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材料科学与工程学院课程设计说明书课题名称专业班级学生学号学生姓名学生成绩指导教师课题工作时间材料科学与工程学院课程设计任务书专业 高材 班级11高材2 学生姓名 发题时间： 2014 年 6 月 23 日一、 课题名称乙醇---水精馏塔顶产品冷凝器设计二、 课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量）（一）设计任务设计一冷凝器，冷凝乙醇---水系统精馏塔顶部的馏出产品，乙醇浓度与处理量如下所示，要求全部冷凝；(1) 处理能力： T/y 。
(2)产品浓度：含乙醇 %(3) 冷却剂：自来软水，进口温度计(1t)： ，出口温度(2t )：（二）操作条件： （1）生产方式：连续操作（2）生间时间：每年以300天计算，每天24小时（3）冷凝器操作压力为常压，管程和壳程的压力降均不大于30KPa 。
三、 设计任务1 确定设计方案，绘制工艺流程图。
2热力学计算2．1热力学数据的获取 2．2估算传热面积 2．3工艺尺寸计算 2．4面积核算 2．5壁温校核 2．6压降校核 3结构设计 3．1冷凝器安装 3．2管设计 3．3管心距设计 3．4管板设计 3．5折流板设计 3．6壳体设计 3．7接管设计 3．8封头设计 3．9法兰设计3．10支座设计3．11其它4设计计算结果汇总表5设计结果评价6绘制装配图7编制设计说明书四、设计所需技术参数物性数据：热容、粘度、密度、导热系数等。
五、设计说明书内容1封面2任务书3《课程设计》综合成绩评定表4中英文摘要。
5目录及页码6概述7按设计任务顺序说明8结语简述设计体会，收获，提出建议等。
9参考文献10附冷凝装配图及流程图六、进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期）1 设计动员，下达设计任务书 2014.6.232 搜集资料，阅读教材，拟订设计进度 2010.6.23—6.243 设计计算（包括电算） 2010.6.25—6.274 绘图 2010.6.28—6.305 整理设计资料，撰写设计说明书 2010.7.1—7.36 设计小结及答辩 2010.7.3—7.4指导教师（签名）： 2014 年月日学科部（教研室）主任（签名）： 2014 年月日说明：1．学生进行课程设计前，指导教师应事先填好此任务书，并正式打印、签名，经学科部（教研室）主任审核签字后，正式发给学生。
产品冷却器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解产品冷却器的基本概念、分类及其在工业生产中的应用。
2. 学生能够掌握产品冷却器的工作原理、关键部件和冷却效果的评估方法。
3. 学生能够了解不同类型产品冷却器的优缺点，并能够根据实际需求选择合适的产品冷却器。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并解决产品冷却器在实际应用中遇到的问题。
2. 学生能够运用图表、数据和文字等形式，展示产品冷却器的选型、安装和使用过程。
3. 学生能够通过小组合作，完成对产品冷却器的设计、制作和性能测试。
情感态度价值观目标：1. 学生养成积极主动、严谨求实的科学态度，对产品冷却器技术产生浓厚兴趣。
2. 学生培养团队合作意识，学会倾听、尊重他人意见，共同解决问题。
3. 学生认识到产品冷却器在节能减排、环保等方面的重要性，树立绿色环保意识。
课程性质：本课程为技术应用型课程，结合实际工业生产场景，培养学生对产品冷却器知识的理解和应用能力。
学生特点：初三学生，具有一定的物理基础，好奇心强，喜欢动手实践，但注意力容易分散。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，以案例导入、小组讨论、实验操作等形式，激发学生学习兴趣，提高教学效果。
通过分解课程目标为具体学习成果，使学生在学习过程中能够明确自己的任务和目标，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 产品冷却器概述- 冷却器的定义、分类及作用- 冷却器在工业生产中的应用案例2. 产品冷却器的工作原理与关键部件- 冷却器的工作原理- 冷却器关键部件的结构与功能- 冷却效果的评估方法3. 不同类型产品冷却器的优缺点及应用- 风冷式、水冷式、油冷式等冷却器的特点- 不同类型冷却器的适用场景及选型要点4. 产品冷却器的选型、安装与使用- 冷却器选型的依据和方法- 冷却器的安装位置、方式及注意事项- 冷却器的使用与维护5. 产品冷却器的设计与制作- 冷却器设计的基本要求- 设计方案的形成与优化- 小组合作完成冷却器的制作和性能测试教学内容安排与进度：第一课时：产品冷却器概述第二课时：产品冷却器的工作原理与关键部件第三课时：不同类型产品冷却器的优缺点及应用第四课时：产品冷却器的选型、安装与使用第五课时：产品冷却器的设计与制作（含小组讨论、实验操作等）教材章节关联：本教学内容与《物理》课本第四章“热学”内容相关，重点关注热交换器（冷却器）的工作原理、选型和应用等方面。
