化工課程方案

1、化工原理課程設(shè)計計題目：熱水冷卻器的設(shè)計一. 設(shè)計任務(wù)及操作條件1處理能力 2500kg/h（ 熱水 2設(shè)備型式：鋸齒型換熱器3操作條件熱水：入口溫度80C,出口溫度55C冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度 25E，出口溫度38C允許壓強降：不大于105Pa二. 設(shè)計要求（ 一 、編制一份設(shè)計說明書 打印稿），主要內(nèi)容包括：1. 前言；2. 流程的確定和說明書 附流程簡圖）；3. 生產(chǎn)條件的確定；4. 換熱器的設(shè)計計算，由熱平衡計算傳熱量的大小，并確定第二種換 熱流體的用量并決定流體通入的空間。5. 算流體的定性溫度，以確定流體的物性數(shù)據(jù)。初算有效平均溫差。 一般先按逆流計算，然后再校核。6. 計算傳

2、熱系數(shù) K 值，然后再作校核。7. 估傳熱面積。常取實際傳熱面積是計算值的 1.5-1.25 倍。8. 計算流體流動阻力。如阻力超過允許范圍，需調(diào)整設(shè)計，直至滿意 為止。選擇適宜的鋸齒型換熱器并進行核算。9. 附屬設(shè)備的選型和計算；10. 設(shè)計結(jié)果列表；11. 設(shè)計結(jié)果的討論和說明；12. 注明參考和使用的設(shè)計資料；13. 結(jié)束語。二）繪制換熱器裝配圖 1 張 （ 手繪 1 #號圖紙三、設(shè)計日期： 2018年12月31日至 2018年1月11日1 概 述 11.1 換熱器簡介 11.2 設(shè)計方案簡介 21.3 確定設(shè)計方案 21.3.1 設(shè)計流程圖 3?工藝流程簡圖?1.3.2 工藝流程簡圖

3、41.3.3 換熱器選型 41.4 符號說明 42 鋸齒形板式熱水冷卻器的工藝計算 52.1 確定物性數(shù)據(jù) 52.1.1 計算定性溫度 52.1.2 計算熱負荷 62. 1. 3 計算平均溫差 62.1.4 初估換熱面積及初選板型 62.1.5 核算總傳熱系數(shù) K 72.1.6 計算傳熱面積 S 92.1.7 壓降計算 102.2 鋸齒形板式熱水冷卻器主要技術(shù)參數(shù)和計算結(jié)果 103 課程設(shè)計評述 11參考文獻 12附錄 131概述 1.1換熱器簡介換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換 熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占 有重要地位。

4、在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和 再沸器等，應(yīng)用更加廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的 凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它的主要功能是保證工藝過 程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱 器種類很多，若按換熱器傳熱面積形狀和結(jié)構(gòu)可分為管式換熱器和特殊形式換 熱器。因為生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各一相同，故換熱器的類型 很多，特點不一、可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進行選擇。本次設(shè)計為鋸齒形板式熱水冷卻器。板式換熱器是由許多波紋形的傳熱板 片，按一定的間隔，通過橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設(shè)備。板片組裝 時，兩組交替排

5、列，板與板之間用粘結(jié)劑把橡膠密封板條固定好，其作用是防 止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網(wǎng)形流道，換熱板片壓成各種波紋形，以 增加換熱板片面積和剛性，并能使流體在低流速成下形成湍流，以達到強化傳 熱的效果。板上的四個角孔，形成了流體的分配管和泄集管，兩種換熱介質(zhì)分 別流入各自流道，形成逆流或并流通過每個板片進行熱量的交換。板式換熱器 的特點包括：1）體積小，占地面積少；2）傳熱效率高；3）組裝靈活； 4）金屬消耗量低；5）熱損失小；6）拆卸、清洗、檢修方便；7）缺點是 密封周邊較長，容易泄漏，使用溫度只能低于 150C，承受壓差較小，處理量 較小，一旦發(fā)現(xiàn)板片結(jié)垢必須拆開清洗。1.2設(shè)計方案簡

6、介根據(jù)設(shè)計要求：用入口溫度25C，出口溫度38C的循環(huán)水冷卻熱水 熱水的 入口溫度80C，出口溫度55C），通過傳熱量、阻力損失傳熱系數(shù)、傳熱面積 的計算，并結(jié)合經(jīng)驗值確定換熱器的工藝尺寸、設(shè)備型號、規(guī)模選定，然后通 過計算來確定各工藝尺寸是否符合要求，符合要求后完成工藝流程圖和設(shè)備主 體條件圖，進而完成設(shè)計體系。設(shè)計要求：選擇一臺適宜的鋸齒形換熱器并進行核算。下圖中左面的為板 式換熱器外形，右邊的是板式換熱器工作原理圖。1.3確定設(shè)計方案設(shè)計流程圖確定物性常數(shù)，熱負荷、冷卻劑用量及平估溫傳熱系定換熱器類型及流體流動+選擇板式換熱器板型估計冷凝給熱系數(shù)計算管內(nèi)給核算冷凝給熱系數(shù)1 r折流板計襯

