化工原理課程設(shè)計(jì)-換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

1、題目一：用水冷卻煤油產(chǎn)品的列管式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)處理量為XXX噸/年XXXXXXXX的工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)名稱(chēng) 用水冷卻煤油產(chǎn)品的多程列管式換熱器設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)條件 使煤油從140冷卻到40,壓力1bar ,冷卻劑為水，水壓力為3bar，處理量為10t/h,進(jìn)口溫度20 ，出口溫度40 三、設(shè)計(jì)任務(wù) 1 合理的參數(shù)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 傳熱計(jì)算和壓降計(jì)算：設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算四、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容1 傳熱面積2 管程設(shè)計(jì)包括：總管數(shù)、程數(shù)、管程總體阻力校核3 殼體直徑4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括壁厚5 主要進(jìn)出口管徑的確定包括：冷熱流體的進(jìn)出口管6流程圖（以圖的形式，并給出各部分尺寸）及結(jié)構(gòu) 尺寸匯總（以表的

2、形式）7評(píng)價(jià)之8參考文獻(xiàn)一、設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)對(duì)煤油產(chǎn)品冷卻的列管式換熱器設(shè)計(jì)，達(dá)到讓學(xué)生了解該換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并能根據(jù)工藝要求選擇適當(dāng)?shù)念?lèi)型，同時(shí)還能根據(jù)傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計(jì)算傳熱面積以及計(jì)算流體阻力。 總之，通過(guò)設(shè)計(jì)達(dá)到讓學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)踐，獲取從事工程技術(shù)工作的能力。二、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足工藝要求2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，操作調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行安全可靠3 設(shè)計(jì)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等4 安裝、維修方便三、設(shè)計(jì)要求1 計(jì)算正確，分析認(rèn)證充分，準(zhǔn)確2 條理清晰，文字流暢，語(yǔ)言簡(jiǎn)煉，字跡工整3 圖紙要求，圖紙、尺寸標(biāo)準(zhǔn)，圖框，圖簽字規(guī)范4 獨(dú)立完成四、設(shè)計(jì)課題

3、工程背景 在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，常常需要將各種石油產(chǎn)品（如汽油、煤油、柴油等）進(jìn)行冷卻，本設(shè)計(jì)以某廠冷卻煤油產(chǎn)品為例，讓學(xué)生熟悉列管式換熱器的設(shè)計(jì)過(guò)程。五、參考文獻(xiàn)1 化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)，華南工學(xué)院，19862 傳熱設(shè)備及工業(yè)爐，化學(xué)工程手冊(cè)第8篇，19873 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組. 金屬設(shè)備，19754 尾范英郎（日）等，徐忠權(quán)譯，熱交換設(shè)計(jì)物冊(cè)，19815 譚天恩等. 化工原理(上、下冊(cè))化學(xué)工業(yè)出版社.六、設(shè)計(jì)思考題1設(shè)計(jì)列管式換熱器時(shí)，通常都應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的換熱器，為什么？2 為什么在化工廠使用列管式換熱最廣泛？3 在列管式換熱器中，殼程有擋板和沒(méi)有擋板時(shí)，其對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算方法有

4、何不同？4 說(shuō)明列管式換熱器的選型計(jì)算步驟？5 在換熱過(guò)程中，冷卻劑的進(jìn)出口溫度是按什么原則確定的？6 說(shuō)明常用換熱管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格（批管徑和管長(zhǎng)）。7 列管式換熱器中，兩流體的流動(dòng)方向是如何確定的？比較其優(yōu)缺點(diǎn)？七 、部分設(shè)計(jì)問(wèn)題引導(dǎo)1 列管式換熱器基本型式的選擇2 冷卻劑的進(jìn)出口溫度的確定原則3 流體流向的選擇4 流體流速的選擇5 管子的規(guī)格及排列方法6 管程數(shù)和殼程數(shù)的確定7 擋板的型式八、設(shè)計(jì)答辯指導(dǎo)1 列管式換熱器的型號(hào)，可查找化工過(guò)程及 設(shè)備及換熱器等書(shū)籍。2 換熱器強(qiáng)度設(shè)計(jì)可找化機(jī)同學(xué)或老師了解，并參照金屬設(shè)備等資料3 繪圖可找制圖老師了解，并參考機(jī)械制圖，化工制圖及制圖標(biāo)準(zhǔn)等。計(jì)算

