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化工原理课程设计报告1

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1 （封面） XXXXXXX学院

化工原理课程设计报告 题 目： 院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导老师：

时 间： 年 月 日

目录 2

1、工艺生产流程线………………………………………………4 2、流程及方案的说明和论证……………………………………4 3、换热器的设计计算及说明……………………………………5 4、计算校核………………………………………………………6 5、设计结果概要表………………………………………………10 6、设计评价及讨论………………………………………………11 附图：主体设备结构图和花版设计图

化工原理课程设计任务书 一、设计题目：列管式换热器设计。 二、设计任务： 将自选物料用河水冷却或自选热源加热至生产工艺所要求的温度。 三、设计条件： 1． 处理能力G = 学生学号最后2位数×300 t物料/d； 2． 冷却器用河水为冷却介质，考虑广州地区可取进口水温度为 20～30℃；加热器用热水或水蒸汽为热源，条件自选。 3．允许压降：不大于105Pa； 4．传热面积安全系数5~15%； 5．每年按330天计，每天24小时连续运行。 三、 设计要求：1.对确定的设计方案进行简要论述； 2.物料衡算、热量衡算； 3

3.确定列管式冷却器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5.选择适宜的列管换热器并进行核算； 6.用Autocad绘制列管式换热器的结构图(3号图纸)、花板布置图(3号或4号图纸)； 7.编写设计说明书(包括：①封面；②目录；③设计题目（任务书）；

④流程示意图；⑤流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明（包括校核）；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。)

四、 设计进度安排：二周内完成（按10个工作日计算）

设计阶段 内 容 工作日 1 准备 布置任务、现场参观，老师介绍有关情况，借阅资料 0.5 2 拟定设计方案 阅读有关资料，确定自己的流程及设计方案、步骤 2.0 及设计步骤 3 设计计算 进行具体计算并调整 3.0 4 编写说明书 整理计算结果并绘图 4.0 5 交流总结 0.5

备注：参考文献格式： 期刊格式为：作者姓名.论文题目.刊物名称, 出版年,卷号(期号)：起止页码 专著格式为：作者姓名.专著书名.出版社名,出版年,起止页码 例：潘继红等. 管壳式换热器的分析与计算. 北京:科学出版社,1996,70~90 陈之瑞,张志耘. 桦木科植物叶表皮的研究. 植物分类学报, 1991,29(2):127~135

1．工艺生产流程： 物料通过奶泵被送入冷却器后，经管盖进行多次往返方向的流动。冷却后由出料管流出，不合格的物料由回流阀送回冷却器重新冷却，直至符合要求。经过处理的河水由冷却器的进口管流入，由出口管流出，其与牛奶进行逆流交换热量。 牛奶灭菌后温度高达110～115℃，然后进行第一阶段的冷却，冷却到均质温度55～75℃，而后进行均质。无菌均质后，牛奶经过第二阶段的冷却，最终由冷却水冷却至所需的出口温度。本实验所设计的就是第一阶段冷却的列管式换热器。生产操作中，利用5台该装置并联，可实现大流量生产。

2．流程及方案的说明和论证 2．1 设计方案的说明和论证 1.确定流程； 2.计算定性温度以确定物性数据； 3.计算热负荷； 4.按纯逆流计算平均传热温差，然后按单壳程多管程计算温度校正，如果温差校正系数小于0.8，应增加壳程数； 4

5.选择适当的总传热系数K以估算传热面积； 6.计算冷却水用量； 7.确定两流体流经管程或壳程，选定管程流体速度，由流速和流量估算单程管的管子根数，由管子根数和估算的传热面积，估算管子长度和直径，再由系列标准选用适当型号换热器。 8.传热管排列和分程方法； 9.计算壳体内径和折流板间距、折流板数； 10.计算壳程流体传热膜系数； 11.计算管程流体流速，若结果与前面设定的流速不接近，则要从头在设定一个速度，再开始算过，直到两者相互接近； 12.计算管内传热膜系数； 13.确定污垢热阻，计算总传热系数，如果相差较多，应重新估算； 14.壁温核算，结果如果大于50℃，要设置温差补偿装置；如果超过105Pa，则要从头开始再设数据算，直到结果不大于105Pa为止。17.计算传热面积安全系数，必须满足5％－15％的安全度，若不在此范围内，则要再改数据再试算，直到符合要求； 15.计算壳程接管内径，选取壳程流体进出口接管规格； 16.计算管程接管内径，选取管程流体进出口接管规格；

