制藥化工原理實(shí)習(xí)報(bào)告

制藥化工原理實(shí)習(xí)報(bào)告班級(jí)：制藥101姓名：全體同學(xué)任務(wù)書一．設(shè)計(jì)題目：二．設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)(1)熱空氣處理量

43000kg/h

壓強(qiáng)

2MPa

進(jìn)口溫度125℃出口溫度60℃(2)冷卻水壓強(qiáng)

0.4MPa

進(jìn)口溫度

34℃

出口溫度

34℃

處理量

(3)當(dāng)?shù)卮髿鈮?/p>

76mm汞柱

三．設(shè)計(jì)任務(wù)：(1)設(shè)計(jì)計(jì)算列管式換熱器的熱負(fù)荷、傳熱面積、換熱管、殼體、管板、封頭、隔板及接管等。(2)繪制列管式換熱器的裝配圖。(3)編寫課程設(shè)計(jì)說明書。四．設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年

12月

17日～

2012年

12

月

29日設(shè)計(jì)學(xué)生

指導(dǎo)教師

張寶

說明書設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容包括：(1)目錄

將課程設(shè)計(jì)的主要項(xiàng)目寫于說明書的第一頁。(2)設(shè)計(jì)題目

附上或抄寫設(shè)計(jì)任務(wù)書。(3)設(shè)計(jì)說明

①根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)簡述所沒計(jì)的設(shè)備在生產(chǎn)中的作用。②畫出工藝流程示意圖。②說明選用該設(shè)備的理由、依據(jù)和優(yōu)缺點(diǎn)。①設(shè)計(jì)中遇到的特殊問題及解決方法。(4)傳熱過程工藝計(jì)算

根據(jù)所選定的設(shè)備形式和設(shè)計(jì)任務(wù)書所給定的條件．查閱參考資料進(jìn)行工藝計(jì)算。其主要內(nèi)容包括列管式換熱器的熱負(fù)荷、冷卻水的用量、傳熱面積、管子的尺寸與排列方式的確定，以及總傳熱系數(shù)和傳熱面積的校核等。(5)設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)的沒計(jì)，其主要內(nèi)容包括列管式換熱器殼體直徑、長度、厚度；管板尺寸、厚度和結(jié)構(gòu)；封頭尺寸和法蘭以及它們之間的連接和材料的選用等。(6)主要附屬件的選定

包括列管式換熱器各物流進(jìn)、出口連接管尺寸、材料及法蘭等。計(jì)算中注意之點(diǎn)：①凡設(shè)計(jì)計(jì)算所用公式及數(shù)據(jù)均須注明來源；②設(shè)備各結(jié)構(gòu)件形狀與尺寸的確定及材料的選擇應(yīng)盡量標(biāo)準(zhǔn)化；③主要部件的結(jié)構(gòu)應(yīng)在說明書中用圖示出；④說明書中應(yīng)詳細(xì)書寫設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟。(7)設(shè)計(jì)結(jié)果的匯集

將工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要結(jié)果和主要尺寸列成表格表示出來。(8)對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)論

設(shè)計(jì)完畢應(yīng)對(duì)本設(shè)計(jì)作出綜合評(píng)論，指出本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，特別是有創(chuàng)造性的見解，另一方面也要指出存在的問題，有待改進(jìn)。(9)參考文獻(xiàn)

設(shè)計(jì)所引用的文獻(xiàn)、書籍、科技雜志，均應(yīng)列出名稱、年份等，以便閱審者查對(duì)。

學(xué)生在完成設(shè)計(jì)后，應(yīng)按照以上內(nèi)容與順序編寫課程設(shè)計(jì)說明書，編寫時(shí)即要以有力的論證(包括理論、圖表及計(jì)算數(shù)據(jù))闡述本設(shè)計(jì)的正確性和可靠性，又要實(shí)事求是地指出存在的問題。要做到語言簡練、字跡清晰、書寫整齊(20頁左右)。繪圖的要求本課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)圖紙繪制一張列管式換熱器的裝配圖。(1)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)零部件(螺栓、螺母等)采用簡化畫法表示，但在零件明細(xì)表中應(yīng)詳細(xì)列出其名稱、規(guī)格、數(shù)量、材料和標(biāo)準(zhǔn)號(hào)。(2)換熱器中的管束，通常只畫出一根或幾根管子，其余的管子用點(diǎn)劃線表示。(3)設(shè)備的壁厚尺寸與設(shè)備的直徑、高度相差太大，在畫圖時(shí)可將壁厚適當(dāng)夸大畫出。(4)設(shè)備殼體上各接管，在主視圖上，可假設(shè)將這些管分別旋轉(zhuǎn)到與正面投影面平行的位置再進(jìn)行投影畫圖，但在管板布置圖中要表達(dá)出各接管的實(shí)際位置。