5、示例某生產(chǎn)過(guò)程中，需將6000 kg/h的油從140冷卻至40，壓力為0.3MPa；冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水入口溫度30，出口溫度為40。試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。 1確定設(shè)計(jì)方案 （1）選擇換熱器的類(lèi)型 兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度140，出口溫度40冷流體(循環(huán)水)進(jìn)口溫度30，出口溫度40。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。 （2）流動(dòng)空間及流速的確定 由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走

6、殼程。選用252.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/。 2確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 殼程油的定性溫度為()管程流體的定性溫度為()根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 油在90下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 o=825 kg/m3定壓比熱容 cpo=2.22 kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) o=0.140 W/(m)粘度 o=0.000715 Pas循環(huán)冷卻水在35下的物性數(shù)據(jù)： 密度 i=994 kg/m3定壓比熱容 cpi=4.08 kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) i=0.626 W/(m)粘度 i=0.000725 Pas3計(jì)算總傳熱系數(shù) （1）熱流量 Qo=

7、Wocpoto=60002.22(140-40)=1.32106kJ/h=366.7(kW)（2）平均傳熱溫差 ()（3）冷卻水用量 (kg/h)（4）總傳熱系數(shù)K 管程傳熱系數(shù) W/(m)殼程傳熱系數(shù) 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)o=290 W/(m2)； 污垢熱阻Rsi=0.000344 m2/W , Rso=0.000172 m2/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45 W/(m)=219.5 W/(m)4計(jì)算傳熱面積 (m2)考慮 15的面積裕度，S=1.15S=1.1542.8=49.2(m2)。 5工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速 選用252.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速u(mài)i=0.5m/s。 （2）管程數(shù)

8、和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為(m)按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)L=6m，則該換熱器管程數(shù)為(管程)傳熱管總根數(shù) N=582=116(根)（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 題目二 正戊烷冷凝器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)1. 正戊烷、冷凝溫度為51.7，冷凝液于飽和液體下離開(kāi)冷凝器；2. 冷卻介質(zhì)，地下水，流量為7000kg/h，入口溫度：20；3. 允許壓強(qiáng)降，不大于105Pa；4. 每年按300天計(jì)；每天24 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。1設(shè)計(jì)題目 正戊烷冷凝器的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)課題工程背景： 煉油廠精餾塔塔頂冷凝器蒸汽主要是

9、正戊烷，以此為原料設(shè)計(jì)一正戊烷冷凝器。 2設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 （1）處理量 (2.0, 2.2,2.5 ,2.8)104噸/年 （2）正戊烷冷凝溫度為51.7，冷凝液于飽和液體下離開(kāi)冷凝器； （3）冷卻介質(zhì)，地下水，流量為7000kg/h，入口溫度：20、25、30； （4）允許壓強(qiáng)降：不大于105Pa（5）每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行 （6）設(shè)備型式 立式列管冷凝器 （7）設(shè)計(jì)項(xiàng)目 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述； 換熱器的工藝計(jì)算：確定換熱器的傳熱面積； 選擇合適的立式列管冷凝器并進(jìn)行較核計(jì)算； 對(duì)冷凝器的附件進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 繪制換熱器總裝配圖。

10、 （8）設(shè)計(jì)要求 說(shuō)明書(shū)采用統(tǒng)一封面和紙張； 方案和流程的選擇要闡明理由； 設(shè)計(jì)過(guò)程思路清晰，內(nèi)容完全； 設(shè)計(jì)、計(jì)算中所采用的公式、數(shù)據(jù)、圖表等注明出處，有些需說(shuō)明理由； 一律用鋼筆填寫(xiě)，要排列整齊，字體端正，書(shū)面整潔； 計(jì)算過(guò)程均應(yīng)寫(xiě)出； 設(shè)備圖以制圖要求為準(zhǔn)； 集中做設(shè)計(jì)，獨(dú)立完成。 3設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容 （1）課程名稱(chēng)、首頁(yè)、目錄及頁(yè)碼； （2）前言； （3）簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)內(nèi)容，自己設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，引用的標(biāo)準(zhǔn)等； （4）熱量衡算及初步估算換熱面積； （5）冷凝器的選型及流動(dòng)空間的選擇； （6）工藝流程圖； （7）冷凝器的校核計(jì)算； （8）結(jié)構(gòu)及附件設(shè)計(jì)計(jì)算； （9）冷凝器的主要數(shù)據(jù)一覽表； （10）

