列管式換熱器課程設(shè)計(jì) (2)

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目：列管式換熱器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　任務(wù)書</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目：</b></p><p>　　煤油冷卻器的設(shè)計(jì) </p><p><b&

2、gt;　　二、設(shè)計(jì)任務(wù) </b></p><p>　　1、處理能力 ：9.5 x105 t/年煤油</p><p>　　2、設(shè)備型號 ：列管式換熱器</p><p><b>　　3、操作條件 ：</b></p><p>　　煤油:入口溫度140℃ ，出口溫度40℃</p><p>　

3、　冷卻介質(zhì) ：循環(huán)水，入口溫度25℃，出口溫度35℃</p><p>　　允許壓降 ：不大于105Pa</p><p><b>　　每年按330天計(jì)</b></p><p><b>　　建廠地址 ：新鄉(xiāng)</b></p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)要求</b></p>

4、;<p>　　1、選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算</p><p><b>　　2、要進(jìn)行工藝計(jì)算</b></p><p>　　3、要進(jìn)行主體設(shè)備的設(shè)計(jì)（主要設(shè)備尺寸、橫算結(jié)果等）</p><p><b>　　4、編寫設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　5、進(jìn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)圖的繪制（設(shè)

5、備技術(shù)要求、主要參數(shù)、接管表、部件明細(xì)表、標(biāo)題欄。）</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)方案1</b></p><p>　　⒈ 換熱器的選擇1</p><p>　　2．流動空間及流速的確定1</p><p><

6、;b>　　二、物性數(shù)據(jù)1</b></p><p>　　三、計(jì)算總傳熱系數(shù)：2</p><p><b>　　1. 熱流量2</b></p><p>　　2. 平均傳熱溫差2</p><p>　　3. 冷卻水用量2</p><p>　　4. 總傳熱系數(shù)K3</p&g

7、t;<p>　　四、計(jì)算換熱面積3</p><p>　　五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸3</p><p>　　1. 管徑和管內(nèi)流速3</p><p>　　2. 管程數(shù)和傳熱管數(shù)3</p><p>　　3. 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)3</p><p>　　4. 傳熱管排列和分程方法3</p>&

8、lt;p><b>　　5. 殼體內(nèi)徑4</b></p><p><b>　　6. 折流板4</b></p><p><b>　　7. 接管4</b></p><p><b>　　六、換熱器核算5</b></p><p><b>　　

9、1. 熱量核算5</b></p><p>　　2. 熱量重新核算6</p><p>　　3. 換熱器內(nèi)流體的流動阻力6</p><p>　　4. 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果7</p><p><b>　　七、設(shè)計(jì)的評述7</b></p><p><b>　　八、參

10、考文獻(xiàn)8</b></p><p>　　九、主要符號說明9</p><p>　　十、主體設(shè)備條件圖及生產(chǎn)工藝流程圖10</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)方案 </b></p><p>　　1 換熱器類型的選擇</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)任務(wù)中，兩流體溫度變化情況：熱流體

11、進(jìn)口溫度140℃，出口溫度40℃；冷流體(循環(huán)水)進(jìn)口溫度30℃，出口溫度40℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。 </p><p>　　2、流動空間及流速的確定 </p><p>　　在固定管板式式換熱器中，對于流體流徑的選擇一般可以考慮以下幾點(diǎn)： </p>

12、;<p>　　(1) 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子。</p><p>　　(2) 腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 </p><p>　　(3) 壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。 </p><p>　　(4) 飽和蒸氣宜走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且

13、蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。</p><p>　　(5) 被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。</p><p>　　(6) 需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。</p><p>　　(7) 粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流

14、體在有折流擋板的殼程流動時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達(dá)到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。</p><p>　　由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，煤油走殼程。選用ф25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/ｓ。 </p><p><b>　　二、確定物性數(shù)據(jù)</b></p><p

15、>　　兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下表</p><p><b>　　三、計(jì)算總傳熱系數(shù)</b></p><p>　?。ㄒ唬┯?jì)算熱負(fù)荷（熱流量）</p><p><b>　　按管間煤油計(jì)算，即</b></p><p><b>　?。ǘ├鋮s用水量</b></p>