一．設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件TC"設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件"\fC某生產(chǎn)過程的流程如圖所示，反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進(jìn)料物流患熱后，用循環(huán)冷卻水將其從110℃進(jìn)一步冷卻至60℃之后，進(jìn)入吸收塔吸收其中的可溶組分。已知混和氣體的流量為227301㎏/h，壓力為6.9MPa,循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水的入口溫度為29℃，出口溫度為39℃，試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。物性特征：混和氣體在35℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）：密度定壓比熱容=3.297kJ/kg℃熱導(dǎo)率=0.0279w/m粘度 循環(huán)水在34℃下的物性數(shù)據(jù)：密度 =994.3㎏/m3定壓比熱容 =4.174kj/kg℃熱導(dǎo)率 =0.624w/m℃粘度 確定設(shè)計(jì)方案TC"確定設(shè)計(jì)方案"\fC選擇換熱器的類型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度125℃出口溫度60℃；冷流體進(jìn)口溫度34℃，出口溫度為37℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下賤，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，混和氣體走殼程。確定物性數(shù)據(jù)TC"確定物性數(shù)據(jù)"\fC定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度為T==92.5℃管程流體的定性溫度為 t=℃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)。對(duì)混合氣體來說，最可靠的無形數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。若不具備此條件，則應(yīng)分別查取混合無辜組分的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，然后按照相應(yīng)的加和方法求出混和氣體的物性數(shù)據(jù)?；旌蜌怏w在35℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）：密度定壓比熱容=3.297kj/kg℃熱導(dǎo)率=0.0279w/m粘度=1.5×10-5Pas 循環(huán)水在34℃下的物性數(shù)據(jù)：密度 =994.3㎏/m3定壓比熱容 =4.174kj/kg℃熱導(dǎo)率 =0.624w/m℃粘度 =0.742×10-3Pas估算傳熱面積TC"估算傳熱面積"\fC熱流量TC"熱流量"\fCQ1==43000×1.4×(125-60)=3.913×106kJ/h=1086.94kw2.平均傳熱溫差TC"平均傳熱溫差"\fC先按照純逆流計(jì)算，得=℃3.傳熱面積TC"傳熱面積"\fC由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè)K=320W/(㎡k)（參照表5-4,p142）則估算的傳熱面積為Ap=(算出真的K后需重新計(jì)算)4.冷卻水用量TC"冷卻水用量"\fCm==工藝結(jié)構(gòu)尺寸TC"工藝結(jié)構(gòu)尺寸"\fC1．管徑和管內(nèi)流速TC"管徑和管內(nèi)流速"\fC一般1.0-1.5m／s（p406參照附錄20）。選用Φ25×2.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼）［可以根據(jù)實(shí)際情況選用不同型號(hào)的管］，取管內(nèi)流速u1=1.3m/s（實(shí)際應(yīng)先根據(jù)估算的需交換的熱量算出冷卻水流量，再根據(jù)選取的管徑計(jì)算出管內(nèi)流速，再根據(jù)管內(nèi)流速計(jì)算出總傳熱系數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算出傳熱面積，最后核對(duì)管速）。2．管程數(shù)和傳熱管數(shù)TC"管程數(shù)和傳熱管數(shù)"\fC可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)Ns=按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為L=按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長l=4m，則該換熱器的管程數(shù)為Np=［實(shí)際上要管長在合理范圍，并非一定要用雙管程］傳熱管總根數(shù)Nt=213.56×1≈2143.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)TC"平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)"\fC平均溫差校正系數(shù)按式（5-97）和式（5-98）有R=P=按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查附錄22（p409）得平均傳熱溫差℃（公式5-95p145）由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。4.傳熱管排列和分程方法TC"傳熱管排列和分程方法"\fC采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列,隔板兩側(cè)采用正方形排列。見圖5-13（p130）。取管心距t=1.25d0［可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整］，則t=1.25×25=31.25≈32㎜隔板中心到離其最.近一排管中心距離按下列公式計(jì)算S=t/2+6=32/2+6=22㎜（6為隔板厚度）.各程(由于采用的是雙管程）相鄰管的管心距為44㎜。