毕业论文纯苯液冷却器设计28405.doc

课程设计课程设计题目： 纯苯冷却器设计 系 部： 生物与化学工程系 专 业： 应用化学 学 生 姓 名： 全君 班 级：化B051 学号 26 指导教师姓名： 职称 职称 设计完成时间 ： 2013年7月10 化工原理课程设计任务书一、设计题目：纯苯冷却器设计二、设计任务及操作条件:1 、设计任务：处理能力： 20000kg/h 设备型式： 列管式 2、操作条件：纯苯液：入口温度80，进口温度为55； 冷却介质：35（入口）循环水； 允许压强降：管、壳程压强降不超过10Kpa; 3、物性参数：物性流体温度kg/mmPa·sCpkJ/(kg)W/(m)kJ/kg苯 67828.60.3521.8410.129394水3910000.674.1740.63222583.设计计算内容：（1）传热面积、换热管根数；（2）确定管束的排列方式、程数、折流板等；（3）壳体的内径；（4）冷热流体进出口管径；（5）核算总传热系数；（6）管壳程流体阻力校核；4设计成果；（1）设计说明书一份；（2）换热器工艺条件图；三、设计内容及时间安排设计动员 0.5天1、概述2、设计方案的选择3、确定物理性质数据 0.5天4、设计计算内容：计算总传热系数；计算传热面积 1.5天5、主要设备工艺尺寸设计（1）管径尺寸和管内流速的确定（2）传热面积、管程数、管数和壳程数的确定（3）接管尺寸的确定 1天6、设计结果汇总7、换热器工艺条件图 1天8、设计评述答辩 0.5天四、图纸要求列管式换热器工艺条件图五、参考资料1.上海医药设计院。化工工艺设计手册(上、下).北京：化学工业出版社，1986目 录程设计成绩评定表II化工原理课程设计任务书3第1章 概述7第2章 设计条件及主要物性参数721设计条件822物性参数8第3章 确定设计方案831选择换热器的类型832流体空间选择8第4章 工艺计算941确定物性数据942 估算传热面积94.2.1计算热负荷（忽略热损失）94.2.3 平均温度差的计算94.2.4估算传热面积94.3 工艺结构尺寸10431选管子规格10432总管数和管程数10433确定管子在管板上的排列方式10444壳体内径的确定104.3.5确定实际管子数11436折流板的确定及绘管板布置图124.3.7接管口径计算12438拉杆设置12第5章 传热器校核1351传热面积校核13511传热温差校正：13512总传热系数K的计算135221管内传热膜系数135222管外传热膜系数135223污垢热阻和管壁热阻145224总传热系数K14513传热面积校核1552核算管、壳程流动阻力15521管程15522壳程1553壁温的计算16第6章 设计结果汇总表17设计评述18设备图18参考文献18附录A19附录B20第1章 概述本设计的主要任务是设计纯苯液冷却器设计，处理能力为20000kg/h, 纯苯液的入口温度80，进口温度为55；冷却介质为35（入口）循环水：允许压强降为管、壳程压强降不超过10Kpa;根据苯和水的物性参数，假设水的出口温度为43，根据这些条件选择换热器，列管式换热器的类型主要有四种：固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器和填料函式换热器，在这个设计中选固定管板式换热器。固定管板式换热器的特点：两端管板和壳体连接成一体，结构简单、紧凑、布管多，更换、造价低，管内便于清洗，应用广泛。壳程不易清洗，因此壳方流体应是较洁净且不易结垢的物料。所以纯苯液走壳程，循环水走管程。适合在管壳壁温差不大于50的情况下使用，当温差相差较大时可设置膨胀节。由于此设计的温差小于50,所以可以不用考虑热补偿.第2章 设计条件及主要物性参数21设计条件（1）处理能力：20000kg（纯苯液）/h；（2）设备类型：列管换热器；（3）操作条件：纯苯液：入口温度80，进口温度为55； 冷却介质：35（入口）循环水；允许压强降：管、壳程压强降不超过10Kpa; 22物性参数物性流体温度kg/mmPa·sCpkJ/(kg)W/(m)kJ/kg苯 67828.60.3521.8410.129394水3910000.674.1740.6322258第3章 确定设计方案31选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度80，出口温度55。冷流体进口温度35，假设出口温度为43。从两流体的温度看，换热器的管壁温度和壳体温度差不大，因此初步采用固定管板换热器。32流体空间选择因为热流体为苯，冷流体为水，为了使苯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果，故使苯走壳程，另外，水也较易结垢，为便于提高流速减少污垢生成，以及便于清洗，故使水走管程。第4章 工艺计算41确定物性数据苯的定性温度：水的定性温度：42 估算传热面积4.2.1计算热负荷（忽略热损失）Q=×1.841××（80-55）=2.56×J 公式1（参见附录，下同）4.2.2冷却水用量（忽略热损失）/s4.2.3 平均温度差的计算选取逆流流向=27.64 公式24.2.4估算传热面积参照传热系数K的大致范围，取K=500 W/（·） =18.52 公式3取实际面积为估算面积的1.15倍，则实际估算面积为：=18.52×1.15=21.304.3 工艺结构尺寸431选管子规格选取25×2.5无缝钢管，管长l=3m。