化工原理课程设计指导 一换热器设计 山东理工大学化学工程学院 化学工程系编 2017年1月
化工原理课程设计指导 -换热器设计 山东理工大学化学工程学院 化学工程系编 2017 年 1 月
目录 第一章绪论 1.1化工原理课程设计的目的和要求。 - 12化工原理课程设计的内容和步建 。1 (1)课程设计的基本内容 (2)课程设计的步 2 (3)带控制点的工艺流程图的绘制。 (4)主体设备工艺条件图（此部分内容教师可根据具体题目有选择的要求）·4 第二章换热器设计 .6 2.1设计和选用时应考虑的问题 .6」 22管壳式换热器的给热系数 2.2.1流体在圆形直管内的强制湍流 .-8 2.2.2流体在园形直管内的强制层流. 2.2.3流体在换热器管壳间流动. .10 2.3流体通过换热器的阻力损失 -l0. 2.31管程阻力损失 "10 2.32壳程阻力损失 2.4对数平均温差的修正 2.5换热器的设计一般原则. .-13 2.5.1温度 。13 2.5.2压力降 .14 2.5.3流速 -14 2.5.4折流板间距 2.55物料走向 -14 2.6设计步骤和设计说明书内容 -15 2.6.1非系列标准换热器的一般设计步骤（一般不常用） .15- 262系列标准换热器的一般设计步骤（常用的） -16
目录 第一章 绪 论. - 1 - 1.1 化工原理课程设计的目的和要求. - 1 - 1.2 化工原理课程设计的内容和步骤. - 1 - （1）课程设计的基本内容 . - 1 - （2）课程设计的步骤 . - 2 - （3）带控制点的工艺流程图的绘制 . - 2 - （4）主体设备工艺条件图(此部分内容教师可根据具体题目有选择的要求). - 4 - 第二章 换热器设计. - 6 - 2.1 设计和选用时应考虑的问题. - 6 - 2.2 管壳式换热器的给热系数. - 7 - 2.2.1 流体在圆形直管内的强制湍流. - 8 - 2.2.2 流体在圆形直管内的强制层流. - 9 - 2.2.3 流体在换热器管壳间流动.- 10 - 2.3 流体通过换热器的阻力损失.- 10 - 2.3.1 管程阻力损失.- 10 - 2.3.2 壳程阻力损失.- 11 - 2.4 对数平均温差的修正.- 11 - 2.5 换热器的设计一般原则.- 13 - 2.5.1 温度.- 13 - 2.5.2 压力降.- 14 - 2.5.3 流速.- 14 - 2.5.4 折流板间距.- 14 - 2.5.5 物料走向.- 14 - 2.6 设计步骤和设计说明书内容.- 15 - 2.6.1 非系列标准换热器的一般设计步骤（一般不常用）.- 15 - 2.6.2 系列标准换热器的一般设计步骤（常用的）.- 16 -
第一章绪论 1.1化工原理课程设计的目的和要求 课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本 门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计 划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方 案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核 算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计 是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过课程设计，学生应该注重以下几个能力的训练和培养： ()查阅资料，选用公式和搜集数据（包括从已发表的文献中和从生产现场中搜 集)的能力： (②)树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操 作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解 决实际问题的能力： (3)迅速准确的进行工程计算的能力： (④)用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 1.2化工原理课程设计的内容和步骤 (1)课程设计的基本内容 ①设计方案简介对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述： ②主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备 的工艺尺寸计算及结构设计： ③典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备 型号规格的选定： ④带控制点的工艺流程简图以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的 物料流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点： ⑤主体设备工艺条件图图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管 -1-
- 1 - 第一章 绪 论 1.1 化工原理课程设计的目的和要求 课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本 门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计 划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方 案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核 算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计 是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： (1)查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜 集)的能力； (2)树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操 作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解 决实际问题的能力； (3)迅速准确的进行工程计算的能力； (4)用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 1.2 化工原理课程设计的内容和步骤 （1）课程设计的基本内容 ①设计方案简介 对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述； ②主要设备的工艺设计计算 包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备 的工艺尺寸计算及结构设计； ③典型辅助设备的选型和计算 包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备 型号规格的选定； ④带控制点的工艺流程简图 以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的 物料流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点； ⑤主体设备工艺条件图 图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管
