純苯冷卻器設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：純苯冷卻器設(shè)計(jì)系部：生物與化學(xué)工程系專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)學(xué)生姓名：全君班級(jí)：化B051學(xué)號(hào)26指導(dǎo)教師姓名：職稱職稱設(shè)計(jì)完成時(shí)間：2013年7月10

課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表系（部）：學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)指導(dǎo)教師姓名設(shè)計(jì)題目評(píng)語：（包括以下方面，①學(xué)習(xí)態(tài)度、工作完成情況、材料的完整性和規(guī)范性；②檢索和利用文獻(xiàn)能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；③綜合運(yùn)用知識(shí)能力和創(chuàng)新能力；）設(shè)計(jì)表現(xiàn)（20分）分值：規(guī)范性(25分)分值：基礎(chǔ)理論和專門知識(shí)(25分)分值：答辯(30分)分值：合計(jì)分值：評(píng)定成績分值：指導(dǎo)教師簽字：年月日化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：純苯冷卻器設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件:1、設(shè)計(jì)任務(wù)：處理能力：20000kg/h設(shè)備型式：列管式2、操作條件：eq\o\ac(○,1)純苯液：入口溫度80，進(jìn)口溫度為55；eq\o\ac(○,2)冷卻介質(zhì)：35℃（入口）循環(huán)水；eq\o\ac(○,3)允許壓強(qiáng)降：管、殼程壓強(qiáng)降不超過10Kpa;3、物性參數(shù)：物性流體溫度℃kg/mmPa·sCpkJ/(kg)W/(m)kJ/kg苯67828.60.3521.8410.129394水3910000.674.1740.63222583.設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：（1）傳熱面積、換熱管根數(shù)；（2）確定管束的排列方式、程數(shù)、折流板等；（3）殼體的內(nèi)徑；（4）冷熱流體進(jìn)出口管徑；（5）核算總傳熱系數(shù)；（6）管殼程流體阻力校核；4．設(shè)計(jì)成果；（1）設(shè)計(jì)說明書一份；（2）換熱器工藝條件圖；三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及時(shí)間安排設(shè)計(jì)動(dòng)員0.5天1、概述2、設(shè)計(jì)方案的選擇3、確定物理性質(zhì)數(shù)據(jù)0.5天4、設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：計(jì)算總傳熱系數(shù)；計(jì)算傳熱面積1.5天5、主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)（1）管徑尺寸和管內(nèi)流速的確定（2）傳熱面積、管程數(shù)、管數(shù)和殼程數(shù)的確定（3）接管尺寸的確定1天6、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總7、換熱器工藝條件圖1天8、設(shè)計(jì)評(píng)述答辯0.5天四、圖紙要求列管式換熱器工藝條件圖五、參考資料1.上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院。化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(上、下).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1986目錄TOC\o"1-4"\h\z\u程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表 II化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 3第1章概述 7第2章設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù) 72．1設(shè)計(jì)條件 82．2物性參數(shù) 8第3章確定設(shè)計(jì)方案 83．1選擇換熱器的類型 83．2流體空間選擇 8第4章工藝計(jì)算 94．1確定物性數(shù)據(jù) 94．2估算傳熱面積 94.2.1計(jì)算熱負(fù)荷（忽略熱損失） 94.2.3平均溫度差的計(jì)算 94.2.4估算傳熱面積 94.