甲苯換熱器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　甲苯換熱器設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　系：環(huán)生系</b></p><p><b>　　班級(jí)： </b></p><p><b>　　姓名 ： <

2、;/b></p><p><b>　　學(xué)號(hào) ： </b></p><p>　　完成時(shí)間：2011年11月30日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　某廠用循環(huán)冷卻水甲苯從80°冷卻到50°C，甲苯年處理能力為18000t／a，壓力為6.5

3、MPa,循環(huán)冷卻水的入口溫度為25°C，出口溫度為35°C，要求冷凝器允許壓降不大于500000Pa,試設(shè)計(jì)一臺(tái)管殼式臥式換熱器完成該生產(chǎn)任務(wù)。每年按330天計(jì)算，每天按24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。?）換熱器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　（2）換熱器工藝流程圖&

4、lt;/p><p>　?。?）換熱器設(shè)備結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)說(shuō)明</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、標(biāo)題頁(yè)···········

5、····································

6、3;············3</p><p>　　方案設(shè)計(jì)···················

7、3;····································&#

8、183;··4</p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案·····························

9、···························4</p><p>　　確定物性數(shù)據(jù)····

10、3;····································&#

11、183;··············4</p><p>　　計(jì)算總傳熱系數(shù)·················

12、;····································4&l

13、t;/p><p>　　計(jì)算傳熱面積································&

14、#183;························5</p><p>　　工藝結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算······

15、83;····································&

16、#183;··········5</p><p>　　換熱器核算·····················

17、····································

18、3;·7</p><p>　　九換熱器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表····························&#

19、183;·······10</p><p>　　對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)·······················

20、3;·····························11</p><p>　　十一、自設(shè)計(jì)使用該換熱器的工藝流程圖&

21、#183;···································12<

22、;/p><p>　　十二、參考文獻(xiàn)································&

23、#183;·························12</p><p><b>　　二、方案設(shè)計(jì)</b></p><

24、;p>　　某廠在生產(chǎn)過(guò)程中，需將甲苯從80℃冷卻到50℃。甲苯年處理能力為18000t／a。壓力為6.5Mpa，冷卻水入口溫度25℃，出口溫度35℃。要求冷凝器壓降不大于500KPa。試設(shè)計(jì)能完成上述任務(wù)的管殼式換熱器。</p><p><b>　　三、確定設(shè)計(jì)方案 </b></p><p>　?。?）選擇換熱器的類型</p><p>　

25、　兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度80℃，出口溫度50℃冷流體。冷流體進(jìn)口溫度25℃，出口溫度35℃。</p><p>　　由于管壁與殼壁的溫差低于60℃—70℃，而且考慮到制作簡(jiǎn)單便宜，因此采用逆流，初步確定選用固定管板式換熱器。</p><p>　　（2）流動(dòng)空間及流速的確定 </p><p>　　由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，硝基苯走殼程。另外

26、，這樣的選擇可以使硝基苯通過(guò)殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時(shí)，在此選擇逆流。選用25×2mm的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.94m/ｓ。 </p><p><b>　　四、確定物性數(shù)據(jù) </b></p><p>　　定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 </p><p>　　甲苯的定性溫度為：T=﹙80+50﹚／2=65℃<

27、;/p><p>　　冷卻水的定性溫度為： t=﹙25+35) ／2=30℃</p><p>　　根據(jù)定性溫度，由已知圖表數(shù)據(jù)提供可得： </p><p>　　甲苯在70℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： </p><p>　　密度　　 ρo=886kg/m3</p><p>　　比熱容　 cpo=1.91kJ/(k

28、g·℃)</p><p>　　熱導(dǎo)率　　 λo=0.1273 W/(m·℃)</p><p>　　粘度　　 μo=0.000445Pa·s</p><p>　　冷卻水在30℃下的物性數(shù)據(jù)： </p><p>　　密度　　 ρi=994.3kg/m3</p><p>　　

29、定壓比熱容　 cpi=4.174kJ/(kg·℃)</p><p>　　熱導(dǎo)率　　 λi=0.624 W/(m·℃)</p><p>　　粘度　　　　 μi=0.000742 Pa·s</p><p>　　五．計(jì)算總傳熱系數(shù) </p><p><b>　　（1）熱流量</b></p

30、><p>　　由甲苯的年處理能力18000t／a可知：甲苯的流量為18000000／﹙330×24﹚=2272.73㎏／h Qo=Lcp1Δt1=2272.73×1910×(80-50)/3600 =36174.24kW</p><p>　　(2) 冷卻水用量 qm2= Qo/cp2Δt2=36174.24/19100×3600=6818.18kJ

31、/h</p><p>　　3）平均傳熱溫差△Tm=[﹙80-35﹚－﹙50－25﹚] ／㏑[﹙80-35﹚／﹙50－25﹚]=34.03℃（4）初算傳熱面積 </p><p>　　查表可得：假設(shè)K=600 W/m2 . oC</p><p>　　A=Q／（KΔTm﹚=1.772m² 取安全系數(shù)1.3，A=2.3 m²</p>&l

32、t;p><b>　　5、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 </b></p><p>　?。?）管徑和管內(nèi)流速及管長(zhǎng) </p><p>　　選用25×2mm傳熱管(碳鋼)，管長(zhǎng)取2m，則需要管字?jǐn)?shù)為N</p><p>　　N=A／（πdl﹚=2.3／﹙3.14×0.025×2﹚=15﹙根﹚</p><p>

33、　　為了便于鋪管，一般取管程的倍數(shù)，即N=16﹙根﹚</p><p>　?。?）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) </p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù) </p><p>　　按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表?？傻?lt;/p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　?。?/p>

