工程原理課程設(shè)計----水換熱器的設(shè)計

1、<p><b>　　水</b></p><p><b>　　換</b></p><p><b>　　熱</b></p><p><b>　　器</b></p><p><b>　　的</b></p><p

2、><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計</b></p><p><b>　　學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院</b></p><p><b>　　專業(yè)：制藥101班</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b>&l

3、t;/p><p>　　一、設(shè)計題目：水換熱器的設(shè)計</p><p><b>　　二、設(shè)計原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1、處理能力：1.1088×105噸/年熱水</p><p><b>　　2、操作條件：</b></p><p>　?、贌崴喝肟跍囟?0oC

4、，出口溫度50 oC</p><p>　?、诶鋮s介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度18oC，出口溫度54 oC</p><p>　?、墼试S壓強(qiáng)降：不大于105Pa</p><p>　?、苊磕臧?30天計，每天24小時連續(xù)運(yùn)行</p><p><b>　　三、設(shè)備形式：</b></p><p><b>

5、;　　列管式換熱器</b></p><p><b>　　四、設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1、設(shè)計計算列管式換熱器的熱負(fù)荷、傳熱面積、換熱管、殼體、接管等。</p><p>　　2、繪制列管式換熱器的工作圖。</p><p>　　3、編寫課程設(shè)計說明書。</p><p><

6、;b>　　目錄</b></p><p>　　1．設(shè)計方案簡介4</p><p>　　1.1 列管式換熱器形式選擇4</p><p>　　1.2 流動空間選擇4</p><p>　　2．工藝計算及主體設(shè)備設(shè)計計算5</p><p>　　2.1試算并初選換熱器規(guī)格5</p>&l

7、t;p>　　2.1.1計算熱負(fù)荷5</p><p>　　2.1.2 計算平均溫差，并確定殼程數(shù)5</p><p>　　2.1.3 初選換熱器規(guī)格6</p><p>　　2.2 核算總傳熱系數(shù)6</p><p>　　2.2.1 計算管程對流換熱系數(shù)6</p><p>　　2.2.2 計算殼程對流換熱系數(shù)

8、7</p><p>　　2.2.3 確定污垢熱阻8</p><p>　　2.2.4 計算總換熱系數(shù)8</p><p>　　2.3計算壓力降9</p><p>　　2.3.1 計算管程壓力降9</p><p>　　2.3.2 計算殼程壓力降9</p><p>　　3．設(shè)計一覽表11&l

9、t;/p><p><b>　　4．附圖12</b></p><p>　　5．設(shè)計說明與設(shè)計評論12</p><p>　　5.1設(shè)計說明12</p><p>　　5.1.1選擇換熱器的類型13</p><p>　　5.1.2管程安排13</p><p>　　5.1.3流

10、向的選擇13</p><p>　　5.2設(shè)計評論13</p><p><b>　　6．參考文獻(xiàn)14</b></p><p><b>　　1．設(shè)計方案簡介</b></p><p>　　1.1 列管式換熱器形式選擇</p><p>　　熱水的入口溫度為90℃, 出口溫度為5

11、0℃。</p><p>　　冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，取入口溫度為18℃，出口溫度為54℃。</p><p>　　熱水的定性溫度： Tm==70℃</p><p>　　循環(huán)冷卻水的定性溫度：tm==36℃</p><p>　　兩流體的溫差： Tm -tm =70℃-36℃=34℃</p><p>　　

12、由于兩流體溫差小于50℃，故選擇固定板式換熱器。</p><p>　　根據(jù)定性溫度，可以查取管程和殼程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　熱水在70℃下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　密度： ρh=977.8kg/m3</p><p>　　定壓比熱容：cph=4.167kJ/（kg?℃）</p><p&g

13、t;　　導(dǎo)熱系數(shù)： λh=0.6670W/（m2?℃）</p><p>　　黏度： μh=0.406×10-3Pa?s</p><p>　　循環(huán)冷卻水在36℃下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　密度： ρc=993.6kg/m3</p><p>　　定壓比熱容：cpc=4.174kJ/（kg?℃）</p&