16、;<p>　　忽略熱損失，則水的用量為</p><p>　?。ㄈ┯?jì)算逆流平均溫度差</p><p><b>　　逆流溫差</b></p><p><b>　?。ㄋ模┛倐鳠嵯禂?shù)K</b></p><p><b>　　1.管程給熱系數(shù)</b></p>

17、<p><b>　　，故采用下式計(jì)算</b></p><p><b>　　2.殼程給熱系數(shù)</b></p><p><b>　　假設(shè)殼程給熱系數(shù)</b></p><p><b>　　3.污垢熱阻</b></p><p><b>　　4.

18、管壁的導(dǎo)熱系數(shù)</b></p><p><b>　　碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)。</b></p><p><b>　　5.總傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　四、估算傳熱面積</b></p><p>　　考慮15%的面積裕度，</p><p>

19、;<b>　　五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p><b>　　1.管徑和管內(nèi)流速</b></p><p>　　選用的碳鋼換熱管，管內(nèi)流速</p><p>　　2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>　　根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p>　　按單管程計(jì)算

20、所需換熱管的長度</p><p>　　按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，現(xiàn)取傳熱管長，則該換熱器的管程數(shù)為</p><p><b>　?。ü艹蹋?lt;/b></p><p>　　傳熱管的總根數(shù)（根）</p><p>　　3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查單殼程圖，因在圖上

21、難以讀取，因而相應(yīng)以代替R，PR代替P，查同一圖線得。于是。</p><p>　　單殼程雙管程屬于1-2折流，現(xiàn)用1-2折流的公式計(jì)算平均溫度差</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　現(xiàn)對上述查圖方法進(jìn)行說明。對于1-2折流有：</p><p>　　令，，則，。將R、P以代入上式得</p>

22、;<p>　　顯然，用對作圖應(yīng)為同一圖線。本設(shè)計(jì)取有效對數(shù)平均溫度差為℃。</p><p>　　4.傳熱管排列和分程方法</p><p>　　采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。取管心距，則</p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù)（根）</p><p><b>　　5.殼體內(nèi)徑</b&g

23、t;</p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑</p><p>　　圓整取D=2000mm。</p><p><b>　　6.折流板</b></p><p>　　采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為</p><p><b>　　，

24、取。</b></p><p>　　取折流板間距為，則，取。</p><p><b>　　折流板數(shù)（塊）</b></p><p>　　折流板圓缺水平面安裝。</p><p><b>　　7.接管</b></p><p>　　殼程流體（煤油）進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流

25、速為1.0m/s，則接管內(nèi)徑</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為300mm。</p><p>　　管程流體（循環(huán)水）進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)循環(huán)水的流速為1.5m/s，則接管內(nèi)徑</p><p>　?。ㄈ?biāo)準(zhǔn)管徑為400mm）</p><p><b>　　六、換熱器核算</b></p><p><

26、b>　　（一）熱量核算</b></p><p>　　1.殼程對流給熱系數(shù)</p><p>　　對于圓缺形折流板，可采用克恩公式</p><p>　　當(dāng)量直徑由正三角形排列得</p><p><b>　　殼程流通截面積</b></p><p>　　殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別

27、為</p><p>　　2.管程對流給熱系數(shù)</p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p>　　管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為</p><p><b>　　3.傳熱系數(shù)K</b></p><p><b>　　4.傳熱面積</b>

28、;</p><p>　　該換熱器的實(shí)際換熱面積</p><p><b>　　面積裕度為</b></p><p>　　換熱面積裕度合適，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　?。ǘQ熱器內(nèi)流體的流動阻力</p><p><b>　　1.管程流動阻力</b></p>

29、<p>　?。‵t結(jié)垢校正系數(shù)，Np管程數(shù)，Ns殼程數(shù)）</p><p>　　取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm，則，而，查圖得</p><p><b>　　對的管子有</b></p><p>　　管程阻力在允許的范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　2.殼程流動阻力</b><