目录设计任务书------------------------------------------------------2 设计题目---------------------------------------------------2设计依据---------------------------------------------------2设计要求---------------------------------------------------2物料衡算、热量衡算-------------------------------------2产品冷却器选型及校核---------------------------------------16参考文献及资料------------------------------------------------21主要符号说明---------------------------------------------------21设计任务书一、设计题目：乙醇水精馏系统产品冷却器设计二、设计依据：1、产量：年产20万吨95%工业乙醇2、年工作时间：300天3、原料乙醇：浓度50%（质量）,出库温度25℃4、产品乙醇：浓度95%（质量），入库温度40℃5、乙醇回收率：99.5%6、原料乙醇泡点进料，回流比R=37、循环冷却水进口温度：25℃8、再沸气饱和水蒸汽温度：150℃9、系统散热损失：不考虑系统散热损失10、换热器KA值裕度：20～40%三、设计要求：第一节：物料衡算、热量衡算1.精馏塔物料衡算查《化学工程手册》，乙醇、水的相对分子质量为M乙醇=46.07g/mol，M水=18.02g/mol由原料乙醇质量浓度为50%得原料乙醇的摩尔分率为：F=50%/M X 50%/M M 50%/46.07=50%/46.07+50%/18.02=0.2812乙醇乙醇水+50%/ 由产品乙醇质量浓度为95%得产品乙醇的摩尔分率为：D 95%/X =95%/95%/46.0795%/46.075%/18.020.8814M M =+=乙醇乙醇水+5%/M 原料F 、塔顶馏出液D 的平均相对分子质量：F X M /F F M X g mol=⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=25.91乙醇水（1-）=0.2812（1-0.2812） D D D X M 8814881442.74/M X g mol =⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=乙醇水（1-）=0.（1-0.） 塔顶产品流率D ：(30024)h D 841.88h27778/663.27/MD M kg kg h kmol h =⨯⨯2⨯10=⨯(300⨯24)==()hkg h kmol h/10944.6/48.1622430074.4210537⨯=⨯⨯⨯=由乙醇回收率99.5%DFDX FX η==得：h kmol X DX F F D/84.511995.02812.08814.048.162=⨯⨯==ηhkg h kg F /10326.1/1326291.2584.5114⨯≈=⨯=塔底残液流率W ：h kmol DF W /36.34948.16284.511=-=-= 摩尔分率：31006.236.3498814.048.1622812.084.511-⨯=⨯-⨯=-=WDX FX X DF W 塔底残液W 的平均相对分子质量： ()()molg M X M X M W W W /08.1802.181006.2-107.461006.213-3-=⨯⨯+⨯⨯=⨯-+⨯=水乙醇 hkg h kg W /10316.6/43.631608.1836.3493⨯≈=⨯= 2、冷凝器物料衡算、热量衡算 ①物料衡算 假设泡点进料。
目录第一部分：课程设计任务-------------------------------------------------------------4一、设计任务与工艺条件-------------------------------------------------------------4二、设计项目----------------------------------------------------------------------------4三、绘图和说明-------------------------------------------------------------------------4 第二部分：概述-------------------------------------------------------------------------4一、换热器-------------------------------------------------------------------------------4二、列管换热器的结构组成----------------------------------------------------------4 第三部分：设计方案的确定----------------------------------------------------------7一、列管式换热器型式的选择-------------------------------------------------------7二、换热器的安装方法----------------------------------------------------------------8三、流体的流速的选择----------------------------------------------------------------8四、流体流动方向的选择-------------------------------------------------------------9五、流体流动通道的选择-------------------------------------------------------------9六、流体进出口温度的确定----------------------------------------------------------10七、加热剂及冷却剂的选择----------------------------------------------------------10八、确定设计方案的原则-------------------------------------------------------------10 