432总管数和管程数总管数 n=90.490根单程流速 u=0.55m/s单程流速可以达到传热效果，故采用单管程433确定管子在管板上的排列方式采用正三角形排列，管子与管板用焊接结构。444壳体内径的确定壳体内径为： 公式4管心距: t=1.25=1.25×2532=1.1=1.1×=10.411根管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离：b=1.5=0.038所以 按壳体标准圆整取D=400mm4.3.5确定实际管子数管板布置图见设备图1 换热器的实际传热面积A=n（l-0.1）=90×3.14×0.025×(3-0.1)=20.49=452 W/（·）计算得的与之前设的值有较大差异，所以要重新进行上述计算：总管数 n=87根单程流速 u=0.57m/s壳体内径为： 管心距: t=1.25=1.25×2532=1.1=1.1×=10.311根管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离：b=1.5=0.038所以： 按壳体标准圆整取D=400mm436折流板的确定及绘管板布置图折流板与壳体间隙：3.5mm折流板直径：D=400-2×3.5=393mm采用弓形折流挡板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去圆缺高度：折流板数：-1=-1=13.514折流板间距：=200mm （0.2D D）4.3.7接管口径计算 管程流体进出口接管。取管内流速u=1.8m/s则接管内径 按管子标准取管程流体进出口接管规格为81×3.5无缝钢管。壳程流体进出口接管。取管内流速 u=1.8m/s折接管内径 =0.0689m按管子标准圆整，取壳程流体进出口接管规格为75×3无缝钢管。438拉杆设置选拉杆直径为16，拉杆数量为4根。第5章 传热器校核51传热面积校核511传热温差校正：=0.178 =3.125 公式5根据P、R值，查温差校正系数图=0.96，因0.8，所以选用单壳程可行。512总传热系数K的计算5221管内传热膜系数=16889 公式6 =4.42 公式7流体被加热，取n=0.4=0.023=3171W/(·)公式85222管外传热膜系数 管子按正三角形排列，则传热当量直径为 公式9壳程流通截面积 S=D（1-）=0.2×0.4×（1-）=0.0176 公式10壳程流体流速 = R=26835 P=5.02壳程中苯被冷却，取（）=0.95=0.36 公式11=0.36××26835×5.02×0.95=1077W/(·)5223污垢热阻和管壁热阻查表管内、外侧热阻分别：R=2.0×10·/W，R=1.72×10·/W。已知管壁厚度=0.0025m;导热系数=45.4W/（m·）。5224总传热系数K K= 公式12 = =564W/（·）513传热面积校核所需的传热面 A=16.4所以 =1.25即换热器有25%的面积裕度，在10%25%范围内，能完成生产任务。52核算管、壳程流动阻力521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=0.036P=0.036××=870.7 Pa 公式14 p=1.5()=3×()=241.9 Pa 公式15P=(870.7+241.9)×1.4×1=1557.6 Pa10kpa522壳程已知=1.15;N=1;P=(P+P)FsNs 公式16 P=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折流挡板间距 =0.2m折流挡板数 N=14壳程流通截面积 S=(D-bd)=0.2(0.4-10.3×0.025)=0.0285 壳程流速 u=0.235m/sRe=1.38×10500=5.0Re=5.0×(1.38×10)=0.569 公式18所以 P=0.5×0.569×10.3×(14+1)×=1767Pa P=N(3.5-) 公式19 =19×(3.5-)×=801Pa P=(1767+801)×1.15×1=2953Pa10kPa计算结果表明，管程和壳程的压力降均能满足设计要求。53壁温的计算换热器的壁温可由下式计算 公式20已知1077W/(·)；3171W/(·)；=换热管平均壁温： 壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即。壳体壁温与传热管壁温之差为： 该温差小于，所以不需要设置温差补偿装置。第6章 设计结果汇总温度进/出80/5535/43压力 Mpa物性定性温度 C67.539密度 kg/m3828.6 992.6热容kJ/(kg)1.8414174黏度 MPa·s0.1290.632设备结构参数型式列管式台数1壳体内径 mm400 壳程数1管径 mm 管心距 mm32管长 mm3000管子排列管数目(根)87 拆流板数(个)14传热面积m221.3 拆流板距 mm200管程数1材质不锈钢主要计算结果管程壳程污垢热阻 m2·C/w0.0001740.0002热负荷 Kw256传热温差C20传热系数 w/m2·C564裕度%25%设计评述这项试验设计综合性比较强，设计的进行是在兼顾技术上先进行、可行性，经济合理性的条件下进行的。