14、gt;<p>　　導(dǎo)熱系數(shù)： λc=0.6268W/(m2?℃)</p><p>　　黏度： μc=0.7184×10-3Pa?s</p><p>　　1.2 流動空間選擇</p><p>　　由于循環(huán)冷卻水容易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走殼程，熱水走管程。</p><p>　　2．工藝計算及主體設(shè)

15、備設(shè)計計算</p><p>　　2.1試算并初選換熱器規(guī)格</p><p>　　2.1.1計算熱負(fù)荷（按管內(nèi)熱水計算）</p><p><b>　　Q=</b></p><p>　　=1.1088×105×103×4.167×103×（90-50）/(3600×

16、330×24)</p><p>　　=6.482×105 W</p><p>　　若忽略換熱器的熱損失，水的流量可由熱量衡算求得，即：</p><p><b>　　Wc=</b></p><p>　　2.1.2 計算平均溫差，并確定殼程數(shù)</p><p><b>　　

17、平均傳熱系數(shù):</b></p><p>　　熱 水 90℃ → 50℃</p><p>　　冷卻水 54℃ ← 18℃</p><p>　　溫 差 36℃ 32℃</p><p>　　逆流溫差 ===33.96℃</p><p><b>　　R=1.0</b

18、></p><p><b>　　P=</b></p><p>　　由R和P查圖得φΔt=0.82,所以平均傳熱溫差</p><p>　　Δtm=φΔt=0.82×33.96=27.85℃</p><p>　　又因φΔt=0.82>0.8,故可選用單殼程的列管式換熱器。</p><

19、p>　　2.1.3 初選換熱器規(guī)格</p><p>　　根據(jù)管內(nèi)為熱水，管外為冷卻水，初選K0=1000W/（m2?℃）</p><p><b>　　S0=</b></p><p>　　初選固定管板式換熱器的規(guī)格尺寸如下：</p><p>　　殼徑D 1000mm</p><p&g

20、t;　　公稱面積S 32.42m2</p><p><b>　　管程數(shù) 2</b></p><p>　　管數(shù) n 70</p><p>　　管長 L 6m</p><p>　　管子直徑 φ25mm×2.5mm（不銹鋼管）</p><p>

21、;　　管子排列方式 正三角形</p><p>　　2.2 核算總傳熱系數(shù)</p><p>　　2.2.1 計算管程對流換熱系數(shù)αi</p><p>　　因為Wh==1.4×(kg/h)</p><p>　　Vh= Wh/ρ=1.4×/977.8=14.318m3/h</p><p>　　Ai=n/

22、2×π/4×di2=70/2×0.785×0.0212=0.0121m2</p><p>　　ui= Vh /(3600×Ai)=14.318/(3600×0.0121)=0.33m/s</p><p>　　Pri=Cpμ/λ=</p><p>　　所以αi=0.023（液體被冷卻）</p>

23、<p>　　αi=2330 W/（m2?℃）</p><p>　　2.2.2 計算殼程對流換熱系數(shù)α0</p><p>　　換熱器中心附近管排中流體流通截面積：</p><p>　　=hD(1－)=0.5×1×（1-0.025/0.032）=0.1094 m2</p><p>　　式中 h——折流擋板間距，取50

24、0mm;</p><p>　　t——管中心距，對φ25mm×2.5mm的管子，t=32mm。</p><p>　　因為 Wc=4.314kg/s</p><p>　　Vc=Wc/ρ=4.314/993.6=0.00434m3/s</p><p>　　u0= Vc/=0.00434/0.1094=0.03967m/s</p>

25、;<p>　　由正三角形排列，得：</p><p><b>　　d==0.0202</b></p><p><b>　　Re=</b></p><p>　　因為Re在小于范圍內(nèi)，故可用下式計算α0</p><p><b>　　Pr0=</b></p>

26、<p>　　由于液體被加熱，取，所以</p><p>　　2.2.3 確定污垢熱阻</p><p>　　由上表可得：Rsi = Rs0= 3.44×10-4 m2 ·℃/W (自來水)</p><p>　　2.2.4 計算總換熱系數(shù)</p><p>　　管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λw =17.4W / (m?℃)<