第四部分：工艺设计计算-------------------------------------------------------------11一、定性温度及其物性----------------------------------------------------------------11二、计算热负荷Q及平均温度差---------------------------------------------------11三、假定传热系数----------------------------------------------------------------------12四、计算传热面积----------------------------------------------------------------------12五、选取管径、管长、管数---------------------------------------12六、验算管程流速----------------------------------------------------------------------12七、计算管程内流体流通面积-------------------------------------------------------13八、初定换热器规格-------------------------------------------------------------------13九、验算壳程内流体流速-------------------------------------------------------------13十、计算初定设备内流体给热系数-------------------------------------------------13 十一、选取管程及壳程污垢热阻----------------------------------------------------14 十二、传热面各人、检查安全系数-------------------------------------------------14 第五部分：结构计算和设计----------------------------------------------------------15 一、管子在管板上的固定及排列方法----------------------------------------------15 二隔板与分程方法----------------------------------------------------------------------16三、管板厚度的计算-------------------------------------------------------------------18四、壳体厚度的计算-------------------------------------------------------------------19五、折流挡板的作用和固定方法----------------------------------------------------19六、管箱及封头-------------------------------------------------------------------------21七、接管-----------------------------------------------------------------------------------22 第六部分：换热器附件的选择-------------------------------------------------------23一、法兰连接的选择--------------------------------------------------------------------23二、容器法兰及其垫片----------------------------------------------------------------23三、接管法兰及其垫片-----------------------------------------------------------------24 二、支座的选择-------------------------------------------------------------------------25第七部分：列管式换热器流体阻力的计算----------------------------------------27 第八部分：换热器的材料和主要参数----------------------------------------------28一、换热器材料的选用----------------------------------------------------------------28二、列管式换热器的主要参数-------------------------------------------------------28 第八部分：设计评述-------------------------------------------------------------------29一、计的优点及存在的问题----------------------------------------------------------29二、设计过程的体会-------------------------------------------------------------------29第一部分课程设计任务书一、《化工原理》课程设计工艺条件题目：设计一台68t/d的酒精冷却器1)生产能力（3091）Kg/h；2)酒精由（78.8）C o冷却到（32）C o；3)酒精溶解度（92）质量%；4)冷却水出口温度（28）C o；5)冷却水进口温度（20）C o。
