換熱器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　成績 </p><p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：換熱器課程設(shè)計(jì)</p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條

2、件</p><p>　　某生產(chǎn)過程中，需用循環(huán)冷卻水將有機(jī)料液從102℃冷卻至40℃。已知有機(jī)料液的流量為（2.5－0.01×20）×104 =23000kg/h，循環(huán)冷卻水入口溫度為30℃，出口溫度為40℃，并要求管程壓降與殼程壓降均不大于60kPa，試設(shè)計(jì)一臺列管換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。</p><p>　　已知:定性溫度下流體物性數(shù)據(jù)</p><

3、;p>　　注：若采用錯(cuò)流或折流流程，其平均傳熱溫度差校正系數(shù)應(yīng)大于0.8</p><p><b>　　二、確定設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1.選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度102℃，出口溫度40℃；冷流體進(jìn)口溫度30℃，出口溫40℃，管程壓降與殼程壓降均不大于60kPa，殼程壓降不高，因

4、此初步確定選用固定板式換熱器。</p><p><b>　　2.管程安排</b></p><p>　　由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，有機(jī)化合液走殼程。</p><p><b>　　三、確定物性數(shù)據(jù)</b></p><p

5、>　　定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度立體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程的有機(jī)化合液的定性溫度為</p><p><b>　　T</b></p><p>　　管程流體的定性溫度為</p><p><b>　　t=</b></p><p>　　根據(jù)定性溫度分別查取殼程流體和管程

6、流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　有機(jī)化合液的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度 </b></p><p>　　粘度 0.54*10-3 Pa·s</p><p>　　比熱容 =4.19 kJ/（kg·℃）</p><p>　

7、　導(dǎo)熱系數(shù) λ=0.662 W/（m·℃）</p><p>　　循環(huán)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度 </b></p><p>　　粘度 0.728*10-3 Pa·s</p><p>　　比熱容 =4.174 kJ/（kg·℃）</p&

8、gt;<p>　　導(dǎo)熱系數(shù) λ=0.626 W/（m·℃）</p><p><b>　　四、估算傳熱面積</b></p><p><b>　　1、熱流量</b></p><p><b>　　Q= </b></p><p>　　=23000*4.19*（

9、102-40）=5974940 kJ/h=1659.7kw</p><p><b>　　2、平均傳熱溫差</b></p><p>　　先按照純逆流計(jì)算，得</p><p><b>　　3、傳熱面積</b></p><p>　　由于有機(jī)化合液的粘度為0.54*10-3 Pa·s，假定總傳熱系

10、數(shù)</p><p>　　K=300W/（.℃），則傳熱面積為</p><p><b>　　=194.12 </b></p><p>　　4、冷卻水用水量=39.76kg/s=143146kg/h</p><p><b>　　五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　1、管

11、徑和管內(nèi)流速 選用Φ25*20較高級冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速=1.5m/s。</p><p>　　2、管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依靠傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p><b>　　=85</b></p><p>　　按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為</p><p><b>　　=29m<

12、;/b></p><p>　　按單程管設(shè)計(jì)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)取傳熱管長l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為</p><p>　　傳熱管總根數(shù) Nt=340</p><p>　　3、傳熱溫差校平均正及殼程數(shù)</p><p><b>　　平均溫差校正系數(shù)：</b></p><p>　　按單殼程，雙

13、殼程結(jié)構(gòu)，查得溫差修正系數(shù)得</p><p><b>　　平均傳熱溫差 </b></p><p>　　由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。</p><p>　　4、傳熱管排列和分程方法</p><p>　　采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距t

14、=1.25 ，則t=1.25*25=31.35=32mm</p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離：S=t/2+6=32/2+6=22mm</p><p>　　各程相鄰管的管心距為44mm。</p><p>　　管數(shù)的分程方法，每程各有傳熱管85根。</p><p>　　5、殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，進(jìn)行殼體內(nèi)徑估算。取管板利

15、用率=0.75，則殼體內(nèi)徑為：</p><p><b>　　D= </b></p><p>　　按卷制殼體的進(jìn)級檔，可取D=800mm</p><p><b>　　筒體直徑校核計(jì)算：</b></p><p>　　殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或大于管板的直徑，所以管板直徑的計(jì)算可以決定殼體的內(nèi)徑，其表達(dá)式為：=t