11、設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)； （11）附立式列管冷凝器總裝圖。 4設(shè)計(jì)圖要求 附工藝流程圖及冷凝器裝配圖一張。 5設(shè)計(jì)思考題 （1）冷卻水出口溫度如何確定?（2）流體流動(dòng)空間的選擇原則是什么?（3）在K計(jì)算公式中,各項(xiàng)含義是什么，在不同情況下說(shuō)明提高K值的途徑及采取的措施?（4）管殼式換熱器中，采用多管程的目的是什么？在殼程加擋板的目的又是什么？ （5）在什么情況下，固定板換熱器要設(shè)計(jì)膨脹節(jié)？ （6）列管式冷凝器的蒸汽入口處是否需設(shè)計(jì)緩沖擋板？ （7）列管式冷凝器的換熱管的排列方式有幾種，如何選用？ （8）立式列管式冷凝器是否要設(shè)計(jì)支座，選用什么標(biāo)準(zhǔn)確定支座的尺寸？ （9）列管式冷凝器的接管的設(shè)計(jì)依據(jù)是什么

12、？ （10） 如何判斷你所設(shè)計(jì)的換熱器性能及經(jīng)濟(jì)上的適用性的優(yōu)劣？ 6. 部分設(shè)計(jì)問(wèn)題指導(dǎo)(1) 自定冷卻水的出口溫度，并由熱量衡算確定其用量。 (2) 估計(jì)K值大小，應(yīng)首先估計(jì)對(duì)流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)。 (3) 設(shè)計(jì)換熱設(shè)備既要考慮操作費(fèi)用，又要考慮設(shè)備費(fèi)用，也就是既要使阻力降不能太高，也不能使傳熱面積較大，使管程的冷卻水有一個(gè)合適的流速。 7. 設(shè)計(jì)答辯指導(dǎo)（1）弄清整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程脈絡(luò)，關(guān)鍵步驟； （2）基本概念正確，各計(jì)算方法有依據(jù)，準(zhǔn)確； （3）選型的依據(jù)，選擇管程、殼程流體，流向或某一值的考慮； （4）如何改進(jìn)設(shè)計(jì)？有何可修改的地方？如何修改？ （5）分析、評(píng)判所做設(shè)計(jì)是否可

13、操作，經(jīng)濟(jì)性如何？ （6）圖面布置是否符合制圖標(biāo)準(zhǔn)？ （7）各部分結(jié)構(gòu)在圖上是否正確體現(xiàn)？ （8）設(shè)計(jì)說(shuō)明是否清晰，文字有何錯(cuò)誤？題目三 乙醇水精餾塔頂產(chǎn)品冷凝器的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1. 產(chǎn)品濃度 含乙醇95%2. 操作壓力 常壓3. 冷卻介質(zhì) 水（P為0.3MPa，進(jìn)口溫度30，出口溫度40）其他略設(shè)計(jì)課題工程背景： 采用薯類(lèi)與谷類(lèi)原料進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵法制乙醇是一個(gè)很復(fù)雜的生化過(guò)程，發(fā)酵在密封的發(fā)酵罐中進(jìn)行產(chǎn)生的CO2的純度達(dá)9999.5%以上，其余為氣態(tài)雜質(zhì)，組分(以CO2質(zhì)量為基準(zhǔn))為：乙醇0.40.8%，脂類(lèi)0.030.4%，酸類(lèi)0.080.09%。成熟發(fā)酵醪中的乙醇必須經(jīng)過(guò)初餾、精餾和除雜才

14、能得到合格的乙醇。本課程設(shè)計(jì)即為粗乙醇（初餾塔出來(lái)的乙醇-水溶液），在進(jìn)行精餾獲得合格產(chǎn)品的過(guò)程中，精餾塔頂冷凝器的設(shè)計(jì)。發(fā)酵法制乙醇的工藝也可以參考有關(guān)書(shū)籍或文獻(xiàn)資料。 設(shè)計(jì)的目的： 通過(guò)對(duì)乙醇-水系統(tǒng)精餾塔頂產(chǎn)品全凝器的設(shè)計(jì)，使學(xué)生了解和掌握化工單元操作設(shè)備設(shè)計(jì)的步驟、方法及基本技能，熟悉文獻(xiàn)資料及物性參數(shù)的查閱和收集方法，懂得如何論證優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，合理科學(xué)地應(yīng)用公式及數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)中提高學(xué)生的分析能力和解決問(wèn)題的能力。 2設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 （1）處理量? (5,? 6，7，8)104噸/年 （2）產(chǎn)品濃度 含乙醇95%（3）冷卻介質(zhì)：P為0.3MPa，入口溫度30，出口溫度40 （4）操