目录1. 设计方案简介 (2)2. 工艺流程草图及其说明 (2)3. 主要设备的计算和说明 (4)3.1初选换热器规格计算 (4)3.1.1 换热器选型 (4)3.1.2 确定流体的定性温度，物性数据 (4)3.1.3计算传热量Q (5)3.1.4计算有效平均温差，按逆流计算 (5)3.1.5估算K值的大小 (6)3.1.6工艺结构设计 (6)3.1.6.1 管径与管内流速 (6)3.1.6.2管程数和传热管数 (6)3.1.6.3 传热管排列和分程办法 (7)3.1.6.4 壳体内径的计算 (7)3.1.6.5折流挡板 (7)3.1.6.6其他附件 (7)3.1.6.7 计算混合气的密度 (7)3.1.6.8 接管 (8)3.1.6.9核算总传热系数 (9)3.1.6.9.1 计算管程对流传热系数 (9)3.1.6.9.2 计算壳程对流传热系数 (9)3.1.6.9.3 确定污垢热阻 (10)3.1.6.9.4 总传热系数 (10)3.1.6.9.5 核算壁温 (10)3.1.6.9.6 计算压降 (11)3.2所选固定管板式换热器的结构说明 (12)3.2.1管程结构 (12)3.2.1.1 密封形式 (12)3.2.1.2 管子的排列 (12)3.2.1.3 管板 (12)3.2.1.4 封头和管箱 (12)3.2.2壳体结构 (12)3.2.2.1 壳体 (13)3.2.2.2折流挡板 (13)3.2.2.3 缓冲板 (13)3.2.3其他主要附件 (13)4. 换热器的主要结构和计算结果 (14)5. 思考题 (15)2 乙醇一水精馏塔项产品冷凝器的设计任务书1、设计题目乙醇一水精馏塔顶产品全凝器的设计。
设计一冷凝器，冷凝乙醇一水系统精馏塔顶部的馏出产品。
产品中乙醇的浓度为95%处理量为（x）x 104t/a，要求全部冷凝。
冷凝器操作压力为常压，冷却介质为水，其压力为0. 3MPa，进口温度为30T，出口温度为40C。
课程设计说明书课程名称：化工原理课程设计题目：乙醇-水精馏塔顶全凝器设计学生姓名：学号： 20082171030系别：专业班级：指导老师：2010年12月换热器设计任务书班级姓名学号20082171030一、设计题目乙醇——水精馏塔顶全凝器的设计二、设计任务及操作条件1、处理能力28800吨/年2.、单位产量4000kg/h3、设备型式列管式换热器4、操作条件（1）乙醇蒸汽：入口温度75℃，出口温度65℃。
（2）冷却介质：循环水，入口温度25 ℃，出口温度45 ℃。
（3）允许压降：不大于101.3kpa。
（4）进料液中含乙醇70%；塔顶产品中乙醇的含量不低于99.6%；塔底产品中乙醇的含量不高于0.01%；（5）乙醇蒸汽定性温度下的物性数据：＝754.2kg/m3ρh＝0.523mPa·Sμhc＝2.64KJ/(Kg·℃)pcλ＝0.46w/(m·℃)(5)每年按300天计，每天24小时连续运行。
三、完成设备图一张。
（A3，CAD）目录1.设计方案简介 (4)1.1确定设计方案 (4)1.1.1换热器的选型 (4)1.1.2流动空间安排、管径及流速的确定 (4)1.2确定流体的定性温度、物性数据 (4)2.工艺流程草图及其说明 (6)3.工艺计算及主体设备设计 (6)3.1计算总传热系数 (6)3.1.1计算热负荷Q (6)3.1.2平均传热温差先按纯逆流算 (7)3.1.3 冷却水用量 (7)3.1.4 计算总传热系数K (7)3.2计算传热面积 (8)3.3工艺结构尺寸 (8)3.3.1管程数和传热管数 (8)3.3.2传热管排列和分程方法 (9)3.3.3壳体内径 (9)3.3.4折流板 (9)3.4换热器核算 (9)3.4.1热量核算 (9)3.4.2计算流动阻力 (11)4.辅助设备的计算及选型 (13)接管 (13)5.换热器主要结构尺寸和计算结果 (13)表3换热器主要结构尺寸和计算结果 (14)6. CAD绘制设备附属图(见附图) (15)结论 (16)符号说明 (17)参考文献 (18)1.设计方案简介1.1确定设计方案1.1.1换热器的选型两流体温度变化情况：塔顶热流体（乙醇蒸汽）进口温度75o C，出口温度65o C。
化工工艺课程设计前言课程设计是化工原理课程教学中综合性和实际性较强的教学环节。
它要求学生利用课程理论知识，进行融会贯通的独立思考，在规定时间内完成指定的化工设计任务，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试，培养了学生分析和解决工程实际问题的能力。
同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是，严肃认真，高度负责的工作态度。
本次课程设计为乙醇—水精馏塔塔顶产品冷凝器设计，要求设计一台冷凝器，将精馏塔顶乙醇—水气相产品全部冷凝。
设计任务包括：一、设计计算初选冷凝器结构二、传热计算（一）压降计算（二）冷凝器计算三、结构设计我们选用的冷凝器为卧式冷凝器，传热系数较高，不易积气，检修和安装方便，为减薄液膜厚度，安装时应有1/100左右坡度。
设计选用的列管换热器类型为固定管板式。
