制药工程课程设计.doc

《化工原理》课程设计
管壳式换热器设计
学生姓名孙国良
学生学号 1343114
学科专业制药工程
院部名称工学院
设计时间
二零一六年六月
目录
引言 3
一、传热原理及用途 3
二、换热器的分类与特点 3
三、结构设计的重要性 3
四、设计的普遍标准与要求 4
设计任务 4
设计步骤与基本原则 5
一、设计步骤 5
二、列管式换热器种类选取 5
三、管程与壳程的选取 5
三、流体流速的选择 5
四、管程结构的选择 6
五、管程和管壳数的确定 7
六、折流挡板 7
七、其他主要部件 7
设计方案的确定 8
一、设计方案的确定 8
8
8
流程草图及说明 8
设计计算 8
一、物性数据的确定 8
二、计算逆流的平均温度差 9
三、初选总传热系数K 9
标准化的管壳式换热器设计方案 10
一、换热器初步选型 10
二、换热器核算 10
非标准化管壳式换热器的设计方案 14
一、工艺结构尺寸 14
二、换热器核算 16
其他零部件的设计 20
一、壁厚的确定 20
二、封头的确定 21
换热器装配图 21
设计评述 21
一、设计总结 21
二、设计感想 21
参考资料 22
致谢 22
引言
传热原理及用途
换热器是一种在两种或两种以上不同温度的流体间实现物料之间热量传递的设备,其功能是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到流程规定的指标,以满足过程工艺条件的需要,同时也是提高能源利用率的主要设备之一。在换热器中要实现热交换至少要有两种不同温度的流体,一种流体温度高,放热;另一种流体温度低,吸热。根据具体的换热要求,换热器中有时也会有两种以上流体参与换热,但其基本原理与两种流体是一致的。
自然界存在三种基本传热方式,即热传导、对流传热、及热辐射。在管壳式换热器中,实现高、低温流体的热量交换至少包括三个基本步骤,即对流传热—热传导—对流传热。若传热壁面两侧存在污垢层,还应加上通过两壁面污垢层的热传导过程。
目前,换热器已成为化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用的通用设备,占有十分重要的地位。其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,应用广泛。
换热器的分类与特点

按照其用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。加热器是把流体加热到必要的温度而使用的热交换器,被加热的流体没有相变化;冷却器是用于把流体冷却到必要的温度的热交换器;冷凝器是用于冷却凝结性气体,并使其凝结液化的热交换器,若使气体全部冷凝,则称为全凝器,否则称为分凝器;再沸器是用于再加热装置中冷凝了的液体使其蒸发的热交换器;深冷器是用于把流体冷却到0℃以下的很低温度的热交换器;过热器是将流体(一般是气体)加热到过热状态的热交换器。
按热量交换原理和方式划分
按照冷、热流体热量交换的原理和方式不同,换热器可分为3大类:
混合式换热器:冷、热流体直接接触和混合进行换热。这类换热器结构简单,价格便宜,常做成塔状。
蓄热式换热器:冷热流体交替通过格子砖或填料等蓄热体以实现换热。这类换热器由于少量流体相互掺和,易造成流体间的“污染”。
间壁式换热器:冷热流体通过隔开它们的固体壁面进行换热,这是工业上应用最为广泛的一类换热器。按照传热面的形状及结构特点又可将其分为:
管式换热器,如管壳式、套管式、螺旋管式、热管式等;
板面式换热器,如板式、螺旋板式等;
扩展表面式换热器,如板翅式、管翅式等。
结构设计的重要性
换热器是制药生产、化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用的通用设备,在生产过程中起着重要作用,一个合适的换热器可以更好的达到生产要求。在化工厂的建设中,换热器约占工程总投资的11%;通常换热器约占炼油及化工设备总投资的40%。再者,在生产工艺流程中使用着大量的换热器,提高其换热效率,可以减少能源的消耗;用换热器来回收工业余热,也可以显著的提高流程整体的热效率。随着工业的迅速发展,能源消耗量量不断增加,能源紧张已成为一个全球性问题,为缓解生产和人民生活的方方面面。因此,换热器的设计、制造、结构改进及传热机理研究,在节省投资、降低能耗等方面发挥着日益重要的作用
设计的普遍标准与要求
1、设计的普遍标准
工程设计是一项政策性很强的工作,要求设计人员必须严格遵循国家的有关方针政策和法律法规以及有关的行业规范,特别是国家的工业经济法规、环境保护法规和安全法规。此外,由于设计本身是一个多目标优化问题,对于同一个问题,常会有多种不同的解决方案,设计者常常要在相互矛盾的