕度系数校设计压力裕度合适板式换热器选取合理工艺流程简图换热器选型冷水计 值 假 值算与疋相计 算 值 与 假 疋 值 相 差 较 大压 降 大 于 设 计 压 力裕 度 过 大 或 过 小热水1 ?两流体温度变化情况：热流体进口温度 80C，出口温度55C；该换热器用循环冷却水冷却，初选).2锯齿形波纹板片的板:温度25C,出口温度38C。1.4符号说明;冷流体人口Pr 普兰特准数，无a对流给热系数，W/vrfrC)；R e雷诺准数书无因次;S 换热面积，mi;W热流体的质量流量，kg s-1 ;平均传热温差;K总传热系数，W/mC)；N 管子总数；H传热面积裕度；一一平均传热温差，C；Q换热器的热负荷，kw； r垢阻热阻，mc/w；21热系数，w/ /2 = 67.5 C冷却水：t m = (25+38/2 = 31.5 C查化工原理附录，两流体在定性温度下的物性数据如下表表2.1水的物理性质性 流体定性温度Tm C密度凶kg/m 3粘度B/10 -3Pa s比热容凶kJ/(kg K导热系数回W/(m K热水67.5979.70.4144.1810.662冷却水31.5995.20.7794.1740.619计算热负荷Q = WhCph (Ti-T2式中 Wh = 250C/3600=0.694kg/sQ =0.694X 4.181 X (80-55=72.54 kw计算平均温差 按逆流计算）初估换热面积及初选板型对于粘度小于1X10-3Pas的热水与循环冷却水的换热，列管式换热器的K值大约为8501700W/rf?，而板式热水冷却器的 K值大约为为列管式换热器的24倍，则可初估K为2500 W/m?。初估换热面积初步选定BJ0.2锯齿形波纹板片的板式热水冷却器，其单通道流通截面积 为0.00045，有效单片传热面积 0.10m2。3试选组装形式。该组装形式中2.0表示其公称换热面积为2.0m2;分子的表示，热水的程数为1,每程的流道均为10;分母的 冷却水的程数也为1，其流道为10。因所选板型为混流，故可采用列管式换热器的温差校正系数：初估板式换热面积计算总传热系数K1）计算热水侧的对流给热系数在 285014600 之间）当量直径为板片波纹咼度，即板间距）如果选用0.2m2锯齿形波纹板片，则其传热热系数的计算公式如下此公式适用于Re在285014600之间）2）计算冷却水侧的对流给热系数冷却水的质量流量冷却水在流道内的流速适用Re在285014600间）此公式适用于Re在285014600之间）3）金属板的热阻R=拟选用板材为不锈钢（1Cr18Ni9Ti ，其导热系数入w=16.8W/m-，板的厚 度估计为b=0.8mm估计值），贝UR=4）污垢热阻附录24壁面污垢热阻表2.2冷却水的壁面污垢热阻 冷却水 单位：卅W加热液体 温度/ r115以下115205水的温度25以上25以下/r水的速度1以下1以上1以下1以上海水0.85980.85981.71971.7197444444x 10x 10x 10x 10自来水、1.71971.71973.43943.4394井水、湖水x 10-4X 10-4x 10-4x 10-4蒸馏水0.85980.85980.85980.8598X10-4X 10-4x 10-4x 10-4硬水5.15905.15908.598 x8.598 x-4x 10-4x 1010-410-4河水5.15903.43946.87885.1590X10-4x 10-4x 10-4x 10-4换热器规格外形尺寸,长x 宽x高,mm625x 235x 0.8有效传热面积,m0.10波纹形式锯齿形波纹波纹高度,mm5.0法向波纹节距,mm40流道宽度210mm平均板间距,mm5.0平均流道横截面积,m20.00045平均当量直径，mm10.03课程设计评述本次化工原理课程设计是对 2500kg/h的锯齿形板式热水冷却器的设计。按老师布置设计任务及操作条件严格计算与设计，我通过到图书馆查阅有关文献 资料、上网搜索资料、和向老师、同学请教以及反复的计算核实，在设计的过 程当中，我力求严谨、细心、准确，并作出多次修改，板式热水冷却器的设计 可以说基本上完成了。这次的在课程设计过程中我有一些体会：课程设计不同于平时的作业，在 设计中需要我们自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行 过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较， 择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养我们独立工作能 力的有益实践。通过课程设计，我知道了必须要学会以下几点：(1熟悉查阅文献资料、搜集有关数据、正确选用公式。(2在兼顾技术上先进性、可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设计 任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全运 行所需要的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措 施。(3准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算。(4用精练的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达自己的设计思想和计算 结果。在整个设计过程中，虽然出现了很多状况，很多方面的知识我都是临时翻 书找的，也怪自己平时没有好好的实践，才临时抱佛脚了，但不管怎么样，我 还是学到了很多东西，也初步形成了设计化工仪器的概念，但因为自身水平有 限，错误和不当之处在所难免，恳请老师批评指正。参考文献1 大连理工大学化工原理教研室编化工原理课程设计大连理工大学 出版社,19942 柴诚敬等编.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，19943 王志祥主编.制药化工原理.北京:化学工业出版社，20054 柴诚敬.张国亮等.化工流体流动与传热 .北京：化学工业出版 社,20005 余国琮等.化工容器及设备.北京：化学工业出版社,19806 匡国柱.史启才.化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出 社,19887 朱聘冠.换热器原理及计算.北京:清华大学出版社,19878 时均等编.化学项目手册(第二版，上卷 .北京：化学工业出 版社,1996附录附录1:主体设备工艺条件图板式换热器外形尺寸及安装图锯齿形板式热水冷却器安装尺寸参数和型号ABC锯 BR006K58022894齿形 BR028K1115410200DEFG4201053.9N+145L+110867157L+500F-100HL最大 装机面积接口尺寸mrjn1783.0N520402903.1N308065波BR065K17806202961293286L+700F-205003.2N160280150纹 板BR09K20078163761413320L+800F-606163.2N250400200BR11K23008163761706320L+800F-606163.2N350700200板式换热器工作原理图附录2:主体设备工艺流程图