列管换热器是较典型的换热设备，在工业中应用已有悠久历史，具有易制造、成本低、处理能力大、换热表面情况较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于调温调压场合等优点。
在工艺计算过程中，由于选取K0不当或其他条件选取不当，造成在校核时K0不符合要求。
在重新选取K0的同时，改变了其他的条件，如：n，L等，经过二次校核达到了预期的目的。
最后在结构设计中考虑到合理经济，进行了零部件的设计与选用，使换热器完全发挥其作用。
由于缺乏实际操作经验，我们的设计的产品可能存在某些发面的不足，希望指导老师给予建议和批评。
同时感谢指导老师和参考文献作者对我们本次设计任务的支持和帮助。
第二章概述冷凝的目的在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是：（1）回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；（2）除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气的有害物质，以免污大气。
气体和混合物的分离，往往是根据混合物各组分间某种物理性质和化学性质的差异来进行的。
根据不同性质上的差异，可以开发出不同的分离方法，冷凝操作仅为其中之一，它是根据混合物各组分沸点不同而达到分离的目的的。
化工原理课程设计*者：***学号：*********学院：化学与生物工程学院专业：应用化学题目：非标准系列管壳式气体冷却器的设计指导者：陶彩虹老师化工原理课程设计任务书一、设计题目：非标准系列管壳式气体冷却器的设计二、设计条件1.生产能力：混合气体流量为6000/h，混合气的相对分子质量为17.2.混合气进口温度为144.5℃，出口温度为57℃，冷却水入口温度30℃，出口温度36℃。
4.两流体均无相变。
三、设计步骤及要求1.确定设计方案（1）选择列管式换热器的类型（2）选择冷却剂的类型和进出口温度（3）查阅介质的物性参数（4）选择冷热流体流动的空间及流速2.初步估算换热器的传热面积3.初选换热器规格4.校核（1）核算换热器的传热面积，要求设计裕度不小于10%，不大于20%。
（2）核算管程和壳程的流体阻力损失。
如果不符合上述要求重新进行以上计算5.附属结构如封头、管箱、分程隔板、缓冲板、拉杆和定距管、人孔或手孔、法兰、补强圈等的选型四、设计成果1.设计说明书（A4纸）（1）内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录（2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印。
2.换热器工艺条件图（2号图纸）（手绘）五、时间安排（1）第19周～第20周，于7月17号下午3点本人亲自到指定地点交设计成果.六、设计考核（1）设计是否独立完成；（2）设计说明书的编写是否规范（3）工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范（4）答辩七、参考资料1.《化工原理课程设计》贾绍义柴诚敬天津科学技术出版社2.《换热器设计手册》化学工业出版社3.《化工原理》夏清天津科学技术出版社目录1.摘要 (1)2.文献综述 (2)2.1热量传递的概念与意义 (2)2.1.1热量传递的概念 (2)2.1.2. 化学工业与热传递的关系 (2)2.1.3.传热的基本方式 (2)2.2换热器简介 (3)2.2.1固定管板式换热器 (3)2.2.2浮头式换热器 (3)2.2.3 U形管式换热器 (4)2.3 列管式换热器设计一般要求 (5)2.4 流体流径的选择 (6)2.5管壳式换热器 (6)2.5.1工作原理 (6)2.5.2主要技术特性 (7)3.工艺计算 (8)3.1 确定设计方案 (8)3.1.1确定流体的定性温度 (8)3.1.2选择列管式换热器的形式 (8)3.1.3确定流体在换热器中的流动途径 (8)3.2设计参数 (8)3.3计算总传热系数 (8)3.3.1.热流量 (9)3.3.2冷却水用量 (9)3.3.3计算传热面积 (9)3.3.4工艺结构尺寸 (9)3.3.5传热计算 (10)3.3.6换热器内流体的流动阻力 (12)4.换热器主要结构尺寸和计算结果 (15)5.参考文献 (16)6.附录 (17)6.1英文字母 (17)6.2 希腊字母 (17)6.3下标 (17)1.摘要热量传递不仅是化工、能源、宇航、冶金、机械、石油、动力、食品、国防等各工业部门重要的单元操作之一，它还在农业、环境保护等其他部门中广泛涉及。
化工原理课程设计案例范本一、课程设计题目以甲醇为原料，设计甲醇制乙醇的工艺流程。
二、设计要求1.设计产乙醇的工艺流程，包括反应器、分离器、加热器、冷却器等装置的选型和设计。
2.考虑工艺流程的能耗、安全性、环保性等因素。
3.设计出产乙醇的最佳工艺流程，并给出工艺流程图和各设备的工作参数。
三、设计思路1.甲醇制乙醇的反应方程式为：CH3OH + CH3OH → C2H5OH + H2O2.设计工艺流程时，首先需要选择反应器。
甲醇制乙醇反应一般采用连续式反应器或循环式反应器，常见的有管式反应器、搅拌式反应器等。
3.反应器后需要设置分离器，将反应产物中的乙醇和水分离出来。
常见的分离器有蒸馏塔、回流蒸馏塔等。
4.在工艺流程中还需要设置加热器和冷却器，以控制反应温度和分离出的产物温度。
5.最后，需要考虑工艺流程的能耗、安全性和环保性等因素，选择合适的设备和工艺条件。
四、设计步骤1.确定反应器：选择管式反应器，其反应温度为240℃，反应压力为30MPa。
2.设计分离器：选择蒸馏塔作为分离器，分离塔采用三段式结构，塔顶温度为95℃，塔底温度为80℃。