管數(shù)的分成方法，每程各有傳熱管612根，其前后關(guān)于隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序按圖3-14選取。5．殼體內(nèi)徑TC"殼體內(nèi)徑"\fC采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按式（3-19）估算。取管板利用率η=0.75，則殼體內(nèi)徑為D=1.05t按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取D=600mm解釋：殼截面積乘以修正系數(shù)1.05.6．折流板TC"折流板"\fC采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為H=0.25×600=150mm，故可取h=150mm取折流板間距B=0.3D，則B=0.3×600=180mm，可取B為200mm。折流板數(shù)目NB=折流板圓缺面水平裝配，見圖3-15。7．其他附件TC"其他附件"\fC拉桿數(shù)量與直徑按表3-9選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為600mm，故其拉桿直徑為Ф12拉桿數(shù)量不得少于10。殼程入口處，應(yīng)設(shè)置防沖擋板，如圖3-17所示。8．接管TC"接管"\fC殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為u1=10m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為150mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速u2=2.5m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后去管內(nèi)徑為210mm換熱器核算TC"換熱器核算"\fC熱流量核算Nu=f(Re,Pr,Gr)5-38（具體見p126）TC"熱流量核算"\fC（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)TC"（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)"\fC用克恩法計(jì)算，見p131有折流板式5-54無折流板式5-52當(dāng)量直徑正三角形排列公式5-56=正方形排列公式5-55=殼程流體流過管間最大截面積，依式5-57（p131）得［（1-d/t）總截面中空隙的比例］殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 普朗特?cái)?shù)粘度校正 （2）管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)TC"（2）管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)"\fC按式5-42至式5-51（p127）計(jì)算低粘度流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流有管程流體流通截面積,(214為單管層)管程流體流速 普朗特?cái)?shù)（3）污垢熱阻和管壁熱阻TC"（3）污垢熱阻和管壁熱阻"\fC按附錄24查壁面污垢熱阻（p412），可取管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻管壁熱阻按式3-34計(jì)算，依表3-14，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50w/(m·K)。所以（4）傳熱系數(shù)TC"（4）傳熱系數(shù)"\fC依式5-86有 （5）傳熱面積裕度TC"（5）傳熱面積裕度"\fC依式3-35可得所計(jì)算傳熱面積Ac為 該換熱器的實(shí)際傳熱面積為Ap 該換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。（如果傳熱面積不夠，應(yīng)該從重新計(jì)算?。。。┍跍赜?jì)算TC"壁溫計(jì)算"\fC因?yàn)楣鼙诤鼙?，而且壁熱阻很小，故管壁溫度可按?-42計(jì)算。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確?？煽?，取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為39℃計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中，應(yīng)該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。于是，按式4-42有式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別計(jì)算為0.4×39+0.6×15=24.6℃(125+60)/2=92.5℃5857.8w/㎡·k224.12w/㎡·k傳熱管平均壁溫℃殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=92.5℃。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為℃。該溫差較大，故需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。由于換熱器殼程壓力較大，因此，需選用浮頭式換熱器較為適宜。3．換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力TC"換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力"\fC（1）管程流體阻力TC"（1）管程流體阻力"\fC ［殼程數(shù)］,［管程數(shù)］,Fs=1.5［管程結(jié)垢校正系數(shù)（正三角形排列）,Fs=1.4（正方形排列）］；由Re=34840，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01，查圖1-29（p29）得，流速u=1.306m/s,,所以，［換熱管直管內(nèi)阻力］［換熱接著拐彎處阻力］管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。（2）殼程阻力TC"（2）殼程阻力"\fC按式計(jì)算 ,,流體流經(jīng)管束的阻力 F=0.50.5×0.2419×16.09×(4+1)×=65.58Pa流體流過折流板缺口的阻力,B=0.45m,D