2．2 确定设计方案及流程 2．2．1 选择物料 本实验选择牛奶作为热流体，选择没经过处理的河水作为冷流体. 2．2．2 确定两流体的进出口温度 热流体的进出口温度分别为1150C、60℃； 冷流体的进出口温度分别是200C、30℃。 2．3．3 确定流程 由于牛奶是被冷却的流体，黏度大，在有折流板的壳程流动时容易达到湍流，同时，为便于清洗污垢，热流体牛奶应该走壳程；冷流体应走管程。 2．3．4 换热器类型的选择 从两流体的温度来看，该换热器用循环冷却水冷却，而牛奶温度高达115℃，考虑到这一因素， 该换热器的管壁温之差较大，因此初步确定选用浮头式式换热器。

3．设计计算及说明 3．1 定性温度 管程流体的定性温度为：

5.87260115mT℃

壳程流体的定性温度为： 2030252mt℃

3．2 牛乳与选用河水的物性数据 密度kg/m3 比热kJ/kg粘度Pa·S 传热系数w/m·℃ 5

·℃ 牛奶 1034 3.93 2.0×10-3 ]1[614.0

河水 996．95 4.2 0.90×10-3 0．608 3．3 估算传热面积 （1）热负荷 skJTTcWQphh/35376011593.318)(21

（2）平均传热温度 按逆流计算得

1t=115-30=85℃ 2t=60-20=40℃

7.594085ln4085ln2121tttttm℃

（3）平均传热温差校正系数： 5.5203060115R

11.0201152030P 根据查表得：0.920.8t 所以两流体的平均温差mt=0.9259.7=54.9℃ （4）传热面积 假设K=124.6w/m2·℃，则估算的传热面积为：

231.5179.546.124103537mtKQAm

（5）冷却水用量 skgttcQWpcc/2.8420302.4353712

3．4 工艺结构尺寸 （1） 径和管内流速 选用管径为ф38×2.5较高级传热管， 取管内流速ui=1.5 m/ s。 （2） 管程数和传热管数

990.1033.0495.996/2.84422udVni根 6

8.43038.014.3991.517dnAL

按单程管计算，现取传热管长=6 m，则

868.43lLm管程

792899.mnNR根

4．设计核算 4．1 管程流体压强降

雷诺数 431066.3109.095.9960.1033.0Re

ud

i

ΔP1、ΔP2——分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa； Ft——结垢校正系数，无因次，对于ф38×2.5mm管子，取为1.3。

由Re=41066.3，传热管相对粗糙度为0.005，查得λ=0.034， 流速ui=1.0m/s，所以有

22123,22ciciiuulPPd

322110577.420.195.996033.0/6034.03pp 4211076.4813.145770sptiNNFpppPa <105Pa 4．2 壳程流体压强降 ssNFPPP)(210

2)1(20001uNnFfPBc 20022(3.5)2BuhPND 管子排列方法对压强降的校正因数，对正三角形排列F=0.5； 壳程流体的摩擦系数，当Re0>500时，f0=5.0 Re0-0.228；

nc——横过管束中心线的管子数；317921.1cn;

NB——折流挡板数；611190.3BLNh（块） h——折流挡板间距，m；h=0.3m 其中有Ns=1，Fs=1.15；

假设smuo/0.2, 7

431093.3100.210340.2038.0Re

ooo

ud

>500

所以 45.0393000.5Re0.5228.0228.0oof

PauNnFfpooBco6.2603219.010341193145.05.0212]2[2'1

PauDhNpooB2.1093219.0103444.13.025.319225.322'2 3]3['2'