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸 104．3．1選管子規(guī)格 104．3．2總管數(shù)和管程數(shù) 104．3．3確定管子在管板上的排列方式 104．4．4殼體內(nèi)徑的確定 104.3.5確定實(shí)際管子數(shù) 114．3．6折流板的確定及繪管板布置圖 124.3.7接管口徑計(jì)算 124．3．8拉桿設(shè)置 12第5章傳熱器校核 135．1傳熱面積校核 135．1．1傳熱溫差校正： 135．1．2總傳熱系數(shù)K的計(jì)算 135．2．2．1管內(nèi)傳熱膜系數(shù) 135．2．2．2管外傳熱膜系數(shù) 135．2．2．3污垢熱阻和管壁熱阻 145．2．2．4總傳熱系數(shù)K 145．1．3傳熱面積校核 155．2核算管、殼程流動(dòng)阻力 155．2．1管程 155．2．2殼程 155．3壁溫的計(jì)算 16第6章設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表 17設(shè)計(jì)評(píng)述 18設(shè)備圖 18參考文獻(xiàn) 18附錄A 19附錄B 20TOC\o"1-4"\u第1章概述本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)純苯液冷卻器設(shè)計(jì)，處理能力為20000kg/h,純苯液的入口溫度80，進(jìn)口溫度為55；冷卻介質(zhì)為35（入口）循環(huán)水：允許壓強(qiáng)降為管、殼程壓強(qiáng)降不超過10Kpa;根據(jù)苯和水的物性參數(shù)，假設(shè)水的出口溫度為43，根據(jù)這些條件選擇換熱器，列管式換熱器的類型主要有四種：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U型管式換熱器和填料函式換熱器，在這個(gè)設(shè)計(jì)中選固定管板式換熱器。固定管板式換熱器的特點(diǎn)：兩端管板和殼體連接成一體，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、布管多，更換、造價(jià)低，管內(nèi)便于清洗，應(yīng)用廣泛。殼程不易清洗，因此殼方流體應(yīng)是較潔凈且不易結(jié)垢的物料。所以純苯液走殼程，循環(huán)水走管程。適合在管殼壁溫差不大于50的情況下使用，當(dāng)溫差相差較大時(shí)可設(shè)置膨脹節(jié)。由于此設(shè)計(jì)的溫差小于50,所以可以不用考慮熱補(bǔ)償.第2章設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)2．1設(shè)計(jì)條件（1）處理能力：20000kg（純苯液）/h；（2）設(shè)備類型：列管換熱器；（3）操作條件：eq\o\ac(○,1)純苯液：入口溫度80℃，進(jìn)口溫度為55℃；eq\o\ac(○,2)冷卻介質(zhì)：35℃（入口）循環(huán)水；eq\o\ac(○,3)允許壓強(qiáng)降：管、殼程壓強(qiáng)降不超過10Kpa;2．2物性參數(shù)物性流體溫度℃kg/mmPa·sCpkJ/(kg℃)W/(m℃)kJ/kg苯67828.60.3521.8410.129394水3910000.674.1740.6322258第3章確定設(shè)計(jì)方案3．1選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度80℃，出口溫度55℃。冷流體進(jìn)口溫度35℃，假設(shè)出口溫度為43℃。從兩流體的溫度看，換熱器的管壁溫度和殼體溫度差不大，因此初步采用固定管板換熱器。3．2流體空間選擇因?yàn)闊崃黧w為苯，冷流體為水，為了使苯通過殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，故使苯走殼程，另外，水也較易結(jié)垢，為便于提高流速減少污垢生成，以及便于清洗，故使水走管程。第4章工藝計(jì)算4．1確定物性數(shù)據(jù)苯的定性溫度：水的定性溫度：4．2估算傳熱面積4.2.1計(jì)算熱負(fù)荷（忽略熱損失）Q=×1.841××（80-55）=2.56×J公式1（參見附錄，下同）4.2.2冷卻水用量（忽略熱損失）/s4.2.3平均溫度差的計(jì)算選取逆流流向===27.64℃公式24.2.4估算傳熱面積參照傳熱系數(shù)K的大致范圍，取K=500W/（㎡·℃）===18.52㎡公式3取實(shí)際面積為估算面積的1.15倍，則實(shí)際估算面積為：=18.52×1.15=21.30㎡4.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸4．3．1選管子規(guī)格選取Φ25㎜×2.5㎜無縫鋼管，管長l=3m。4．3．2總管數(shù)和管程數(shù)總管數(shù)n===90.4≈90根單程流速u===0.55m/s單程流速可以達(dá)到傳熱效果，故采用單管程4．