16、（-1）+2e</p><p>　　因?yàn)楣茏影舱切闻帕校?</p><p>　　取e=1.2*20=24mm</p><p>　　所以=32*（20-1）+2*34=676mm 按殼體直徑標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸進(jìn)行圓整：=800mm</p><p>　　6、折流擋板 采用圓缺形折流擋板，去折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為h

17、=0.25*800=200</p><p>　　取折流板間距B=0.3D，則B=0.3*800=240mm，可取B為240mm。</p><p>　　折流板數(shù)目N=傳熱管長/折流板間距-1=7000/240-1=27</p><p><b>　　7、其他附件</b></p><p>　　拉桿數(shù)量與直徑選取，本換熱器殼體內(nèi)

18、徑為800mm，故其拉桿直徑為12mm最少拉桿數(shù)8。</p><p><b>　　8、接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速為u=0.2m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　圓整后可取管內(nèi)徑為210mm</p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流體u=1 m/s，則接管內(nèi)徑

19、為</p><p>　　圓整后可取管內(nèi)徑為230mm</p><p><b>　　六、換熱器核算</b></p><p><b>　　1、熱流量核算</b></p><p>　?。?）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用克恩法計(jì)算</p><p><b>　　當(dāng)量直徑</b

20、></p><p><b>　　殼程流通截面積：</b></p><p>　　殼程立體流速及其雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)</b></p><p><b>　　粘度校正 </b></p><p>　　（2）管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：

21、</p><p>　　管程流體流通截面積：</p><p><b>　　管程流體流速：</b></p><p><b>　　雷諾數(shù)：</b></p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)：</b></p><p>　　污垢熱阻和管壁熱阻： </p&

22、gt;<p><b>　　管外側(cè)污垢熱阻 </b></p><p><b>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻</b></p><p>　　管壁熱按查得碳鋼在該條 </p><p>　　件下的熱導(dǎo)率為50w/(m·K)。所以</p><p>　　（4） 傳熱系數(shù)有：</p>

23、<p><b>　　傳熱面積裕度：</b></p><p><b>　　計(jì)算傳熱面積Ac：</b></p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積為：</p><p>　　該換熱器的面積裕度為</p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p

24、><b>　　壁溫計(jì)算</b></p><p>　　因?yàn)楣鼙诤鼙?，而且壁熱阻很小，故管壁溫度可按式?jì)算。由于該</p><p>　　式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別計(jì)算為</p><p>　　0.4×40+0.6×30=34℃</p><p>　　(102+40)/2=71℃ </p

25、><p><b>　　6629w/㎡·K</b></p><p><b>　　3046w/㎡·K</b></p><p><b>　　傳熱管平均壁溫</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　

26、　殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=71℃。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 ℃。</p><p>　　因此，需選用固定板式換熱器較為適宜。</p><p>　　3．換熱器內(nèi)流體的流動阻力</p><p><b>　?。?）管程流體阻力</b></p><p><b>　　, , </b>&

27、lt;/p><p>　　由Re=40691，傳熱管對粗糙度0.01，查圖得，流速=1.5m/s,</p><p><b>　　, 所以：</b></p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　殼程阻力： </b></p><p><b&g

28、t;　　按式計(jì)算</b></p><p><b>　　, , </b></p><p><b>　　流體流經(jīng)管束的阻力</b></p><p><b>　　F=0.5</b></p><p>　　0.5×0.2419×20×(27+1)

29、×=1335.7Pa</p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p>　　, B=0.24m , D=0.8m</p><p><b>　　Pa</b></p><p><b>　　總阻力</b></p><p>　　1335.7+1544.8=288

30、0.4Pa</p><p>　　所以殼程流體的阻力適宜。</p><p>　　3）換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表：</p><p><b>　　七、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1、固定管板及法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：</p><p>　　由于換熱器的內(nèi)徑已確定，采用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑、固定定管板外徑及各結(jié)