此次设计涉及的工艺计算和结构设计比较全面，从多方面考察了我们的知识。从工艺计算到结构设计，每一个环节都集中考察了我们的综合性应用能力。设备图设备图1：设备图2参考文献1陈敏恒 丛德滋 方图南 齐鸣斋 编 化工原理北京 化学工业出版社 20062李功详 陈兰英 崔英德 编 常用化工单元设备设计广州 华南理工出版社 20033明辉编化工单元过程课程设计 北京 化学工业出版社 附录A符号意义与单位符号意义与单位Q热负荷 KJN折流板数管程给热系数w/(·)d传热管平均直径 m壳程给热系数w/(·)管板利用率 %P壳程压力降KpaNs换热器管程数 mA实际传热面积 ml传热管长度 m P壳程压力降kpaTm流体平均温度 Cd传热管外径 mt传热温差 C d传热管内径 mu流速 m/s Np换热器管程数流体导热系数 W/（m·C）N传热管总根数 根流体密度 kg/mtm实际平均传热温差 C流体粘度 Pa·S管心距 m导热系数 W/（m·C） D壳体内径 m粗糙度N折流板数 块 R雷诺准数 R管外侧污垢热阻 m·C/WR管内侧污垢热阻 m·C/W R管壁热阻 m·C/WK传热系数 W/（m·k）t换热管壁温度P普朗特数Cp流体的定压比热容J/(kg·)b横过管束中心线的管子数F壳程结垢校正系数壳程流体的摩擦系数附录B公式 1出自化工原理213页公式 2出自化工原理213页公式 3出自化工原理213页公式 4出自常用化工单元设备设计38页公式 5自化工原理 229页公式 6自化工原理 183页公式 7出自化工原理183页公式 8出自化工原理 184页公式 9自化工原理 227页公式 10化工原理 227页公式 11出自化工原理226页公式 12自常用化工单元设备设计19页公式 13化工原理 227页公式 14化工原理 228页公式 15自化工原理 228页公式 16化工原理 229页公式 17出自化工原理 229页公式 18自化工原理 228页公式 19化工原理 228页公式 20 化工原理 230页一条只有两条前肢的拳师犬不愿让残疾成为前进的障碍，他同其他四条腿的伙伴们一同在海滩上尽情狂奔。In an adorable video showing his first trip to the beach, Duncan Lou Who can been seen excitedly galloping along the sand and paddling in the water.这段可爱的视频展现了名叫Duncan Lou Who的狗第一次来到海边的场景，他兴奋地在沙滩上飞奔、或是趟水嬉戏。His exciting day trip was filmed by Panda Paws Rescue, a Washington state-based charity that cares for Duncan and other dogs with special needs.这段视频由位于华盛顿州的慈善组织Panda Paws Rescue拍摄，该组织专门照料Duncan以及其他有特殊需求的狗。Despite only having front limbs, the boxer is able to not only balance, but also run really fast and play with the other dogs that joined him for the outing.虽然只有两条前肢，Duncan不仅能让自己保持平衡，还能快速奔跑，和其余同他一起远足的狗 狗玩耍。He was born with deformed back legs, which were later removed to make the dog more comfortable. Duncan出生时，它的后肢就是畸形的，此后为了让他舒服些,只能进行截肢。His owners, who posted the video on YouTube, said he has a wheelchair but doesn't like to use it.主人们将视频传到了YouTube上，他们说有一把供Duncan使用的轮椅，但是他并不爱用。'We let him be free and just walk on his two legs. There is some slow motion in this video, but none of the video has been sped up, this gives you an idea of how fast Duncan really it,' his owners said. “我们让他自由地用两条腿行走。视频中有些特意制作的慢镜头，但是没有任何一处做过加速处理，你们可以通过视频感受到Duncan跑得有多快。”