3．3確定管子在管板上的排列方式采用正三角形排列，管子與管板用焊接結(jié)構(gòu)。4．4．4殼體內(nèi)徑的確定殼體內(nèi)徑為：公式4管心距:t=1.25=1.25×25≈32㎜=1.1=1.1×=10.4≈11根管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離：b=1.5=0.038所以按殼體標(biāo)準(zhǔn)圓整取D=400mm4.3.5確定實(shí)際管子數(shù)管板布置圖見設(shè)備圖1換熱器的實(shí)際傳熱面積A=n（l-0.1）=90×3.14×0.025×(3-0.1)=20.49===452W/（㎡·℃）計(jì)算得的與之前設(shè)的值有較大差異，所以要重新進(jìn)行上述計(jì)算：總管數(shù)n===87根單程流速u===0.57m/s殼體內(nèi)徑為：管心距:t=1.25=1.25×25≈32㎜=1.1=1.1×=10.3≈11根管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離：b=1.5=0.038所以：按殼體標(biāo)準(zhǔn)圓整取D=400mm4．3．6折流板的確定及繪管板布置圖折流板與殼體間隙：3.5mm折流板直徑：D=400-2×3.5=393mm采用弓形折流擋板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去圓缺高度：折流板數(shù)：-1=-1=13.5≈14折流板間距：=200mm（0.2D〈〈D）4.3.7接管口徑計(jì)算管程流體進(jìn)出口接管。取管內(nèi)流速u=1.8m/s則接管內(nèi)徑按管子標(biāo)準(zhǔn)取管程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為Φ81㎜×3.5㎜無縫鋼管。殼程流體進(jìn)出口接管。取管內(nèi)流速u=1.8m/s折接管內(nèi)徑===0.0689m按管子標(biāo)準(zhǔn)圓整，取殼程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為Ф75㎜×3㎜無縫鋼管。4．3．8拉桿設(shè)置選拉桿直徑為16㎜，拉桿數(shù)量為4根。第5章傳熱器校核5．1傳熱面積校核5．1．1傳熱溫差校正：===0.178===3.125公式5根據(jù)P、R值，查溫差校正系數(shù)圖=0.96，因＞0.8，所以選用單殼程可行。5．1．2總傳熱系數(shù)K的計(jì)算5．2．2．1管內(nèi)傳熱膜系數(shù)===16889公式6===4.42公式7流體被加熱，取n=0.4=0.023=3171W/(㎡·℃)公式85．2．2．2管外傳熱膜系數(shù)管子按正三角形排列，則傳熱當(dāng)量直徑為公式9殼程流通截面積S=D（1-）=0.2×0.4×（1-）=0.0176㎡公式10殼程流體流速=R===26835P===5.02殼程中苯被冷卻，?。ǎ?0.95=0.36公式11=0.36××26835×5.02×0.95=1077W/(㎡·℃)5．2．2．3污垢熱阻和管壁熱阻查表管內(nèi)、外側(cè)熱阻分別：R=2.0×10㎡·℃/W，R=1.72×10㎡·℃/W。已知管壁厚度δ=0.0025m;導(dǎo)熱系數(shù)=45.4W/（m·℃）。5．2．2．4總傳熱系數(shù)KK=公式12==564W/（㎡·℃）5．1．3傳熱面積校核所需的傳熱面A===16.4㎡所以==1.25即換熱器有25%的面積裕度，在10%～25%范圍內(nèi)，能完成生產(chǎn)任務(wù)。5．2核算管、殼程流動(dòng)阻力5．2．1管程；∑△P=（△P+△P）FNN公式13已知F=1.4；N=1；N=1；u=0.57m/s;R=16889(湍流)。查表得=0.036 △P==0.036××=870.7Pa公式14△p=1.5()=3×()=241.9Pa公式15∑△P=(870.7+241.9)×1.4×1=1557.6Pa＜10kpa5．2．2殼程已知=1.15;N=1;∑△P=(△P+△P)FsNs公式16P=Fb(N+1)公式17管子按正三角形排列F=0.5，b=1.1=1.1=10.3折流擋板間距=0.2m折流擋板數(shù)N=14殼程流通截面積S`=(D-bd)=0.2(0.4-10.3×0.025)=0.0285㎡殼程流速u===0.235m/sRe===1.38×10＞500=5.0Re=5.0×(1.38×10)=0.569公式18所以△P=0.5×0.569×10.3×(14+1)×=1767PaP=N(3.5-)公式19=19×(3.5-)×=801Pa∑△P=(1767+801)×1.15×1=2953Pa＜10kPa計(jì)算結(jié)果表明，管程和殼程的壓力降均能滿足設(shè)計(jì)要求。5．3壁溫的計(jì)算換熱器的壁溫可由下式計(jì)算公式20已知1077W/(㎡·℃)；3171W/(㎡·℃)；=換熱管平均壁溫：殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即。