27、/p><p>　　所以 SOˊ= Q/(KO?△tm)= 1.1088×105 /(104.65×33.96)=31.19m2</p><p>　　而實際S0= nπd0(L-0.1)=70×3.14×0.025×(6-0.1)=32.42 m2</p><p>　　所選的換熱器的安全系數(shù)為:</p>&l

28、t;p>　　(32.42-31.19)/31.19×100%=3.94%</p><p><b>　　2.3 計算壓強(qiáng)降</b></p><p>　　2.3.1 計算管程壓強(qiáng)降</p><p>　　前已算出：ui = 0.33 m/s ，Rei=1.59×104（湍流）</p><p>　　取不

29、銹鋼管壁粗糙度ε為0.1mm，則ε/di=0.1/20=0.005，</p><p>　　由摩擦系數(shù)圖查得λ=0.031，所以</p><p>　　對于φ25mm×2.5mm的管子，F(xiàn)t=1.4且Np=2，Ns=1，所以</p><p>　　=（525.6+169.55）×1.4×2=1946.42Pa﹤100 kPa</p>

30、;<p>　　2.3.2 計算殼程壓強(qiáng)降</p><p>　　其中 Fs= 1.15 ，Ns=1</p><p>　　管子為正三角形排列，取F=0.5</p><p>　　nc=1.1×n0.5=1.1×（742）0.5 =26.96 取nc=26</p><p>　　折流板間距h=0.5m</p>

31、;<p>　　折流板數(shù)NB=L/h-1=6/0.5-1=11</p><p><b>　　Re0=</b></p><p>　　f0=5Re0-0.228=5×60911-0.228=0.44</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　= (53734+2

32、1631)×1.15=86670 <100 kPa</p><p>　　從上面計算可知，該換熱器管程與殼程的壓強(qiáng)降均滿足題設(shè)要求，故所選換熱器合適。</p><p><b>　　3設(shè)計一覽表</b></p><p><b>　　4．附圖</b></p><p>　　5．設(shè)計說明與設(shè)計

33、評論</p><p><b>　　5.1 設(shè)計說明</b></p><p>　　換熱器是化工、石油、動力、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位?；どa(chǎn)中，換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用甚為廣泛。</p><p>　　5.1.1 選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫

34、度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度90℃，出口溫度50℃；冷流體進(jìn)口溫度18℃，出口溫度為54℃。因為兩流體的溫差不大于50℃，所以初步確定選用固定管板式換熱器。</p><p>　　5.1.2 管程安排</p><p>　　因為水在高溫下容易結(jié)垢，所以應(yīng)使熱水走管程，冷水走殼程。</p><p>　　5.1.3 流向的選擇</p><p>　　當(dāng)冷

35、、熱流體的進(jìn)出口溫度相同時，逆流操作的平均推動力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體，所需的傳熱面積較小。逆流操作時，冷卻介質(zhì)溫升可選擇得較大因而冷卻介質(zhì)用量可以較小。顯然在一般情況下，逆流操作總是優(yōu)于并流。故選用逆流操作。</p><p><b>　　5.2 設(shè)計評論</b></p><p>　　本次設(shè)計，我們參考了大量的資料，尋找了大量的參數(shù)，保證了計算的準(zhǔn)</p

36、><p>　　確性。在設(shè)計過程中，與同學(xué)老師進(jìn)行了多次討論，初步地設(shè)計出了此列管式換熱器，能基本滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。本次課程設(shè)計不能單獨只考慮一個或幾個因素，要綜合考慮，對其各個因素進(jìn)行認(rèn)真考慮，整體構(gòu)思。讓我們把課本上的知識運(yùn)用到了社會實踐當(dāng)中，是我們學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識的最終目的。</p><p>　　由于我們經(jīng)驗不足，加上時間倉促，難免有錯誤之處，懇請批評指正。</p>&l

37、t;p><b>　　6．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 蔣維鈞,顧惠君.化工原理（第二版）上冊. 清華大學(xué)出版社.北京,2003.3.</p><p>　　[2] 張洪流.化工原理（上冊）. 華東理工大學(xué)出版社.上海,2006.11.</p><p>　　[3] 管國鋒,趙汝博.化工原理（第二版）. 化學(xué)工業(yè)出版社.北京,2