34、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=1.25 d0，則 </p><p>　　t=1.25×19=25(mm)</p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離按式，計(jì)算</p><p>　　Z=t÷2+6=18.5mm</

35、p><p>　　各程相鄰管的管心距為37mm橫過(guò)管束中心線的管數(shù)</p><p><b>　　（5）殼體內(nèi)徑 </b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η＝0.7，則殼體內(nèi)徑為 </p><p>　　圓整可取D＝325mm </p><p><b>　?。?）折流板 <

36、;/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h＝0.25×325＝81.25mm，故可取h＝82 mm。 </p><p>　　取折流板間距B＝0.3D，則B＝0.3×325＝97.5mm，可取B為100。 </p><p>　　折流板數(shù) NB=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距-1=2000/

37、100-1=19(塊)</p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。 </p><p><b>　?。?）接管 </b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)硝基苯流速為 u＝1..0 m/s，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　圓整后可取管內(nèi)徑為60mm </p><p>　　管程流體

38、進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u＝2 m/s，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　圓整后可取管內(nèi)徑為70mm</p><p><b>　　6．換熱器核算 </b></p><p><b>　?。?）熱量核算 </b></p><p>　?、贇こ虒?duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式 <

39、/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>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 </p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>　　p=6.449</b><

40、;/p><p><b>　　粘度校正 </b></p><p>　?、诠艹虒?duì)流傳熱系數(shù) </p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p><b>　　管程流體流速 </b></p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b&g

41、t;</p><p><b>　?、蹅鳠嵯禂?shù)K</b></p><p><b>　?、軅鳠崦娣eS</b></p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp</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

42、><p>　　（2）換熱器內(nèi)流體的壓力降 </p><p><b>　?、俟艹塘鲃?dòng)阻力 </b></p><p>　　∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp</p><p>　　Ns=1, Np=2, Ft=1.5</p><p>　　由Re＝18934，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01/15＝0.0067

43、，查莫狄圖得λi＝0.0028 W/m·℃， </p><p>　　流速ui＝0.942m/s，ρ＝994 .3kg/m3，所以 </p><p>　　管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　②殼程壓力降</b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力 </p><p>

44、　　流體流過(guò)折流板缺口的阻力 </p><p>　　殼程壓力降也比較適宜。 </p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</b></p><p><b>　　表格 1</b></p><p><b>　　四、對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述</b></p><p>　　

45、初次接觸化工原理課程設(shè)計(jì)，還荒謬地以為是像其他課程一樣是實(shí)驗(yàn)類的，聽(tīng)課的時(shí)候也一頭霧水，根本不知道該做什么，該怎么做，無(wú)從下手，只是覺(jué)得好難。有一段時(shí)間都在觀望。</p><p>　　所以自己設(shè)計(jì)的時(shí)候只能是根據(jù)老師提供的模板，用新的數(shù)據(jù)代替舊的數(shù)據(jù)，其他的公式完全照抄，花了一天時(shí)間，終于把計(jì)算部分完成了。裕度15％，在合理范圍內(nèi)，但是，一看壓力降，徹底崩潰了，12多千帕，天啊，完全不合理。再細(xì)看模板和自己的設(shè)計(jì)

46、的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，我的設(shè)計(jì)根本是行不同，果真用這設(shè)計(jì)的話，也是謀財(cái)害命。</p><p>　　所以我決定重新來(lái)過(guò)。這時(shí)離交作業(yè)還有三天，做出來(lái)的裕度居然一直都在50％以上，重新分析計(jì)算的過(guò)程中也出現(xiàn)了幾次錯(cuò)誤，由于急于求成，算出來(lái)后的結(jié)果偏離太多，檢查才發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，而且老師給的模板里面也有一些錯(cuò)誤，這樣照搬下去的一些公式就除了問(wèn)題了，只好靜下來(lái)認(rèn)真地理解和消化原有的一些公式，這樣又一次重新算過(guò)。

47、</p><p>　　因此，有花了一天的時(shí)間在計(jì)算上。</p><p>　　那么接下來(lái)就是畫圖了，由于學(xué)過(guò)機(jī)械制圖，以為畫圖比較簡(jiǎn)單，5個(gè)小時(shí)左右可以完成，誰(shuí)知道，畫圖更難，這主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，沒(méi)有兼顧考慮到畫圖，因此設(shè)計(jì)出來(lái)的管數(shù)很難安排，冥思苦想了好久，換了好多方案，查了好多資料，換了多種排列方法，還是行不通。</p><p>　　最終，只好把管數(shù)安排成易

48、于排列的數(shù)目，才解決了這個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　其實(shí)，在整個(gè)過(guò)程中，雖然遇到了很多問(wèn)題，也犯了不少錯(cuò)誤，但是自己真的學(xué)到了很多東西，比如word文檔公式的運(yùn)用，比如如何使自己的設(shè)計(jì)更加合理，這就要求自己在設(shè)計(jì)前要詳細(xì)的考慮各種可能出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法，才能達(dá)到事半功倍的效果。我覺(jué)得，如何查找數(shù)據(jù)也很重要，假如自己查不到數(shù)據(jù)，接下來(lái)的工作完全沒(méi)辦法做，假如查的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，那設(shè)計(jì)出來(lái)的東西也是錯(cuò)誤的，而且很可

49、能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《化工原理》，王志魁 編，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》，潘國(guó)呂，郭慶豐 編著，清華大學(xué)出版社，1996.</p><p>　　《化工物性算圖手冊(cè)》，劉光啟等 編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.<