殼體壁溫與傳熱管壁溫之差為：該溫差小于，所以不需要設(shè)置溫差補(bǔ)償裝置。第6章設(shè)計(jì)結(jié)果匯總溫度進(jìn)/出80/5535/43壓力Mpa物性定性溫度C67.539密度kg/m3828.6992.6熱容kJ/(kg)1.8414．174黏度MPa·s0.1290.632設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)型式列管式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑mm400殼程數(shù)1管徑mm管心距mm32管長mm3000管子排列管數(shù)目(根)87拆流板數(shù)(個(gè))14傳熱面積m221.3拆流板距mm200管程數(shù)1材質(zhì)不銹鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程污垢熱阻m2·C/w0.0001740.0002熱負(fù)荷Kw256傳熱溫差C20傳熱系數(shù)w/m2·C564裕度%25%設(shè)計(jì)評(píng)述這項(xiàng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)綜合性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)的進(jìn)行是在兼顧技術(shù)上先進(jìn)行、可行性，經(jīng)濟(jì)合理性的條件下進(jìn)行的。此次設(shè)計(jì)涉及的工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較全面，從多方面考察了我們的知識(shí)。從工藝計(jì)算到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都集中考察了我們的綜合性應(yīng)用能力。設(shè)備圖設(shè)備圖1：設(shè)備圖2參考文獻(xiàn)1．陳敏恒叢德滋方圖南齊鳴齋編《化工原理》北京化學(xué)工業(yè)出版社20062．李功詳陳蘭英崔英德編《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》廣州華南理工出版社20033．明輝編《化工單元過程課程設(shè)計(jì)》北京化學(xué)工業(yè)出版社附錄A符號(hào)意義與單位符號(hào)意義與單位Q熱負(fù)荷KJN折流板數(shù)管程給熱系數(shù)w/(㎡·℃)d傳熱管平均直徑m殼程給熱系數(shù)w/(㎡·℃)η管板利用率%∑△P殼程壓力降KpaNs換熱器管程數(shù)mA實(shí)際傳熱面積ml傳熱管長度m∑△P殼程壓力降kpaTm流體平均溫度Cd傳熱管外徑m△t傳熱溫差Cd傳熱管內(nèi)徑mu流速m/sNp換熱器管程數(shù)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·C）N傳熱管總根數(shù)根流體密度kg/m△tm實(shí)際平均傳熱溫差Cμ流體粘度Pa·S管心距m導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·C）D殼體內(nèi)徑m粗糙度N折流板數(shù)塊R雷諾準(zhǔn)數(shù)R管外側(cè)污垢熱阻m·C/WR管內(nèi)側(cè)污垢熱阻m·C/WR管壁熱阻m·C/WK傳熱系數(shù)W/（m·k）t換熱管壁溫度℃P普朗特?cái)?shù)Cp流體的定壓比熱容J/(kg·℃)b橫過管束中心線的管子數(shù)F殼程結(jié)垢校正系數(shù)殼程流體的摩擦系數(shù)附錄B公式1出自《化工原理》213頁公式2出自《化工原理》213頁公式3出自《化工原理》213頁公式4出自《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》38頁公式5自《化工原理》229頁公式6自《化工原理》183頁公式7出自《化工原理》183頁公式8出自《化工原理》184頁公式9自《化工原理》227頁公式10《化工原理》227頁公式11出自《化工原理》226頁公式12自《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》19頁公式13《化工原理》227頁公式14《化工原理》228頁公式15自《化工原理》228頁公式16《化工原理》229頁公式17出自《化工原理》229頁公式18自《化工原理》228頁公式19《化工原理》228頁公式20《化工原理》230頁下午13：00—17：00度。全體員工都必須自覺遵守工作時(shí)間，實(shí)行不定時(shí)工作制的員工不必打卡。3.1.2.2打卡次數(shù)：一日兩次，即早上上班打卡一次，下午下班打卡一次。3.1.2.3打卡時(shí)間：打卡時(shí)間為上班到崗時(shí)間和下班離崗時(shí)間；3.1.2.4因公外出不能打卡：因公外出不能打卡應(yīng)填寫《外勤登記表》,注明外出日期、事由、外勤起止時(shí)間。