第一章 概述及设计方案简介
1.1 化工原理课程设计的目的和要求
化工原理课程设计可以培养化工类及其相关专业学生的实践能力，提高学生的工程实践能力、分析和解决工程实际问题的能力。力求通过这一环节的学习和训练，是学生能够初步掌握化工单元过程与设备设计的基本程序和方法，具备正确使用相关技术资料的能力，运用简洁的文字和工程语言正确表达设计思想和结果，综合运用所学知识进行化工单元过程与设备设计。课程设计还可以帮助学生树立实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风，使学生受益终身。
课程设计是学习化工设计的基础知识，是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过这一实践教学环节的训练，使学生掌握化工单元过程及设备设计的基本程序和方法，熟悉查阅和正确使用资料，能够在独立分析和解决实际问题的能力方面有较大提高，增强工程观念和时间能力。为此，学生在进行本课程设计的实践过程中，以实事求是的科学态度，严谨、认真的工作作风完成以下内容：
（1）设计方案简介 根据任务书提供的条件和要求，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，在此基础上，通过分析研究，选定适宜的流程方案和设备类型进行简要的论述。
（2）主要设备的工艺计算 依据有关资料进行工艺设计计算，即进行物料衡算、热量衡算、工艺参数的优化及选择、设备的结构尺寸和工艺尺寸设计计算。
（3）主要设备的结构设计和机械设计 按照详细设计的要求，进行主要设备的结构设计及设备强度计算
（4）典型辅助设备的选型 对典型设备的主要工艺尺寸进行
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计算，并选定设备的规格型号。
（5）带控制点的工艺流程图 将设计的工艺流程方案用带控制点的工艺流程图表示出来，绘出流程所需全部设备，标出物流方向及主要控制点。
（6）主要设备的工艺条件图 绘制主要设备的工艺条件图，图面包括设备的主要工艺尺寸、技术特性表和接管表
（7）要设备的总装配图 按照国标或行业标准，绘制主要设备的总装备图，按现在形式的发展和实际工作要求，应采用CAD技术绘制图纸。
（8）编写设计说明书 作为整个设计工作的书面总结，在以上设计工作完成后，应以简洁、准确的文字，简洁清晰的图纸及表格编写出设计说明书。说明书的内容应包括 ：封面、目录、设计任务书、概述与设计方案简介、设计条件及主要物性参数表、工艺设计计算、机械设计计算、辅助设备的计算及选型、设计结果一览表、设计评述、工艺流程图、设备工艺条件图与总装备图、参数资料和主要符号说明。 1.2 冷凝器的简介
列管式冷凝器有卧式与立式两种类型，被冷凝的工艺蒸气可以走壳程，也可以走管程。其中卧式壳程冷凝和立式管程冷凝是最常用的形式。 1.2.1 卧式壳程冷凝器
壳程上除设有物流进出口接管外，还设有冷凝液排出口和不凝气排出口。壳程蒸气入口处装有防冲板，以减少对管束的直接冲击。壳程中的横向弓形折流板或支撑板圆缺面可以水平或垂直安装。对于水平安装的折流板，为了防止流体短路，切去的圆缺高度不宜大于壳体内径的35%，折流板间最小间距为壳体内径的
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35%，最大间距不宜大于壳体内径的两倍。为了便于排出冷凝液，折流板的下缘开有槽口。这种水平安装方式可以造成流体的强烈扰动，传热效果好。不论弓形折流板的圆缺面是水平还是垂直安装，当被冷凝工艺蒸气中含有不凝气时，折流板间距应随蒸气冷凝而减小，以增强传热效果。当冷凝表面传热系数小时，在管外可以使用低翅管，翅高1~2mm。若要使冷凝液过冷，可以采用阻液型折流板。卧式壳程冷凝器的优点是压降小，冷却剂走管程便于清洗；缺点是蒸气与凝液产生分离，难于全凝宽沸程范围的混合物。
（1） 水平管束外冷凝表面传热系数 工艺蒸气在水平管束外冷凝表面传热系数用下式计算。 表面传热系数：
0.14?1/3??h?jPr? 0H??de?w水平管束冷凝：
??2??h?h0???2g?3????1/3???? （1-1）
?1.51Re1/3 （1-2）
式中，h *为无量纲冷凝表面传热系数；h0为冷凝表面传热系数，W/(m2K)。
Re?4M? M?qm （1-3） lns式中，qm为冷凝液的质量流量，kg/s；l为传热管长度，m；ns为当量管数。
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（2） 管程表面传热系数 若管程流体无相变传热，则其表面传热系数用下式计算。
hi?0.023?idi（1-4） Re0.8Prn
.4当流体被加热时 n?{0 （1-5） 0.3当流体被冷却时式（1-4）的适用条件是： 低黏度流体（η<2×10-3Pas） 雷诺数 Re>10000；
普朗特数Pr在0.6~160之间； 管长管径之比l/d>50；
定性温度可取流体进出口温度的算术平均值； 特征尺寸取传热管内径di。 1.2.2 卧式管程冷凝器
这种冷凝器的管程多是单程或双程。其中传热管长度和直径的大小，以及传热管的排列方式取决于管程和壳程传热的需要。管程采用双程时，冷凝液可以在管程之间引出，这样可以减少液相的覆盖面积也可以减小压降，同时，用减小第二程管数的方法使其保持质量流速不变。在这种冷凝器中，蒸气与冷凝液的接触不好，因此对宽沸程蒸气的完全冷凝是不适宜的。此外，由于冷凝液只是局部地注满管道，因此过冷度较低。
（1） 水平管内冷凝表面传热系数 工艺蒸气在水平管内冷凝表面传热系数用下式计算。 当Re>5×104时：
hi?0.0265iRe0.8Pr1/3 （1-6）
di当1000 4 ?