丙烯腈合成工段丙烯过热器的设计课程设计说明书

1、 2009级化学工程与工艺专业化工原理课程设计说明书 题 目：丙烯腈合成工段丙烯过热器的设计姓 名：班级学号：指导老师：同组学生姓名：完成时间：2012年5月11日化工原理课程设计评分细则评审单元评审要素评审内涵评审等级检查方法指导老师评分检阅老师评分设计说明书35%格式规范是否符合规定的格式要求5-44-33-22-1格式标准内容完整设计任务书、评分标准、主要设备计算、作图、后记、参考文献、小组成员及承担任务10-88-66-44-1设计任务书设计方案方案是否合理及是否有创新10-88-66-44-1计算记录工艺计算过 程计算过程是否正确、完整和规范10-88-66-44-1计算记录设计图纸

2、30%图面布置 图纸幅面、比例、标题栏、明细栏是否规范10-88-66-44-1图面布置标准标注文字、符号、代号标注是否清晰、正确10-88-66-44-1标注标准与设计吻合图纸设备规格与计算结果是否吻合10-88-66-44-1比较图纸与说明书平时成绩20%出勤计算、上机、手工制图10-88-66-44-1现场考察卫生与纪律设计室是否整洁、卫生、文明10-88-66-44-1答辩成绩15%内容表述答辩表述是否清楚5-44-33-22-1现场考察内容是否全面5-44-33-22-1回答问题回答问题是否正确5-44-33-22-1总 分综合成绩 成绩等级 指导老师 评阅老师 （签名） （签名）

3、年 月 日 年 月 日 说明：评定成绩分为优秀(90-100),良好(80-89)，中等(70-79)，及格(60-69)和不及格(60)目 录1、设计任务书 12、主要设备设计计算和说明 计算并初选换热器规格 2核算总传热系数 4核算壁温 6计算压强降 6计算乙醇和水的进出口管径7所选固定管板式换热器的结构说明83、工艺设计计算结果汇总表104、参考文献11后记12设计任务书1. 设计题目:丙烯腈合成工段丙烯过热器的设计2. 设计任务及操作条件（1） 设备形式：浮头式列管式过热器；（2） 加热介质：水蒸汽，压力为0.405mpa,入口温度143，出口温度143；（3） 冷却介质：原料丙烯中含

4、15%的丙烷，丙烯流量1500kg/h,压力0.4mpa；入口温度-13，出口温度65；（4）过热器操作压力：常压；（5）允许压力降：不大于105pa。3设计说明书的内容 （1）封面、评分标准及目录； （2）设计题目及原始数据（任务书）； （3）论述换热器总体结构（换热器模型、主要结构）的选择； （4）换热器加热过程有关计算（物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等）； （5）设计结果概要（主要设备尺度、衡算结果等）； （6）主题设备设计计算及说明； （7）附属设备的选择（选做）； （8）参考文献； （9）后记及其它。4.设计图要求 a2图纸绘制换热器总装配图，两个局部放大图。ca

5、d图自由做2个部件。主要设备的计算和说明1计算并初选过热器规格（1）确定流体在过热器中的流动途径：因考虑加热效果，丙烷和丙烯的混合气宜于通入管程，水蒸汽通入壳程。 （2）确定流体的定性温度，物性数据，并选择列管式过热器的形式。加热介质为水蒸汽，取入口温度为143，出口温度为143.原料的定性温度：tm=26 两流体的温度差：t1- t m=143-26=117 两流体的温差大于50，故选用浮头式过热器。 表1 两流体在定性温度下的物性数据物性流体定性温度t密度kg/m3粘度pas比热容cpkj/(kg)热导系数w/(m) 混合气体261.690.8310-52.320.0385水蒸汽1432.

6、161.4510-54.20.028（3） 计算热负荷q，q=(qm,c1cp1+qm,c2cp2)(t2-t1)=3.19105kg/h若忽略换热器的热损失，水的流量可由热量恒算求得(qm,c1cp1+qm,c2cp2)(t2-t1)=qm,hr(4)计算平均温度. 逆流： 热流体： t1=143 t2=143 冷流体： t1=1 t2=20 t： 38.2 48.2所以 tm；=(38.2+48.2)=43.2温度校正：p=有p和r查对数平均温差校正系数图得：此时，大于0.8，所以选用单壳程的列管式换热器。 （5）初选换热器规格 根据管内为乙醇（95%），管外为水，总传热系数范围在2808

7、50 初选： 则初选固定管板式换热器规格如下：公称直径 500公称压力 4管程数 1管子根数 174中心管子数 14管子直径 25换热管长度 换热面积 27.3管子排列方法正三角形排列过热器的实际传热面积：2.核算总传热系数 （1）计算管程对流传热系数 95%乙醇的质量流量 95%乙醇的体积流量 95%乙醇的流通面积： 95%乙醇的流速 根据： 故管程对流传热系数（2）计算壳程对流传热系数 冷凝器中心附近管排流体流通面积 其中，h-折流挡板间距，取300 mm t-管中心距，对的管子，t=32 mm d-壳体内径，一般可用下式计算：对于正三角形排列，为管束最外层管子中心到壳体内壁的距离，一般取