完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是 后续设计工作的主要依据，应包括以下主要内容： ①封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间）： ②目录： ③设计任务书： ④设计方案简介： ⑤工艺设计计算： ⑥辅助设备的计算及选型： ⑦设计结果汇总表： ⑧设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论： ⑨工艺流程图及设备工艺条件图： ⑩参考资料。 (2)课程设计的步骤 ①动员和布置任务： ②阅读指导书和查阅资料： ③设计计算，绘图和编写说明书： ④考核和答辩。 整个设计是由论述、计算和绘图三部分组成。论述应该条理清晰，观点明确： 计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处：图表 应能简要表达计算的结果。 (3)带控制点的工艺流程图的绘制 带控制点的工艺流程图是一种示意性的图样，它以形象的图形、符号、代号表示 出化工设备、管路、附件和仪表自控等，借以表达出一个生产中物料及能量的变化 始末。工艺流程图绘制范围如下： 必须反映出全部工艺物料和产品所经过的设备： ①应全部反映出主要物料管路，并表达出进出装置界区的流向： ②冷却水、冷冻盐水、工艺用的压缩空气、蒸汽（不包括副产品蒸汽）及蒸汽冷 凝液系统等的整套设备和管线不在图内表示，仅示意工艺设备使用点的进出位置： ③标出有助于用户确认及上级或有关领导审批用的一些工艺数据（例如：温度、 压力、物流的质量流量或体积流量、密度、换热量等)： ④包括绘制图例，图画上必要的说明和标注，并按图签规定签署： -2-
- 2 - 表； 完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是 后续设计工作的主要依据，应包括以下主要内容： ①封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 ）； ②目录； ③设计任务书； ④设计方案简介； ⑤工艺设计计算； ⑥辅助设备的计算及选型； ⑦设计结果汇总表； ⑧设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论； ⑨工艺流程图及设备工艺条件图； ⑩参考资料。 （2）课程设计的步骤 ①动员和布置任务； ②阅读指导书和查阅资料； ③设计计算,绘图和编写说明书； ④考核和答辩。 整个设计是由论述、计算和绘图三部分组成。论述应该条理清晰，观点明确； 计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处；图表 应能简要表达计算的结果。 （3）带控制点的工艺流程图的绘制 带控制点的工艺流程图是一种示意性的图样,它以形象的图形、符号、代号表示 出化工设备、管路、附件和仪表自控等，借以表达出一个生产中物料及能量的变化 始末。工艺流程图绘制范围如下： 必须反映出全部工艺物料和产品所经过的设备； ①应全部反映出主要物料管路，并表达出进出装置界区的流向； ②冷却水、冷冻盐水、工艺用的压缩空气、蒸汽(不包括副产品蒸汽)及蒸汽冷 凝液系统等的整套设备和管线不在图内表示，仅示意工艺设备使用点的进出位置； ③标出有助于用户确认及上级或有关领导审批用的一些工艺数据(例如:温度、 压力、物流的质量流量或体积流量、密度、换热量等)； ④包括绘制图例，图画上必要的说明和标注，并按图签规定签署；
⑤必须标注工艺设备，工艺物流线上的主要控制点符及调节阀等。这里指的控 制点符包括被测变量的仪表功能（如调节、纪录、指示、积算、连锁、报警、分析、 检测及集中，就地仪表等)。 流程图的绘制步骤如下： ①用细实线(0.3mm)画出设备简单外形，设备一般按1：100或1：50的比例绘制， 如某种设备过高（如精馏塔），过大或过小，则可适当放大或缩小： ②常用设备外形可参照图1-1所示，对于无示例的设备可绘出其象征性的简单 外形，表明设备的特征即可： ③用粗实线(0.9mm)画出连接设备的主要物料管线，并注出流向箭头： ④物料平衡数据可直接在物料管道上用细实线引出并列成表： ⑤辅助物料管道（如冷却水、加热蒸汽等），用中粗实线(0.6m表示； ⑥设备的布置原则上按流程图由左至右，图上一律不标示设备的支脚、支架和 平台等，一般情况下也不标注尺寸。 工艺物料的介质代码自行编制， 一般以分子式及其编写字母表示。辅助物料如 公用系统介质代号规定如表1-1。 表1-1辅助物料和共用系数介质代号 代号 中文名称 代号 中文名称 水 蒸汽 BW 锅炉给水 HS 高压蒸汽 n 盐水 LS 低压蒸汽 BRR 盐水回水 S 中压蒸汽 BRS 盐水补给水 冷凝液 (循环)冷却水 PWW 生产废水 CWR (循环)冷却回水 CS 化学污水 冷却水（用于零度以上） 冷冻回水 图上应标注单元设备的代号，单元设备分类代号见表1-2。 表1-2单元设备分类代号 单元设备 代号 单元设备 代号 现场装置，基础，混凝土构件 A 炉子 B 转化器，反应器，再生器 换热器 槽、储罐 F 泵、压缩机、风机、驱动机和鼓风机 管道 特殊装置 电气 N 3
- 3 - ⑤必须标注工艺设备，工艺物流线上的主要控制点符及调节阀等。这里指的控 制点符包括被测变量的仪表功能(如调节、纪录、指示、积算、连锁、报警、分析、 检测及集中,就地仪表等)。 流程图的绘制步骤如下： ①用细实线(0.3mm)画出设备简单外形，设备一般按 1:100 或 1:50 的比例绘制， 如某种设备过高(如精馏塔)，过大或过小，则可适当放大或缩小； ②常用设备外形可参照图 1-1 所示，对于无示例的设备可绘出其象征性的简单 外形，表明设备的特征即可； ③用粗实线(0.9mm)画出连接设备的主要物料管线，并注出流向箭头； ④物料平衡数据可直接在物料管道上用细实线引出并列成表； ⑤辅助物料管道(如冷却水、加热蒸汽等)，用中粗实线(0.6mm)表示； ⑥设备的布置原则上按流程图由左至右，图上一律不标示设备的支脚、支架和 平台等，一般情况下也不标注尺寸。 工艺物料的介质代码自行编制，一般以分子式及其编写字母表示。辅助物料如 公用系统介质代号规定如表 1-1。 表 1-1 辅助物料和共用系数介质代号 图上应标注单元设备的代号，单元设备分类代号见表 1-2。 表 1-2 单元设备分类代号 单元设备 代号 单元设备 代号 现场装置,基础,混凝土构件 转化器,反应器,再生器 槽、储罐 泵、压缩机、风机、驱动机和鼓风机 特殊装置 A D F J L 炉子 换热器 塔 管道 电气 B C E M N 代号 中文名称 代号 中文名称 W 水 S 蒸汽 BW 锅炉给水 HS 高压蒸汽 BR 盐水 LS 低压蒸汽 BRR 盐水回水 MS 中压蒸汽 BRS 盐水补给水 C 冷凝液 CW (循环)冷却水 PWW 生产废水 CWR (循环)冷却回水 CS 化学污水 RW 冷却水(用于零度以上) RW 冷冻回水