15、作壓力 常壓 （5）允許壓強(qiáng)降：不大于105Pa（6）每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行 （7）設(shè)計(jì)項(xiàng)目 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。 換熱器的工藝計(jì)算：確定換熱器的傳熱面積。 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。 主要輔助設(shè)備選型。 繪制換熱器總裝配圖。 3設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容 （1）目錄； （2）設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)(任務(wù)書(shū))； （3）論述換熱器總體結(jié)構(gòu)(換熱器型式、主要結(jié)構(gòu))的選擇； （4）換熱器加熱過(guò)程有關(guān)計(jì)算(物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號(hào)、殼體直徑等)； （5）設(shè)計(jì)結(jié)果概要(主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等)； （6）主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明； （7）主要零件的強(qiáng)度

16、計(jì)算（選做）； （8）附屬設(shè)備的選擇（選做）； （9）參考文獻(xiàn)； （10）后記及其它。 4設(shè)計(jì)圖要求 附工藝流程圖及冷凝器裝配圖一張。 5設(shè)計(jì)思考題（1）換熱器及工作原理？ （2）影響傳熱的主要因素有哪些？ （3）何為冷凝器，冷凝器的主要型式及結(jié)構(gòu)？ （4）選擇走管程或殼程的介質(zhì)應(yīng)考慮什么原則？ （5）循環(huán)冷卻水的進(jìn)出口溫度確定原則？ （6）設(shè)計(jì)冷凝器的主要步驟。 （7）對(duì)冷凝器的設(shè)計(jì)你進(jìn)行了那些優(yōu)化？ 6. 部分設(shè)計(jì)問(wèn)題指導(dǎo) ? 學(xué)生在接受設(shè)計(jì)任務(wù)后，首先應(yīng)明確設(shè)計(jì)的步驟，方向，如何查閱有關(guān)數(shù)據(jù)和收集資料，并確定設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)應(yīng)在以下幾個(gè)方面的加以指導(dǎo)： (1) 物性數(shù)據(jù)的查閱 在設(shè)計(jì)中涉

17、及到水，乙醇等的多種物理參數(shù)，如密度，粘度，熱容，汽化潛熱，導(dǎo)熱系數(shù)等等，如何正確的查閱數(shù)據(jù)是化工技術(shù)人員的基本功，因此在這方面應(yīng)加以指導(dǎo)。 (2) 經(jīng)驗(yàn)公式的正確應(yīng)用 在設(shè)計(jì)中要用到某些經(jīng)驗(yàn)公式，如果選擇不當(dāng)?shù)膭t會(huì)使設(shè)計(jì)發(fā)生誤差。如殼程換熱系數(shù)計(jì)算時(shí)，如果采用單管公式顯然不對(duì)。因?yàn)楣I(yè)換熱器的氣體冷凝比單管要復(fù)雜的多，從上排管外流下的冷凝液在下排管會(huì)產(chǎn)生一定的撞擊和飛濺，從而使下一排管外的冷凝膜并不像單管疊加時(shí)那么厚，同時(shí)附加的擾動(dòng)又會(huì)加速傳熱，在缺乏可靠數(shù)據(jù)可采用經(jīng)驗(yàn)公式估算。 (3) 初選冷凝器 根據(jù)計(jì)算的出的傳熱面積AO，從國(guó)家頒布的換熱器標(biāo)準(zhǔn)系列中初選冷凝器，既不能選得太大浪費(fèi)，又要

18、滿足傳熱需要。此外，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的管數(shù)與計(jì)算值不一致時(shí)如何考慮等等，都需要加以引導(dǎo)。 (4) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行設(shè)計(jì)并提出優(yōu)化設(shè)想，如提高傳熱效果，降低成本等等。 題目四 煤油冷卻器的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1. 煤油入口溫度 120 ，出口溫度 40 ； 2.冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度 30 ，出口溫度自選； 3. 允許壓降： 10 5 Pa ； 4. 每年按 300 天計(jì)，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。 處理能力： 1.0 10 5 t/a。 題目五 冷熱水換熱器工藝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1. 熱水入口溫度：90，出口溫度：502. 冷水入口溫度18，出口溫度：自定3. 允許壓降： 10 5 Pa處理能力：1000 t/a。其他：略 題目六 正丁醇-水換熱器工藝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1. 正丁醇入口溫度：95，出口溫度：482. 冷水入口溫度18，出口溫度：自定3. 允許壓降： 10 5 Pa處理能力：1000 t/a。其他：略 題目七 柴油預(yù)熱原油的管殼式換熱器一、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1.查閱文獻(xiàn)資料，了解換熱設(shè)備的相關(guān)知識(shí)，熟悉換熱器設(shè)計(jì)的方