31、構(gòu)尺寸，結(jié)構(gòu)尺寸為：</p><p>　　2、管板與殼體的連接</p><p>　　在固定管板式換熱器中，管板與殼體的連接均采用焊接的方法。由于管板兼作法蘭與不兼作法蘭的區(qū)別因而結(jié)構(gòu)各異，前者的結(jié)構(gòu)是在管板上開槽，殼體嵌入后進(jìn)行焊接，殼體對中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場合。</p><p>　　3、管子與管板的連接</p><

32、;p>　　管子與管板的連接是管殼式換熱器制造中最主要的問題。對于固定管板換熱器，除要求連接處保證良好的密封性外，還要求接合處能承受一定的軸向力，避免管子從管板中拉脫。</p><p>　　管子與管板的連接方法主要是脹接和焊接。脹接是靠管子的變形來達(dá)到密封和壓緊的一種機(jī)械連接方法，如圖1-13所示。當(dāng)溫度升高時(shí)，材料的剛性下降，熱膨脹應(yīng)力增大，可能引起接頭的脫落或松動，發(fā)生泄露。一般認(rèn)為焊接比脹接更能保證嚴(yán)密

33、性。對于碳鋼或低合金鋼，溫度在300℃以上，蠕變會造成脹接殘余應(yīng)力減小，一般采用焊接。</p><p>　　焊接接口的形式見圖1-14。圖1-14（a）的結(jié)構(gòu)是常用的一種；為了減少管口處的流體阻力或避免立式換熱器在管板上方滯留的液體，可采用圖1-14（b）的結(jié)構(gòu)；為了不使小直徑管子被熔融的金屬堵住管口，則可改成圖1-14（c）的結(jié)構(gòu)；圖1-14（d）的形式適用于易產(chǎn)生熱裂紋的材料，但加工量大。</p>

34、<p>　　脹接和焊接方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在有些情況下，如對高溫高壓換熱器，管子與管板的連接處，在操作時(shí)受到反復(fù)熱變形、熱沖擊、腐蝕與流體壓力的作用，很容易遭到破壞，僅單獨(dú)采用脹接或焊接都難以解決問題，如果采用脹焊結(jié)合的方法，不僅能提高連接處的抗疲勞性能，還可消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。目前脹焊結(jié)合的方法已得到比較廣泛的。</p><p><b>　　八、對設(shè)計(jì)的評述</b&g

35、t;</p><p>　　在剛開始做課程設(shè)計(jì)時(shí)，覺得好難，沒有一點(diǎn)頭緒，不知道從哪里下手，就按照設(shè)計(jì)書上的例子一部部計(jì)算，其中很多東西都要查表，感覺很復(fù)雜，很煩！修改重算過很多次，結(jié)果一直都不怎么讓人滿意。在熟悉整個(gè)計(jì)算過程后理清了思路，發(fā)現(xiàn)計(jì)算簡單了。我想開始是由于過于盲目，沒有科學(xué)地規(guī)劃，以至于一直處在在盲目的計(jì)算、改數(shù)字、再次計(jì)算這個(gè)階段。</p><p>　　這次化工原理課程設(shè)計(jì)給

36、我留下了極深的印象，也讓我有很大的收獲?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)是旨在學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，對所學(xué)知識進(jìn)行一次綜合性訓(xùn)練。這次我們對換熱器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。將設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，設(shè)計(jì)題目來源于生產(chǎn)實(shí)際，具有實(shí)際意義。課程設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)使用相結(jié)合。設(shè)計(jì)中要求我們根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算與 CAD 設(shè)計(jì)相結(jié)合，應(yīng)用CAD繪制符合工程設(shè)計(jì)制圖的要求的圖紙，在設(shè)計(jì)過程中采用 AutoCAD 輔助設(shè)計(jì)、繪圖。</p>

37、<p>　　通過這次設(shè)計(jì)使我對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力、分析和解決工程實(shí)際問題能力和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力等方面都得到了提高，為今后的工作做了必要的準(zhǔn)備，對我們很有幫助。</p><p><b>　　九、參考書目:</b></p><p>　　姚玉英 . 化工原理 ,上冊.天津:天津大學(xué)出版社,2010</p><p>　　王國勝 . 化