3.设计加热器和冷却器：反应器前后分别设置加热器和冷却器，加热器采用热交换器，冷却器采用空气冷却器。
4.确定工艺流程：甲醇制乙醇的工艺流程如下图所示。
甲醇加热→反应器→分离塔→乙醇冷却五、设计结果1.工艺流程图2.设备参数表设备名称设计参数反应器反应温度240℃，反应压力30MPa分离塔三段式结构，塔顶温度95℃，塔底温度80℃加热器热交换器冷却器空气冷却器六、结论本设计以甲醇为原料，设计了甲醇制乙醇的工艺流程。
通过选择合适的反应器、分离器、加热器和冷却器等设备，设计出了产乙醇的最佳工艺流程，并给出了各设备的工作参数。
该工艺流程具有能耗低、安全性高、环保性好等优点，可为实际生产提供参考。
乙醇-管壳式换热器课程设计摘要：管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最为广泛地应用，管壳式换热器主要有固定管板式换热器，斧头式换热器，U型管式换热器等。
一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。
壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。
进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体本次设计的换热器为固定管板式换热器，具有结构简单、重量轻、造价低等优点。
依据GB150-1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》等标准对换热器各零件进行选择和计算。
固定管板式换热器包括外壳、封头、管板、折流板、法兰、以及支座等。
还涉及到了管子与管板之间的连接以及确定壁厚的校验等内容。
设计计算结果准确，图纸符合国家机械制图标准要求，传热效果满足要求。
关键词：固定管板式换热器，传热系数，管程数与壳程数，传热管排列和分程方法，折流板，接管，换热器的校核，壳体的选择，法兰的选择，折流板的设计，是否使用膨胀节的确定，开孔补强等。
目录1.设计背景 (7)1.1 课程背景 (7)1.2设计目的 (7)2.设计方案 (8)2.1设计条件 (8)2.2设计流程 (8)3.方案实施 (9)3.1确定设计方案 (9)3.1.1选择换热器的类型 (9)3.1.2流动空间及流速的确定 (9)3.1.3 计算总传热系数 (10)3.1.4 计算传热面积 (11)3.1.5工艺结构尺寸的计算 (11)3.1.6 换热器的核算 (13)3.2机械设计 (16)3.2.1换热器壳体壁厚计算及校核 (16)3.2.2 换热器封头的选择及校核 (17)3.2.3 容器法兰的选择 (17)3.2.4管板结构尺寸 (18)3.2.5 管子拉脱力的计算 (18)3.2.6计算是否安装膨胀节 (20)3.2.7折流板设计 (21)3.2.8开孔补强 (21)3.2.9支座 (22)4. 结果与结论 (23)4.1工艺设计结果汇总表 (23)5.收获： (25)6.谢辞 (26)设计背景1.1 课程背景换热器是化工、石油、钢铁、动力、食品、发电等许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要的地位。
河西学院Hexi University化工原理课程设计题目: 乙醇冷却器设计学院: 化学化工专业: 化工141学号: 21姓名: 饶培豪指导教师: 佟永纯2016年 11 月 14 日化工原理课程设计任务书一、设计题目：乙醇冷却器的设计二、设计任务及操作条件1.设计任务处理能力：200×103 t/年乙醇操作周期：7200小时/年2.操作条件10Pa操作压力：不大于5×4操作条件：乙醇入口温度78℃，出口温度38℃冷却介质：循环水，入口温度25℃，出口温度39℃3.设备型式：固定板式换热器4.建厂地址：新疆三、设计要求1、选择适宜的列管式换热器并进行核算2、要进行工艺计算3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）4、编写设计任务书5、进行设备结构图的绘制目录1.概述换热器概述 (1)换热器的种类及特点 (1)换热器设计要求 (2)设计方案 (2)2、确定物性数据 (3)3、计算总传热系数 (3)热流量 (3)平均传热温差 (4)冷却水用量 (4)总传热系数K (4)4、计算传热面积 (4)5、工艺结构尺寸 (5)管径和管内流速 (5)管程数和传热管数 (5)平均传热温差校正及壳程数 (5)传热管排列和分程方法 (5)壳体内径 (5)折流板 (5)接管 (6)6、换热器核算 (6)热量核算 (6)重新核算 (7)换热器内流体的流动阻力 (8)换热器主要结构尺寸和计算结果 (见表格一) (9)7、设计的评价 (10)参考文献 (11)致谢....................................................................... (13)乙醇冷却器设计饶培豪摘要:本设计采用固定管板式换热器制作乙醇冷却器，通过计算得出传热面积为平方米，面积裕度为%，折流板数28，间距270，管程数5，总传热管数305，总传热系数，通过热量核算，流体流动阻力，壳程阻力计算，各数据均符合标准。
关键词：乙醇冷却水板式换热器流程图装配图1.概述换热器概述列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。
它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。
在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。
换热器（heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。