30、/p><p>　　對殼程有折流擋板時(shí)，計(jì)算殼程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的一致性較好，但計(jì)算比較麻煩，而且對換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸要求較詳細(xì)。工程計(jì)算中常采用Esso法，該法的計(jì)算公式如下：</p><p>　　（Fs為結(jié)垢校正系數(shù)，對液體Fs=1.15，Ns為殼程數(shù)）</p><p><b>　　流體流經(jīng)管束的阻

31、力</b></p><p>　　F為管子排列方式對壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，正三角形排列F=0.5，正方形直列，正方形錯(cuò)列時(shí)，。</p><p>　　為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)</p><p>　　為橫過管束中心線的管數(shù)，。</p><p>　　折流板間距，折流板數(shù)</p><p>　　流體流經(jīng)折流板缺口的阻力<

32、;/p><p>　　該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設(shè)計(jì)的換熱器合適。</p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸及計(jì)算結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　七、設(shè)計(jì)的評價(jià)</b></p><p>　　經(jīng)過3天的奮戰(zhàn)，終于完成了一個(gè)還算還算滿意設(shè)計(jì)，這幾天我過的很充實(shí)，是我大學(xué)里的第一次課題設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，看著自己的勞動成果，心里

33、有種說不出的感覺。畢竟自己的努力還算有所回報(bào)，為自己的努力感到自豪。當(dāng)然也認(rèn)識到自己的不足，自己在運(yùn)用知識方面好有所欠缺，比如在作圖方面就很不熟練。</p><p>　　我想說，為完成這次課題設(shè)計(jì)我們都很努力，但苦中有樂。我們一邊忙著復(fù)習(xí)備考，一邊還做課題設(shè)計(jì)，時(shí)間對我們來說一下子變得寶貴了。當(dāng)自己越過一個(gè)難題時(shí)，笑容在臉上綻放，很有成就感的。當(dāng)我看到設(shè)計(jì)終于完成時(shí)，我笑了。對我來說，知識上的收獲重要，精神的豐收

34、更可喜。從這次課程設(shè)計(jì)中，我不僅鞏固了課本的知識，還學(xué)到了許多其他的知識。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識到學(xué)無止境的道理，我們在一塊討論，收獲了很多。讓我認(rèn)識到團(tuán)隊(duì)合作的重要性。還使我體會到挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)畢竟成為我大學(xué)期間的一個(gè)美好回憶！</p><p>　　最后，非常感謝我的同組人員，正是有他們在一起討論，有了他們的幫助，才使我更快更順利地在較短時(shí)間

35、內(nèi)完成本設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 賈紹文，柴誠敬. 化工原理課程設(shè)計(jì).天津:天津大學(xué)出版社,2002.8. </p><p>　　[2]譚天恩,竇梅,周明華等.化工原理.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.4</p><p>　　[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB1

36、51-89鋼制管殼式換熱器.國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，1989</p><p>　　[4] 時(shí)均等.化學(xué)工程手冊(第二版，上卷).化學(xué)工業(yè)出版社，1996</p><p><b>　　九、主要符號說明</b></p><p>　　P——壓力，Pa ; Q——傳熱速率，W；</p>

37、;<p>　　R——熱阻，㎡·℃/W； Re——雷諾準(zhǔn)數(shù)；</p><p>　　S——傳熱面積，㎡； t——冷流體溫度，℃；</p><p>　　T——熱流體溫度，℃； u——流速，m/s;</p><

38、;p>　　m——質(zhì)量流速，㎏/h; ——對流傳熱系數(shù)W/(㎡·℃); ——導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃) ——校正系數(shù);</p><p>　　——粘度，Pa·s; ——密度，㎏/m3;</p>

39、<p>　　——實(shí)際傳熱面積， Pr——普郎特系數(shù)</p><p>　　n——板數(shù)，塊 K——總傳熱系數(shù)，</p><p>　　V——體積流量 N——管數(shù)</p><p>　　D——?dú)んw內(nèi)