7、差不大 殼側(cè)壓降和管側(cè)壓降計 算，并與設(shè)計壓力比較小于裕度系數(shù)校設(shè)計壓力裕度合適板式換熱器選取合理工藝流程簡圖換熱器選型冷水計 值 假 值算與疋相計 算 值 與 假 疋 值 相 差 較 大壓 降 大 于 設(shè) 計 壓 力裕 度 過 大 或 過 小熱水1 ?兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度 80C，出口溫度55C；該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，初選).2鋸齒形波紋板片的板:溫度25C,出口溫度38C。1.4符號說明;冷流體人口Pr 普蘭特準數(shù)，無a對流給熱系數(shù)，W/vrfr°C)；R e雷諾準數(shù)書無因次;S 換熱面積，mi;W熱流體的質(zhì)量流量，kg s-1 ;平均傳熱溫差;K總傳熱系數(shù)，W

8、/<mC)；N 管子總數(shù)；H傳熱面積裕度；一一平均傳熱溫差，C；Q換熱器的熱負荷，kw； r垢阻熱阻，mc/w；21熱系數(shù)，w/<mc)；粘度,PaRi導熱熱阻,管壁厚度，mm勺-s ；m c /w；入w導d換熱器直徑,21密度,kg/m 3Np管程數(shù);m定性溫度，C；l管子總長，me當量直徑，mm。ui 循環(huán)水的流速,m/s；Wi 冷卻水用量，Kg/h ；Cph熱流體的平均定壓比熱，kJ/(kg2鋸齒形板式熱水冷卻器的工藝計算將2500kg/h的熱水從80 C冷卻至55 C，冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)水入口溫度25C，出口溫度為38C，設(shè)計一臺鋸齒形板式熱水冷卻器，完成該生產(chǎn) 任務(wù)

9、。2.1確定物性數(shù)據(jù)首先計算定性溫度，并查取定性溫度下的物性數(shù)據(jù)熱水：Tm= (80+55> /2 = 67.5 C冷卻水：t m = (25+38>/2 = 31.5 C查化工原理附錄，兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下表表2.1水的物理性質(zhì)性 流體定性溫度Tm 'C密度兇kg/m 3粘度B/10 -3Pa s比熱容兇kJ/(kg K>導熱系數(shù)回W/(m K>熱水67.5979.70.4144.1810.662冷卻水31.5995.20.7794.1740.619計算熱負荷Q = WhCph (Ti-T2>式中 Wh = 250C/3600=0.694kg

10、/sQ =0.694X 4.181 X (80-55>=72.54 kw計算平均溫差 按逆流計算）初估換熱面積及初選板型對于粘度小于1X10-3Pas的熱水與循環(huán)冷卻水的換熱，列管式換熱器的K值大約為8501700W/rf?，而板式熱水冷卻器的 K值大約為為列管式換熱器的24倍，則可初估K為2500 W/m?。初估換熱面積初步選定BJ0.2鋸齒形波紋板片的板式熱水冷卻器，其單通道流通截面積 為0.00045，有效單片傳熱面積 0.10m2。3試選組裝形式。該組裝形式中2.0表示其公稱換熱面積為2.0m2;分子的表示，熱水的程數(shù)為1,每程的流道均為10;分母的 冷卻水的程數(shù)也為1，其流道為

11、10。因所選板型為混流，故可采用列管式換熱器的溫差校正系數(shù)：初估板式換熱面積計算總傳熱系數(shù)K1）計算熱水側(cè)的對流給熱系數(shù)在 285014600 之間）當量直徑為板片波紋咼度，即板間距）如果選用0.2m2鋸齒形波紋板片，則其傳熱熱系數(shù)的計算公式如下此公式適用于Re在285014600之間）2）計算冷卻水側(cè)的對流給熱系數(shù)冷卻水的質(zhì)量流量冷卻水在流道內(nèi)的流速適用Re在285014600間）此公式適用于Re在285014600之間）3）金屬板的熱阻R='擬選用板材為不銹鋼（1Cr18Ni9Ti >，其導熱系數(shù)入w=16.8W/m-，板的厚 度估計為b=0.8mm估計值），貝UR=<

12、4）污垢熱阻附錄24壁面污垢熱阻表2.2冷卻水的壁面污垢熱阻 冷卻水 單位：卅W加熱液體 溫度/ r115以下115205水的溫度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自來水、1.71971.71973.43943.4394井水、湖水x 10-4X 10-4x 10-4x 10-4蒸餾水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5.15