换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。
在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
换热器的种类及特点管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备，它具有结构简单，坚固耐用，造价低廉，用材广泛，清洗方便，适应性强等优点，应用最为广泛。
管壳式换热器根据结构特点分为以下几种：（1）固定管板式换热器固定管板式换热器它由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。
其结构特点是，两端的管板与壳体连在一起，管束两端固定在管板上，这类换热器结构简单，紧凑，价格低廉，每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50℃且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。
带有膨胀节的固定管板式换热器，其膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体温差小于70℃且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。
（2）浮头式换热器浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。
浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗和检修，适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用极为普遍，但结构复杂，造价高。
换热器设计要求完善的换热器在设计和选型时应满足以下各项基本要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件：可以从：①增大传热系数②提高平均温差③妥善布置传热面等三个方面具体着手。
（2）安全可靠换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵循我国《钢制石油化工压力容器设计规定》和《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。
（3）有利于安装操作与维修直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。
设备与部件应便于运输与拆卸，在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍，根据需要可添置气、液排放口，检查孔与敷设保温层。
（4）经济合理评价换热器的最终指标是：在一定时间内（通常1年内的）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费）等的总和为最小。
设计方案换热器类型的选择在本次设计任务中，两流体温度变化情况：热流体进口温度78℃，出口温度38℃；冷流体(循环水)进口温度25℃，出口温度39℃。
该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。
流动空间及流速的确定在固定管板式式换热器中，对于流体流径的选择一般可以考虑以下几点：(1)?不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。
(2)?腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
(3)?压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。
(4)?饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。
(5)?被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。
(6)?需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。
(7)?粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。
由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。
选用ф25×的碳钢管，管内流速取u i=ｓ。
2、确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。
壳程煤油的定性温度为 t=(78+38)/2=58 (℃)管程流体的定性温度为t=(25+39)/2=32℃)根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