11025.4115.12.10936.2603SSoNFppp<0.02MPa

故管、壳程压力损失均符合要求 4．3传热面积安全系数的计算及检验 管程对流传热系数 当41066.3Re时，流体流动状态为湍流，所以： 普兰特数

22.6608.0109.04200Pr3

pc

当 Re>10000，Pr=0.7~16700，L/di=43.8/0.033=1327.3>60, 取14.00)(w=1.05时

14.031

8.0PrRe027.0

wid

W/(2m.℃)

43015.1022.61066.3033.0608.0027.0318.04W/(2m.℃) 壳程传热膜系数 mndDndDdooe37.0038.09944.1038.09944.12222

431093.3100.210340.2038.0Reo

ooo

ud



0000Prpc=8.12614.0100.21093.333

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化工原理课程设计

化工原理课程设计

第一章 概述
1.1 课题背景 高径比很大的设备称为塔器。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备 之一，它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及 传热的目的，常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸 和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼装置的产品产量、质量、生 产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。 据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。 因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的高度重视。 1.2 问题描述 作为主要用于传质过程的塔设备， 首先必须使气 （汽） 液两相充分接触， 以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑 下列各项要求： （１）生产能力大。在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾 沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。 （２）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动 时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期连 续操作。 （３）流体流动的阻力小。即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节 省生产中的动力消耗，以及降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的 压力降还使系统无法维持必要的真空度。 （４）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过
2.1 操作条件的确定 2.1.1 操作方式（精馏方式） 本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物 和排出残液。与间歇蒸馏相比具有生产能力大，集成度高，可控性好，产品 质量稳定等优点，工业生产中以连续精馏为主，而间歇精馏适合于小规模、 多品种或多组分物系的初步分离。由于所涉浓度范围内苯和氯苯的挥发度相 差较大，因而无须采用特殊精馏。 2.1.2 离心泵的选择 由于化工生产中被输送液体的性质、压强和流量等差异很大，为了适应 各种不同要求，离心泵的类型也是多种多样的。按输送液体的性质可分为清 水泵、耐腐蚀泵、油泵、液下泵、屏蔽泵、杂质泵、管道泵和低温用泵等。 清水泵是 应用最 广的离心泵，在化工生产中 用来输送 各种工业用水 以及物 理、化学性质类似于水的其他液体。故我们采用水泵。 2.1.3 冷凝器的选择 精馏塔顶出来的气相，一般需要用其它冷媒冷疑（如循环水、冷冻水或 冷物料） 。塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器两种不同的设置。当被冷凝 的气相温度较高及组分较单一且常温下为液态时，一般采用全凝器冷凝，用 循环水做冷媒；当被冷凝的气相温度较高但组分较多且常温下有某组分为气 态或易气化时，一般采用分凝器冷凝，先用循环水做冷媒将气相中沸点较高 的组分冷凝下来，未冷凝气体再用低温冷冻水做冷媒冷凝，即所谓分凝器冷 凝。在这里采用全凝器，因为可以准确的控制回流比。 2.1.4 加热方式的选择
化工原理实验实验报告

化工原理实验实验报告

一、实验目的1. 理解并掌握化工原理的基本概念和原理。

2. 学习化工实验的基本操作技能和数据处理方法。

3. 通过实验，验证化工原理的理论知识，加深对化工工艺过程的理解。

4. 培养严谨的科学态度和良好的实验习惯。

二、实验内容及步骤1. 实验一：流体力学实验实验目的：测定流体在圆直等径管内流动时的摩擦系数与雷诺数Re的关系，测定流体在不同流量流经全开闸阀时的局部阻力系数。

实验步骤：（1）根据实验装置流程图，连接实验装置，包括光滑管、粗糙管、倒U形压差计、1151压差传感器、铂电阻温度传感器、流量计等。

（2）调整进水阀，使水从高位水槽流入光滑管，调节球阀，使水分别流经光滑管和粗糙管。

（3）记录不同流量下的压差值和温度值。

（4）计算摩擦系数和局部阻力系数。

2. 实验二：精馏实验实验目的：熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法，测定全回流时的全塔效率及单板效率。