13、903.43946.87885.1590X10-4x 10-4x 10-4x 10-4<5）總傳熱系數(shù)K計算傳熱面積S設(shè)備實際傳熱面積所需傳熱面積帶入由實際傳熱面積和理論傳熱面積計算的:安全系數(shù) 裕度）H =傳熱面積的裕度可滿足工藝和安全的需要，故該換熱器能夠完成生產(chǎn)任 務(wù)。壓降計算查化工原理課程設(shè)計，查0.2m2鋸齒形波紋板式熱水冷卻器的一1曲線圖（斜率m=1.67。熱水側(cè) " 時， U，滿足要求冷水側(cè)時，滿足要求故所選板式熱水冷卻器合理。2.2鋸齒形板式熱水冷卻器主要技術(shù)參數(shù)和計算結(jié)果根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和設(shè)計要求計算，所選的鋸齒形板式熱水冷卻器的主要技術(shù)參數(shù)和計算結(jié)果見表3-2。

14、表2.3鋸齒形板式熱水冷卻器技術(shù)參數(shù)和計算結(jié)果換熱器類型：鋸齒形板式熱水冷卻器2換熱面積（m： 1.9裕度：0.53%技術(shù)參數(shù)：物料名稱熱水側(cè)冷水側(cè)操作壓強，MPa0.130.41操作溫度，c80/5538/25流體密度,kg/m 3979.7995.2流速,m/s0.1600.300總傳熱量,kW72.54總傳熱系數(shù),W/nf C1226.3對流傳熱系數(shù)，W/rn C4220.35359.6污垢系數(shù),m2 K/W0.000171970.00017197推薦使用材料不銹鋼（1Cr18Ni9Ti >換熱器規(guī)格外形尺寸,長x 寬x高,mm625x 235x 0.8有效傳熱面積,m0.10波紋

15、形式鋸齒形波紋波紋高度,mm5.0法向波紋節(jié)距,mm40流道寬度210mm平均板間距,mm5.0平均流道橫截面積,m20.00045平均當量直徑，mm10.03課程設(shè)計評述本次化工原理課程設(shè)計是對 2500kg/h的鋸齒形板式熱水冷卻器的設(shè)計。按老師布置設(shè)計任務(wù)及操作條件嚴格計算與設(shè)計，我通過到圖書館查閱有關(guān)文獻 資料、上網(wǎng)搜索資料、和向老師、同學請教以及反復的計算核實，在設(shè)計的過 程當中，我力求嚴謹、細心、準確，并作出多次修改，板式熱水冷卻器的設(shè)計 可以說基本上完成了。這次的在課程設(shè)計過程中我有一些體會：課程設(shè)計不同于平時的作業(yè)，在 設(shè)計中需要我們自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取

16、資料，進行 過程和設(shè)備計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復的分析比較， 擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。所以，課程設(shè)計是培養(yǎng)我們獨立工作能 力的有益實踐。通過課程設(shè)計，我知道了必須要學會以下幾點：(1熟悉查閱文獻資料、搜集有關(guān)數(shù)據(jù)、正確選用公式。(2在兼顧技術(shù)上先進性、可行性，經(jīng)濟上合理性的前提下，綜合分析設(shè)計 任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全運 行所需要的檢測和計量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的有效措 施。(3準確而迅速地進行過程計算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算。(4用精練的語言、簡潔的文字、清晰的圖表來表達自己的設(shè)計思想和計算 結(jié)果。在

17、整個設(shè)計過程中，雖然出現(xiàn)了很多狀況，很多方面的知識我都是臨時翻 書找的，也怪自己平時沒有好好的實踐，才臨時抱佛腳了，但不管怎么樣，我 還是學到了很多東西，也初步形成了設(shè)計化工儀器的概念，但因為自身水平有 限，錯誤和不當之處在所難免，懇請老師批評指正。參考文獻1 大連理工大學化工原理教研室編化工原理課程設(shè)計大連理工大學 出版社,19942 柴誠敬等編.化工原理課程設(shè)計.天津：天津科學技術(shù)出版社，19943 王志祥主編.制藥化工原理.北京:化學工業(yè)出版社，20054 柴誠敬.張國亮等.化工流體流動與傳熱 .北京：化學工業(yè)出版 社,20005 余國琮等.化工容器及設(shè)備.北京：化學工業(yè)出版社,19806 匡國柱.史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計.北京：化學工業(yè)出 社,19887 朱聘冠.換熱器原理及計算.北京:清華大學出版社,19878 時均等編.化學項目手冊(第二版，上卷 >.北京：化學工業(yè)出 版社,1996附錄附錄1:主體設(shè)備工藝條件圖板式換熱器外形尺寸及安裝圖鋸齒形板式熱水冷卻器安裝尺寸參數(shù)和型號ABC鋸 BR006K58022894齒形 BR028K11154