煤油在58℃下的有关物性数据如下：密度ρo= kg/m3定压比热容 Cpo= kJ/(kg·℃)导热系数λo=(m·℃)粘度μo= Pa·s循环冷却水在32℃下的物性数据：密度ρi= kg/m3定压比热容 Cpi= kJ/(kg·℃)导热系数λi= W/(m·℃)粘度μi= Pa·s3、计算总传热系数热流量m=0kg/7200kg=hQo=mo CpoΔto=××(78-38)=h=1212(kW)平均传热温差△t m '=2121ln t -t t t ∆∆∆∆ =(℃) 冷却水用量W i =i t Q ∆Pi 0C =)25-39(178.43.4363333⨯= (kg/h) 总传热系数K管程传热系数 Re=i i1μρu d i =0.000767937.9951.102.0⨯⨯= Pr i =iiλμi p c =0.62008107.679104.17443-⨯⨯⨯=αi =eid λ =02.062008.0=(m 2·℃) 壳程传热系数：假设壳程的传热系数αo=700 W/(m 2·℃)； 污垢热阻Rsi= m 2·℃/W , Rso= m 2·℃/W 管壁的导热系数λ= W/(m·℃)oRso dm bdo di do Rsi id do αλα11K ++++==7001000172.00225.08.42025.00025.002.0025.0000344.002.02.5042025.01++⨯⨯+⨯+⨯ = W/(m·℃) 4、计算传热面积S ’=m t ∆K Q =7.238.4261212000⨯= (m 2) 考虑 15％的面积裕度，S=×S′=×=(m 2)5、工艺结构尺寸管径和管内流速选用ф25×传热管(碳钢)，取管内流速u i =s 。
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n s =ud Vi 24π=1.102.002.0785.0)9953600/(1.74597⨯⨯⨯⨯=≈61根按单程管计算，所需的传热管长度为L=s o n d S π=61025.014.38.137⨯⨯= 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
现取传热管长L =，则该换热器管程数为N P =l L =5.478.28=7(管程) 传热管总根数 N=761⨯=427(根) 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R=25-3938-78= P=25-7825-39= 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。
但R =的点在图上难以读出，因而相应以1/R 代替R ，PR 代替P ，查同一图线，可得φΔt = 平均传热温差Δt m =φΔtΔ′t m =⨯ 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= do ，则t=×25=≈32(mm )横过管束中心线的管数N C =N =427=≈(根) 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η＝，则壳体内径为D=η/N =7.0/42732⨯= ，圆整可取D ＝900mm 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25％，则切去的圆缺高 度为h ＝×900＝225(mm)。
取折流板间距B ＝，则B ＝×900＝270(mm)折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/270-1=21(块) 折流板圆缺面水平装配。
接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为 u ＝ m/s ，则接管内径为 d=uV π4=1.114.3)58.7743600/(8.277774⨯⨯⨯=取标准管径为108 mm 。
管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u ＝ m/s ，则接管内径为 d=u Vπ4=5.114.3)37.9953600/(1.745974⨯⨯⨯= 取标准管径为150mm.6、换热器核算热量核算① 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式αo =e o d λwou u 当量直径，由正三角形排列得 02.0025.014.3025.04032.02344234222=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=πππoo e d d t d m壳程流通截面积S o =BD(1-t d o )=)032.0025.01(9.0-⨯⨯= 壳程流体流速及其雷诺数分别为 u o =05316.0)58.7743600/(8.27777⨯=sRe o =0006223.058.774187.002.0⨯⨯=4655普兰特准数 P r =14.01015.71022.243-⨯⨯⨯=粘度校正αo =02.0178.0⨯55.03134.11⨯=(m 2·℃) ② 管程对流传热系数4.08.0Pr Re 023.0ii i d λα=管程流通截面积S i =742702.0⨯⨯=(m 2) 管程流体流速U i =0185.0)37.9953600/(1.74597⨯=sRe i =0007679.037.995125.102.0⨯⨯=29165普兰特准数Pr=626.01025.710174.443-⨯⨯⨯=αi =02.062008.08.0-⨯4.083.4=(m 2·℃)③ 传热系数K=3.7511000172.00225.08.42025.00025.002.0025.0000344.002.09.4995025.01++⨯⨯+⨯+⨯= W/(m·℃) ④传热面积 S=m t ∆K Q =9.209.4441212000⨯=130 (m 2) 该换热器的实际积Sp=)(e o n N L d -π=⨯⨯⨯ m 2) 该换热器的实际面积 H=%100⨯-SSS P =(142-130)/130=% 重新核算由以上算式可看出传热面积裕度过大，所以需要重新取数据计算。
