华南农业大学化工原理课程设计.docx

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1、化工原理 课程设计说明书目录L任务书32 .工艺生产流程线53 .流程及方案的说明和论证64 .换热器的设计计算及说明65 .主要符号表76 .物性数据表97 .设计核算128 .主要结构和计算结果表189 pj 2010 参考文献21附图：主体设备结构图和花版设计图一.任务书一.设计题目:列管式冷却器设计二.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：L处理能力：G=学生学号最后两位X 300 t物料/d2 .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2035。（2；加热器用热水或水蒸气为热源，条件自选；3 .允许压降：不大于lOTa；4 .

2、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。四 .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 .确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸；4 .计算阻力；5 .选择合宜的列管换热器并运行核算；6 .用Autocad绘制列管式冷却器的结构（3号或4号图纸）、 花板布置图（3号图纸）；7 .编写设计说明书（包括：.封面；,目录；.设计题 目；.流程示意图；.流程及方案的说明和论证；设计计算 及说明；主体设备结构图；设计结果概要表；对设计的评 价及问题讨论；参考文献。）五 .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L准备布置

3、任务、现场参观，老师介 绍有关内容，借阅资料0.52.拟定设计方案及设计步骤阅读有关资料，确定自己的流 程及设计方案、步骤2.03 .设计计算进行具体计算并调整3.04 .编写说明书整理计算结果并绘图4.05 .交流总结0.5备注：参考文献格式：期刊格式为：作者姓名.出版年.论文题目.刊物名称.卷号（期号）: 起止页码。专著格式为：作者姓名.出版年.专著书名.出版社名.起止页码。X.啤酒工艺生产流程：啤酒生产过程主要分为四个部分。糖化H发酵IT滤酒H包装麦芽在送入酿造车间之前，先被送到粉碎塔。在这里，麦芽经过 轻压粉碎制成酿造用麦芽。糊化处理即将粉碎的麦芽/谷粒与水 在糊化锅中混合。在糊化锅中

4、，麦芽和水经加热后沸腾，这是天然酸将难溶性的淀 粉和蛋白质转变成为可溶性的麦芽提取物，称作“麦芽汁”。然后麦芽汁被送至称作分离塔的滤过容器。麦芽汁在被泵入煮沸 锅之前需先在过滤槽中去除其中的麦芽皮壳，并加入酒花和糖。 在煮沸锅中，混合物被煮沸以吸取酒花的味道，并起色和消毒。 在煮沸后，加入酒花的麦芽汁被泵入回旋沉淀槽以去处不需要的 酒花剩余物和不溶性的蛋白质。洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵 出后，被送入热交换器冷却。麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵的程序。I冰水2 .流程及方案的说明和论证3 . 1设计方案的说明和论证L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

5、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；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；H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温核算，结果如果大于50,要设置温差补偿装置；如

6、 果超过IO5Pa,则要从头开始再设数据算，直到结果不大于1()5Pa 为止。14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经过煮沸后的啤酒作为热流体，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90、80；冷流体的进出口温度分别是25、30o2. 3. 3确定流程由于豆浆较易结垢，对流传热系数较大，若流速太低，将会加 快污垢增

7、长速度，使换热器的传热速率下降，同时，为便于清洗 污垢，热流体豆浆应该走管程，冷流体应走壳程。3. 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，冬季操 作时，由于其进口温度会降低，估计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设计符号说明表一主要符号说明表序号名称符号单位序号名称符号单位1热流体温度T19粘度Pa s2冷流体温度t20密度Pkgm33平均传热温差t 121导热系数Kw/m 4流通截面积Am222污垢热阻Rm2 /w5直径dm23对流传热系数wm2 6管当量直径m24导热系数Kwm2 7接管直径径d接m25定压

8、比热容CpkJ/kg 8单程传热管长Lm26折流板数Nb9分程后的管长1ID27总传热管数Nt10实际传热面积Sm228管程数Np11理论传热面积Sm229串联壳程数Ns12热流量Qkw30雷诺数Re13质量流量mkg/s31管壁粗糙度14流速Um/s32普兰特数Pr15压强PPa33单管程时传热管数s16折流板间距hmm34横过管速中心管速Nc17管心距amm35壳体厚度Bmm18壳体内径Dmm36对数平均温差校正系数37壳体流程的摩擦系数38E管速中线上最外层管中心到壳体内壁的距离3. 2确定物性数据3. 2. 1定性温度啤酒的定性温度为：Tm=(80+40)/2=60 管程流体的定性温度

9、为：Tm=(20+30)/2=30 3. 2. 2啤酒与选用河水的物性数据表二密度 kgm3比热kj/kg 粘 度Pa S传热系数w/m 啤酒10004. 191.30X1030. 580河水9964.180.84W30. 61393. 2. 3估算传热面积根据设计的要求，换热器的处理能力G=IlX300 = 33OOt物料/d(1)热负荷mi =3.3103rtZ =思=1.371052二叫Cp& =L37l054.19(80-40) = 230l()64zQi热负荷，kW；Mi热流体的流量，kg/s；ti热流体的温度差，Cp,i热流体的黏度，kJkg O(2)平均传热温度按逆流计算得At

10、纯一题 50-20 _zm = -一L =32.7 m 1 Af7 1 50 UIn-In r120t, t2分别是换热器两端冷热流体的温差(3)传热面积假设K=IOOOW)2 C,则估算的传热面积为:Qit2.3 IO6100032.7= 70.3/(4)冷却水用量mOQiCp.45.7 IO6- 4.18(30-20)= A05kg /hto冷流体的温度差，Kocp.0冷流体热容，kj/kg 3. 3工艺结构尺寸3. 3. 1径和管内流速选用管径为巾25义2.5较高级传热管, 取管内流速Ui=L 5 m/ So3. 3. 2管程数和传热管数根tni _1.410 二 70.3 dns 83

11、3.140.025按单程管计算，现取传热管长=5m,则 用2管程V7. =832 = 166 根s一一单程传热管数；L传热管长度，m；Np换热器的管程数； 4一8310.79m 3.1410001.50.022 3600 一 NdiPiUiN传热管总根数;Pi热流体密度，kgm34. 3. 3平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数:80-4030-20= 4.030-20 80-20= 0.16按单壳程，2管程，查对数平均温度差校正系数为值表，得 =10平均传热温差：wj=l32.7 = 32.7 0C由于平均传热温差校正系数大于0 8,同时壳程流体流量较 大，所以取单壳程较合适。5.

12、设计核算6. 1管程流体压强降管程流体流通截面积= = 314002283 = q.052 m2管程流体流速1.4105Sipi 1000 36000.052= 0.75 m/s雷诺数e _ diuipi _ 1.5 0.02 1000 一 i -0.00081Pi=(PP2)Ft.NpP1.P2分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压力 降，Pa；F1结垢校正系数，无因次，对于巾25X2. 5mm管子，取为 1.4o由Re= 3.7IO4 ,传热管相对粗糙度为0. 005,查得 =0.038,流速ii=2.269ms,所以有= 0.038 22269-x00 = n 932.6Pa0.02x2暹= 3 = 7847O .222=(ll932.6 + 7847.0)21.4 = 35502.88 105Pa4. 2壳程流体压强降M= (+/5OO时，fo=5. 0 Re0-0-228;nc横过管束中心线的管子数；nr=l.l7V = l.l68 = 28.729;Nb 折流挡板数；Nb