因公外出需事先申請(qǐng)，如因特殊情況不能事先申請(qǐng)，應(yīng)在事畢到崗當(dāng)日完成申請(qǐng)、審批手續(xù)，否則按曠工處理。因停電、卡鐘（工卡）故障未打卡的員工，上班前、下班后要及時(shí)到部門考勤員處填寫《未打卡補(bǔ)簽申請(qǐng)表》，由直接主管簽字證明當(dāng)日的出勤狀況，報(bào)部門經(jīng)理、人力資源部批準(zhǔn)后，月底由部門考勤員據(jù)此上報(bào)考勤。上述情況考勤由各部門或分公司和項(xiàng)目文員協(xié)助人力資源部進(jìn)行管理。3.1.2.5手工考勤制度3.1.2.6手工考勤制申請(qǐng)：由于工作性質(zhì)，員工無法正常打卡（如外圍人員、出差），可由各部門提出人員名單，經(jīng)主管副總批準(zhǔn)后，報(bào)人力資源部審批備案。3.1.2.7參與手工考勤的員工，需由其主管部門的部門考勤員(文員)或部門指定人員進(jìn)行考勤管理，并于每月26日前向人力資源部遞交考勤報(bào)表。3.1.2.8參與手工考勤的員工如有請(qǐng)假情況發(fā)生，應(yīng)遵守相關(guān)請(qǐng)、休假制度，如實(shí)填報(bào)相關(guān)表單。3.1.2.9外派員工在外派工作期間的考勤,需在外派公司打卡記錄;如遇中途出差,持出差證明,出差期間的考勤在出差地所在公司打卡記錄;3.2加班管理3.2.1定義加班是指員工在節(jié)假日或公司規(guī)定的休息日仍照常工作的情況。A．現(xiàn)場管理人員和勞務(wù)人員的加班應(yīng)嚴(yán)格控制，各部門應(yīng)按月工時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，合理安排工作班次。部門經(jīng)理要嚴(yán)格審批員工排班表，保證員工有效工時(shí)達(dá)到要求。凡是達(dá)到月工時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)扣減員工本人的存休或工資；對(duì)超出月工時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)說明理由，報(bào)主管副總和人力資源部審批。B．因員工月薪工資中的補(bǔ)貼已包括延時(shí)工作補(bǔ)貼，所以延時(shí)工作在4小時(shí)（不含）以下的，不再另計(jì)加班工資。因工作需要，一般員工延時(shí)工作4小時(shí)至8小時(shí)可申報(bào)加班半天，超過8小時(shí)可申報(bào)加班1天。對(duì)主管(含)以上管理人員，一般情況下延時(shí)工作不計(jì)加班，因特殊情況經(jīng)總經(jīng)理以上領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)的延時(shí)工作，可按以上標(biāo)準(zhǔn)計(jì)加班。3.2.2.2員工加班應(yīng)提前申請(qǐng)，事先填寫《加班申請(qǐng)表》，因無法確定加班工時(shí)的，應(yīng)在本次加班完成后3個(gè)工作日內(nèi)補(bǔ)填《加班申請(qǐng)表》?！都影嗌暾?qǐng)表》經(jīng)部門經(jīng)理同意，主管副總經(jīng)理審核報(bào)總經(jīng)理批準(zhǔn)后有效?！都影嗌暾?qǐng)表》必須事前當(dāng)月內(nèi)上報(bào)有效，如遇特殊情況，也必須在一周內(nèi)上報(bào)至總經(jīng)理批準(zhǔn)。如未履行上述程序，視為乙方自愿加班。3.2.2.3員工加班，也應(yīng)按規(guī)定打卡，沒有打卡記錄的加班，公司不予承認(rèn)；有打卡記錄但無公司總經(jīng)理批準(zhǔn)的加班，公司不予承認(rèn)加班。3.2.2.4原則上，參加公司組織的各種培訓(xùn)、集體活動(dòng)不計(jì)加班。3.2.2.5加班工資的補(bǔ)償：員工在排班休息日的加班，可以以倒休形式安排補(bǔ)休。原則上，員工加班以倒休形式補(bǔ)休的，公司將根據(jù)工作需要統(tǒng)一安排在春節(jié)前后補(bǔ)休。加班可按1：1的比例沖抵病、事假。3.2.3加班的申請(qǐng)、審批、確認(rèn)流程3.2.3.1《加班申請(qǐng)表》在各部門文員處領(lǐng)取，加班統(tǒng)計(jì)周期為上月26日至本月25日。3.2.3.2員工加班也要按規(guī)定打卡，沒有打卡記錄的加班，公司不予承認(rèn)。各部門的考勤員(文員)負(fù)責(zé)《加班申請(qǐng)表》的保管及加班申報(bào)。員工加班應(yīng)提前申請(qǐng)，事先填寫《加班申請(qǐng)表》加班前到部門考勤員(文員)處領(lǐng)取《加班申請(qǐng)表》，《加班申請(qǐng)表》經(jīng)項(xiàng)目管理中心或部門經(jīng)理同意，主管副總審核，總經(jīng)理簽字批準(zhǔn)后有效。填寫并履行完審批手續(xù)后交由部門考勤員(文員)保管。