8、，取1.4 所以， 水的质量流量 水的体积流量 水的流速 由于管子为正三角形排列，则管间当量直径： 其雷诺数 因为re0在21031106范围内，故可用下式计算由于液体被加热，所以取 1.05，故00.36（2.771104）0.55（4.85）1.054977.96 确定污垢热阻总传热系数k0因管中材料选用不锈钢管，则取其导热系数 16.5352.10选用该冷凝器时，要求过程的总传热系数为292.64在传热任务所规定的流动条件下，计算出k0352.10 ，所选用的冷凝器的安全系数为 则该冷凝器的裕度符合生产要求。 3、核算壁温核算壁温时，可忽略管壁的热阻，由下列近似求得tw值 代入数据有：

9、所以，t=43.3，与假设的t=43.0相差甚微，故原假设合理。4、计算压强降管程为蒸汽在等温压下的冷凝传热，压强降可以忽略，下面仅计算壳程的压强降，以esso法计算： 其中，-串联的壳程数 -壳程压强降结构校正系数，对于液体fs=1.15-流体横过管束的压强降-流体流过折流挡板缺口压强降 又有 =0.55(2.771104)-0.2281.1(19+1) =4.81104pa其中，f-压强降校正系数 f-摩擦因数， =()=2.38104因此,求得 =(4.81104+2.38104) 11.15 =8.27104总压强降小于105pa,符合生产要求，设计合理。5、计算乙醇和水的进出口管径

10、根据流体在管道中的常用流速范围: 所以水蒸汽的进出口管直径 故水的进出口管选择直径为250的管子 乙醇进出口管直径 故乙醇进出口管选择直径150的管子6、 所选固定管板式换热器的结构说明管程结构(1) 管子在管板上的固定 由于操作温度高于30，所以选用焊接形式，此种方式的优越性表现在：管板孔加工要求低，加工简便，焊接强度高，在高温高压下仍能保持连续的紧密性等。(2) 管子的排列 此换热器的传热管采用252.0mm 的规格，采用正三角形排列，由于是焊接，则管间距（管中心的间距）t与管外径d0的比值为1.28。(3) 管板 管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。管板与管子

11、的连接可胀接或焊接，所设计换热器的连接方式为焊接。管板与壳体的连接有可拆连接和不可拆连接两种，固定管板常用不可拆连接，两端管板直接焊在外壳上并兼作法兰，拆下顶盖可检查可检修胀口或清洗管内，所设计的换热器选择此方式连接。(4) 封头和管箱 封头和管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。由于所设计的换热器的壳体直径较小，故采用封头，接管和封头可采用法兰连接，街头与壳体之间用螺纹连接，以便卸下封头，检查和清洗管子。 壳体结构 1) 壳体 壳体呈圆筒形，壳壁焊有接管，采用不锈钢管制成（由于碳钢的数据查不到）。在壳程进口接管处装有防冲板，以防止进口流体直接撞击管束上部的管排，因为流体的撞击会侵蚀管

12、子，并引起振动。 2) 折流挡板 折流挡板的主要作用是引导壳程流体反复的改变方向作错流流动，以加大壳程流体流速和湍流速度，致使壳程传热系数提高，另外折流挡板还起了支撑管子的作用，防止管束振动和弯曲。所设计的换热器选用圆缺形折流挡板，切缺率（切掉圆弧的高度与壳内径之比）为60%，采用垂直；圆缺。 3) 缓冲板其他主要附件 旁通挡板 为防止壳体和管束之间间隙过大，流体不通过管束而通过这个间隙旁通，采用旁通挡板。 假管（此换热器不设置假管） 拉杆和定距管 为了使折流挡板能牢靠地保持在一定位置上，采用拉杆和定距管。 防冲挡板 在壳程进口接管处装有防冲挡板，可防止进口流体直接冲击管束而造成管子的侵蚀管束

13、振动，还有使流体沿管束均匀分布的作用。 过热器的主要结构和计算结果换热器形式：固定管板式换热面积（m2）：140.8工艺参数 名称管程壳程管子规格（mm）252物料名称0.85丙烯：0.15丙烷水蒸汽管数：174操作压力（mpa）0.10.405管长（mm）2000操作温度（）-1365143管间距（mm）32流量（kg/h）1.5103149.17折流板形式上下流体密度（kg/m3）1.692.16折流板间距（mm）300流速（m/s）0.726切口高度传热量（kw）88.6壳体内径（mm）476总传热系数（wm-2-1）34.65对流传热系数（wm-2 -1） 62.9898污垢系数（m2

14、/ w）0.859810-40.859810-4压强降（kpa）程数11推荐使用材料不锈钢不锈钢管口表符号尺寸用途连接形式adn150混合气体入口平面bdn150混合气体出口平面cdn250水蒸汽入口平面ddn250水蒸汽出口平面参考文献1 上海医药设计院,化工工艺设计手册(上、下)，北京化学工业出版社,1986.2 尾范英(日),徐忠权译,热交换设计手册,1981.3 时均,王家鼎,化学功臣手册,北京化学工业出版社,1996.4 卢焕章,是有化工基础数据手册,北京化学工业出版社,1982.5 夏清,陈常贵,化工原理(上、下),天津大学出版社,2005.6 柴晨静,王军,化工原理课程设计,天津

15、大学出版社,2005.7 化工设备的选择与工艺设计.8 付家新,王为国,化工原理课程设计,化学工业出版社,2010.9 邹华生,黄少烈,化工原理华南理工大学,高等教育出版社,2009. 后 记 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关化工原理方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在

16、老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论