化工原理课程设计.docx
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化工原理课程设计
生命科学学院
化工原理课程设计
（2009级）
题目甲醇冷凝冷却器的设计
专业生物工程
班级2009级生物工程
（2）班
学号0931250057
学生姓名徐芳
指导教师胡华南
完成日期2012年6月18日
（二）、课程任务计划书
1、设计题目
甲醇冷凝冷却器的设计
2、设计任务及操作条件
（1）处理能力22000kg/h甲醇。
（2）设备形式列管式换热器
（3）操作条件
①甲醇：
入口温度64℃，出口温度50℃，压力为常压。
②冷却介质：
循环水，入口温度30℃。
出口温度40℃，压力为0.3MPa。
③允许压降：
不大于
Pa。
④每年按330天计，每天24小时连续运作。
3、设计要求
选择适宜的列管式换热器并进行核算。
二、方案设计
（一）、确定设计方案
（1）选择换热器的类型
两流体温度变化情况：
热流体进口温度64℃，出口温度50℃冷流体。
冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。
从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用列管式换热器。
（2）流动空间及流速的确定
由于甲醇的粘度比水的大，因此冷却水走管程，甲醇走壳程。
另外，这样的选择可以使甲醇通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。
同时，在此选择逆流。
选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/ｓ。
（二）、确定物性数据
定性温度：
可取流体进口温度的平均值。
壳程硝基苯的定性温度为：
管程流体的定性温度为：
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
甲醇在57℃下的有关物性数据如下：
密度 ρo=791kg/m3
定压比热容 cpo=2.495kJ/（kg·℃）
导热系数 λo=0.212W/（m·℃）
粘度 μo=0.000597Pa·s
冷却水在35℃下的物性数据：
密度 ρi=994kg/m3
定压比热容 cpi=4.08kJ/（kg·℃）
导热系数 λi=0.626W/（m·℃）
粘度 μi=0.000725Pa·s
（三）、计算总传热系数
（1）热流量
Qo=WocpoΔto=22000×2.495×（64-50）=7.68×10^5kJ/h=213.3kW
（2）平均传热温差
（3）冷却水用量
（4）总传热系数K
管程传热系数
壳程传热系数
假设壳程的传热系数αo=6000W/（m2·℃）；
污垢热阻Rsi=0.000344m2·℃/W,Rso=0.00017197m2·℃/W
管壁的导热系数λ=45W/（m·℃）
（四）、计算传热面积
考虑15％的面积裕度，S=1.15×S''=1.15×12.5=14.38m2
（五）、工艺结构尺寸
（1）管径和管内流速及管长
选用ф25mm×2.5mm传热管（碳钢），取管内流速ui=0.5m/s，选用管长为6m
（2）管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数
按单程管计算其流速为
（3）平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
按单壳程，单管程结构，温差校正系数应查有关图表。
可得
平均传热温差
（4）传热管排列和分程方法
采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。
取管心距t=1.25d0，则
t=1.25×25=31.25≈32（mm）
横过管束中心线的管数
（5）壳体内径
采用单管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径为
圆整可取D＝240mm
（6）折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的35％，则切去的圆缺高度为h＝0.35×240＝84mm，故可取h＝90mm。
取折流板间距B＝0.6D，则B＝0.6×240＝144mm，可取B为150。
折流板数NB=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39（块）
折流板圆缺面水平装配。
（7）接管
壳程流体进出口接管：
取接管内硝基苯流速为u＝15m/s，则接管内径为
圆整后可取管径为20mm。
管程流体进出口接管：
取接管内冷却水流速u＝1.5m/s，则接管内径为
取内径为67mm无缝钢管。
（六）、换热器核算
（1）热量核算
①壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用凯恩公式
当量直径，由正三角形排列得
壳程流通截面积
壳程流体流速及其雷诺数分别为
普兰特准数
粘度校正
②管程对流传热系数
管程流通截面积
管程流体流速
普兰特准数
③传热系数K
④传热面积S
该换热器的实际传热面积Sp
该换热器的面积裕度为
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
（2）换热器内流体的压力降
①管程流动阻力
∑ΔPi=（ΔP1+ΔP2）FtNsNp
Ns=1,Np=2,Ft=1.4
由Re＝32905，传热管相对粗糙度0.01/20＝0.0005，查莫狄图得λi＝0.0245W/m·℃，
流速ui＝1.2m/s，ρ＝994kg/m3，所以
管程压力降在允许范围之内。
②壳程压力降
流体流经管束的阻力
流体流过折流板缺口的阻力
壳程压力降也在合理压力降范围内。
三、设计结果一览表
表格1
换热器形式：
列管式换热器
换热面积（m2）:
16.3
工艺参数
名称
管程
壳程
物料名称
冷却水
甲醇
操作压力，Pa
0.3Mpa
常压
操作温度，℃
30/40
64/50
流量，kg/h
10269.6
22000
流体密度，kg/m3
994
791
流速，m/s
1.2
0.980
传热量，kW
213.3
总传热系数，W/m2·K
776
传热系数，W/（m2·℃）
713.6
1958.3
污垢系数，m2·K/W
0.000344
0.00017197
阻力降，Pa
20704.2
33330.8
程数
1
1
推荐使用材料
碳钢
碳钢
管子规格mm
ф25mm×2.5mm
管数35
管长mm:
6000
管间距，mm
32
排列方式
正三角形
折流板型式
立式
间距，mm
150
切口高度35%
壳体内径，mm
240
保温层厚度，mm
未知
四、总结
随着暑假日子的到来，课程设计也开始了。
在我们六个人的努力下，经过几天的奋战，我们一组的化工课程实验设计终于完成了。
在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。
通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
再加上已经有一年左右的时间没有看过化工课程，我们觉得更加有难度。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
最后终于做完了，有种如释重负的感觉。
此外，还得出一个结论：
知识必须通过应用才能实现其价值！
有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
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