主人们说。The thrill of running through the surf was clear to see, as Duncan raced people and dogs across the sand, with his tail wagging excitedly. Duncan踏着浪花，在沙滩上同其他人及狗赛跑，还兴奋地摇着尾巴，他的喜悦之情显而易见。Duncan's owners have described him as a 'trooper', adding on charity's Facebook page: 'He's happy, healthy and as far as he knows, normal too.'主人们用“骑兵”一词来形容Duncan，他们在组织的Facebook中写道：“他很快乐，也很健康；而且在他自己看来，他是条正常的狗。”'It would be the best if he had four legs, of course, but his body wasn't built to have back legs and that's OK. He and we have just adapted.' “他如果能有四条腿当然最好，但是他天生就失去了后肢，这也没什么关系，无论是他还是我们都已经适应了这一点。” I'm thankful to PSG for giving me the opportunity to continue but I feel now is the right time to finish my career, playing at the highest level. If you had told me as a young boy I would have played for and won trophies with my boyhood club Manchester United, proudly captained and played for my country over one hundred times and lined up for some of the biggest clubs in the world, I would have told you it was a fantasy. I'm fortunate to have realised those dreams.To this day, one of my proudest achievements is captaining my country. I knew every time I wore the Three Lions shirt, I was not only following in a long line of great players, I was also representing every fan that cared passionately about their country. I am honoured to represent England both on and off the pitch.I wouldn't have achieved what I have done today without my family. I'm grateful for my parents' sacrifice, which made me realise my dreams. I owe everything to Victoria and the kids, who have given me the inspiration and support to play at the highest level for such a long period. I also want to thank Simon Fuller and his team for their continued support. I want to thank all my team-mates, the great managers that I had the pleasure of learning from. I also want to thank the fans who have all supported me and given me the strength to succeed. Nothing will ever completely replace playing the game I love, however I feel like I'm starting a new adventure and I'm genuinely excited about what lies ahead. I'm fortunate to have been given many opportunities throughout my career and now I feel it's my time to give back.