实验步骤：（1）根据实验装置流程图，连接实验装置，包括精馏塔、回流液收集器、塔顶冷凝器、塔釜加热器等。

（2）调整塔釜加热器，使塔釜温度达到设定值。

（3）调整回流液收集器，使回流液流量达到设定值。

（4）记录塔顶和塔釜的液相折光度，计算液相浓度。

（5）根据数据绘出x-y图，用图解法求出理论塔板数，从而得到全回流时的全塔效率及单板效率。

3. 实验三：流化床干燥实验实验目的：熟悉流化床干燥器的基本流程及操作方法，掌握流化床流化曲线的测定方法，测定物料含水量及床层温度随时间变化的关系曲线。

实验步骤：（1）根据实验装置流程图，连接实验装置，包括流化床干燥器、物料进料装置、温度传感器、流量计等。

（2）将物料放入流化床干燥器中，调整进料量和空气流量。

（3）记录不同时间下的物料含水量和床层温度。

（4）绘制物料含水量和床层温度随时间变化的关系曲线。

三、实验结果与分析1. 流体力学实验：根据实验数据，绘制摩擦系数与雷诺数Re的关系曲线，与理论公式进行比较，分析实验误差产生的原因。

化工原理课程设计完整版

化工原理课程设计完整版

化工原理课程设计完整版一、教学目标本课程旨在让学生掌握化工原理的基本概念、理论和方法，了解化工生产的基本过程和设备，培养学生运用化工原理解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）理解化工原理的基本概念和原理；（2）熟悉化工生产的基本过程和设备；（3）掌握化工计算方法和技能。

2.技能目标：（1）能够运用化工原理解决实际问题；（2）具备化工过程设计和优化能力；（3）学会使用化工设备和仪器进行实验和调试。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的团队合作意识和沟通能力；（2）增强学生对化工行业的认识和兴趣；（3）培养学生对科学研究的热爱和责任感。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.化工原理基本概念和原理：包括溶液、蒸馏、吸收、萃取、离子交换等基本操作原理和方法。

2.化工生产过程和设备：包括反应器、换热器、蒸发器、膜分离设备等的基本结构和原理。

3.化工计算方法：包括物料平衡、热量平衡、质量平衡等计算方法。

具体教学大纲安排如下：第1-2周：化工原理基本概念和原理；第3-4周：化工生产过程和设备；第5-6周：化工计算方法。

三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解基本概念、原理和方法，引导学生理解和掌握；2.案例分析法：分析实际案例，让学生学会运用化工原理解决实际问题；3.实验法：进行实验操作，培养学生的实践能力和实验技能；4.小组讨论法：分组讨论，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：《化工原理》；2.参考书：相关化工原理的教材和学术著作；3.多媒体资料：教学PPT、视频、动画等；4.实验设备：反应器、换热器、蒸发器、膜分离设备等。

以上教学资源将用于支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等多个方面，以全面客观地评价学生的学习成果。

1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等形式的评估，考察学生的学习态度和理解能力。

1化工原理课程设计(换热器)解析

1化工原理课程设计(换热器)解析

一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。

2、冷却介质：循环水，入口温度35℃。

3、允许压强降：不大于1×105Pa。

4、每年按330天计，每天24小时连续运行。

三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：114000吨/年煤油五、设计要求：1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。

2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计。

3、设计结果概要或设计结果一览表。

4、设备简图（要求按比例画出主要结构及尺寸）。

5、对本设计的评述及有关问题的讨论。

第1章设计概述1、1热量传递的概念与意义[1](205)1、1、1 传热的概念所谓的传热（又称热传递）就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。

由热力学第二定律可知，凡是有温差存在时，就必然发生热量从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。

1、1、2 传热的意义化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却，如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量，又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。

所以传热是最常见的重要单元操作之一。

无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。

此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。

归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①强化传热过程，如各种换热设备中的传热。

②削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。

1、2 换热器的概念与意义[2]1、2、1 换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备，简称为换热器。

在换热器中至少要有两种不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体则温度较低，吸收热量。