制药化工原理实习报告

制药化工原理实习报告班级：制药101姓名：全体同学任务书一．设计题目：二．设计原始数据(1)热空气处理量

43000kg/h

压强

2MPa

进口温度125℃出口温度60℃(2)冷却水压强

0.4MPa

进口温度

34℃

出口温度

34℃

处理量

(3)当地大气压

76mm汞柱

三．设计任务：(1)设计计算列管式换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、管板、封头、隔板及接管等。(2)绘制列管式换热器的装配图。(3)编写课程设计说明书。四．设计时间：2012年

12月

17日～

2012年

12

月

29日设计学生

指导教师

张宝

说明书设计说明书的内容包括：(1)目录

将课程设计的主要项目写于说明书的第一页。(2)设计题目

附上或抄写设计任务书。(3)设计说明

①根据设计任务简述所没计的设备在生产中的作用。②画出工艺流程示意图。②说明选用该设备的理由、依据和优缺点。①设计中遇到的特殊问题及解决方法。(4)传热过程工艺计算

根据所选定的设备形式和设计任务书所给定的条件．查阅参考资料进行工艺计算。其主要内容包括列管式换热器的热负荷、冷却水的用量、传热面积、管子的尺寸与排列方式的确定，以及总传热系数和传热面积的校核等。(5)设备结构的设计

根据工艺计算的结果进行设备结构的没计，其主要内容包括列管式换热器壳体直径、长度、厚度；管板尺寸、厚度和结构；封头尺寸和法兰以及它们之间的连接和材料的选用等。(6)主要附属件的选定

包括列管式换热器各物流进、出口连接管尺寸、材料及法兰等。计算中注意之点：①凡设计计算所用公式及数据均须注明来源；②设备各结构件形状与尺寸的确定及材料的选择应尽量标准化；③主要部件的结构应在说明书中用图示出；④说明书中应详细书写设计计算的步骤。(7)设计结果的汇集

将工艺计算及结构设计的主要结果和主要尺寸列成表格表示出来。(8)对设计的评论

设计完毕应对本设计作出综合评论，指出本设计的特点，特别是有创造性的见解，另一方面也要指出存在的问题，有待改进。(9)参考文献

设计所引用的文献、书籍、科技杂志，均应列出名称、年份等，以便阅审者查对。

学生在完成设计后，应按照以上内容与顺序编写课程设计说明书，编写时即要以有力的论证(包括理论、图表及计算数据)阐述本设计的正确性和可靠性，又要实事求是地指出存在的问题。要做到语言简练、字迹清晰、书写整齐(20页左右)。绘图的要求本课程设计要求设计图纸绘制一张列管式换热器的装配图。(1)对于标准零部件(螺栓、螺母等)采用简化画法表示，但在零件明细表中应详细列出其名称、规格、数量、材料和标准号。(2)换热器中的管束，通常只画出一根或几根管子，其余的管子用点划线表示。(3)设备的壁厚尺寸与设备的直径、高度相差太大，在画图时可将壁厚适当夸大画出。(4)设备壳体上各接管，在主视图上，可假设将这些管分别旋转到与正面投影面平行的位置再进行投影画图，但在管板布置图中要表达出各接管的实际位置。

一．设计任务和设计条件TC"设计任务和设计条件"\fC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 确定设计方案TC"确定设计方案"\fC选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度125℃出口温度60℃；冷流体进口温度34℃，出口温度为37℃，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。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。确定物性数据TC"确定物性数据"\fC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温度为T==92.5℃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 =0.742×10-3Pas估算传热面积TC"估算传热面积"\fC热流量TC"热流量"\fCQ1==43000×1.4×(125-60)=3.913×106kJ/h=1086.94kw2.平均传热温差TC"平均传热温差"\fC先按照纯逆流计算，得=℃3.传热面积TC"传热面积"\fC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TC"冷却水用量"\fCm==工艺结构尺寸TC"工艺结构尺寸"\fC1．管径和管内流速TC"管径和管内流速"\fC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，进一步计算出传热面积，最后核对管速）。2．管程数和传热管数TC"管程数和传热管数"\fC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=4m，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=213.56×1≈2143.平均传热温差校正及壳程数TC"平均传热温差校正及壳程数"\fC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5-95p145）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。4.传热管排列和分程方法TC"传热管排列和分程方法"\fC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TC"壳体内径"\fC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=600mm解释：壳截面积乘以修正系数1.05.6．折流板TC"折流板"\fC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=0.25×600=150mm，故可取h=150mm取折流板间距B=0.3D，则B=0.3×600=180mm，可取B为200mm。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TC"其他附件"\fC拉杆数量与直径按表3-9选取，本换热器壳体内径为600mm，故其拉杆直径为Ф12拉杆数量不得少于10。壳程入口处，应设置防冲挡板，如图3-17所示。8．接管TC"接管"\fC壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为u1=10m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为150mm。管程流体进出口接管：取接管内液体流速u2=2.5m/s，则接管内径为圆整后去管内径为210mm换热器核算TC"换热器核算"\fC热流量核算Nu=f(Re,Pr,Gr)5-38（具体见p126）TC"热流量核算"\fC（1）壳程表面传热系数TC"（1）壳程表面传热系数"\fC用克恩法计算，见p131有折流板式5-54无折流板式5-52当量直径正三角形排列公式5-56=正方形排列公式5-55=壳程流体流过管间最大截面积，依式5-57（p131）得［（1-d/t）总截面中空隙的比例］壳程流体流速及其雷诺数分别为 普朗特数粘度校正 （2）管内表面传热系数TC"（2）管内表面传热系数"\fC按式5-42至式5-51（p127）计算低粘度流体在圆形直管内作强制湍流有管程流体流通截面积,(214为单管层)管程流体流速 普朗特数（3）污垢热阻和管壁热阻TC"（3）污垢热阻和管壁热阻"\fC按附录24查壁面污垢热阻（p412），可取管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻管壁热阻按式3-34计算，依表3-14，碳钢在该条件下的热导率为50w/(m·K)。所以（4）传热系数TC"（4）传热系数"\fC依式5-86有 （5）传热面积裕度TC"（5）传热面积裕度"\fC依式3-35可得所计算传热面积Ac为 该换热器的实际传热面积为Ap 该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。（如果传热面积不够，应该从重新计算！！！）壁温计算TC"壁温计算"\fC因为管壁很薄，而且壁热阻很小，故管壁温度可按式3-42计算。由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15℃，出口温度为39℃计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是，按式4-42有式中液体的平均温度和气体的平均温度分别计算为0.4×39+0.6×15=24.6℃(125+60)/2=92.5℃5857.8w/㎡·k224.12w/㎡·k传热管平均壁温℃壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=92.5℃。壳体壁温和传热管壁温之差为℃。该温差较大，故需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力较大，因此，需选用浮头式换热器较为适宜。3．换热器内流体的流动阻力TC"换热器内流体的流动阻力"\fC（1）管程流体阻力TC"（1）管程流体阻力"\fC ［壳程数］,［管程数］,Fs=1.5［管程结垢校正系数（正三角形排列）,Fs=1.4（正方形排列）］；由Re=34840，传热管相对粗糙度0.01，查图1-29（p29）得，流速u=1.306m/s,,所以，［换热管直管内阻力］［换热接着拐弯处阻力］管程流体阻力在允许范围之内。（2）壳程阻力TC"（2）壳程阻力"\fC按式计算 ,,流体流经管束的阻力 F=0.50.5×0.2419×16.09×(4+1)×=65.58Pa流体流过折流板缺口的阻力,B=0.45m,D