制药化工原理课程设计

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1、一．设计任务和设计条件某生产过程的流程如图所示，反应器的混合气体经与进料物流患热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混和气体的流量为227301㎏/h，压力为6.9MPa,循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为29℃，出口温度为39℃，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。物性特征：混和气体在35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度定压比热容=3.297kJ/kg℃热导率=0.0279w/m粘度循环水在34℃下的物性数据：密度=994.3㎏/m3定压比热容=4.174kj/kg℃热导率=0.624w/m℃粘度11

2、二．确定设计方案1．选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度110℃出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度为39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。2．管程安排从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下贱，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。三．确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程混和气体的定性

3、温度为T==85℃管程流体的定性温度为t=℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合气体来说，最可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。混和气体在35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度定压比热容=3.297kj/kg℃热导率=0.0279w/m粘度=1.5×10-5Pas循环水在34℃下的物性数据：密度=994.3㎏/m3定压比热容=4.174kj/kg℃热导率=0.624w/m℃粘度=0.742×10-3Pas11二．估算传热面积1．热流量Q1==227301×3.297

4、×(110-60)=3.75×107kj/h=10416.66kw2.平均传热温差先按照纯逆流计算，得=3.传热面积由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值。假设K=320W/(㎡k)（参照表5-4,p142）则估算的传热面积为Ap=(算出真的K后需重新计算)4.冷却水用量m==11二．工艺结构尺寸1．管径和管内流速一般1.0-1.5m／s（p406参照附录20）。选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢）［可以根据实际情况选用不同型号的管］，取管内流速u1=1.3m/s（实际应先根据估算的需交换的热量算出冷却水流量，再根据选取的管径计算出管内流速，再根据管内流速计算出总传热系数，进一步计

5、算出传热面积，最后核对管速）。2．管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数Ns=按单程管计算，所需的传热管长度为L=按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=7m，则该换热器的管程数为Np=［实际上要管长在合理范围，并非一定要用双管程］传热管总根数Nt=612×2=12243.平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数按式（5-97）和式（5-98）有R=P=按单壳程，双管程结构，查附录22（p409）得平均传热温差℃（公式5-95　p145）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，故取单壳程合适。114.传热

6、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。见图5-13（p130）。取管心距t=1.25d0［可以根据实际情况调整］，则t=1.25×25=31.25≈32㎜隔板中心到离其最.近一排管中心距离按下列公式计算S=t/2+6=32/2+6=22㎜（6为隔板厚度）.各程(由于采用的是双管程）相邻管的管心距为44㎜。管数的分成方法，每程各有传热管612根，其前后关于隔板设置和介质的流通顺序按图3-14选取。5．壳体内径采用多管程结构，壳体内径可按式（3-19）估算。取管板利用率η=0.75，则壳体内径为D=1.05t按卷制壳体的进级档，可取D=1400mm解释

7、：壳截面积乘以修正系数1.05.6．折流板采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为H=0.25×1400=350m，故可取h=350mm取折流板间距B=0.3D，则B=0.3×1400=420mm，可取B为450mm。折流板数目NB=折流板圆缺面水平装配，见图3-15。7．其他附件拉杆数量与直径按表3-9选取，本换热器壳体内径为1400mm，故其拉杆直径为Ф12拉杆数量不得少