化工原理課程設(shè)計(jì)---列管式換熱器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　——列管式換熱器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　概述 - 2 -</b></p><p>　　換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)- 3 -</p><

2、p>　　1. 確定設(shè)計(jì)方案- 3 -</p><p>　　1.1選擇換熱器的類(lèi)型- 3 -</p><p>　　2．工藝設(shè)計(jì)計(jì)算- 3 -</p><p>　　2.1 熱通量的計(jì)算- 4 -</p><p>　　2.2 的計(jì)算- 5 -</p><p>　　2.3傳熱面積的計(jì)算- 5 -</p&

3、gt;<p>　　2.4管數(shù)的確定- 6 -</p><p>　　2.5傳熱管排列和分程方法- 6 -</p><p>　　2．6殼體直徑- 7 -</p><p>　　2.7折流板- 7 -</p><p>　　3．換熱器核算- 8 -</p><p>　　3.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)- 8 -&

4、lt;/p><p>　　3.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)- 9 -</p><p>　　3.3污垢熱阻和管壁熱阻- 9 -</p><p>　　3.4 總傳熱系數(shù)- 9 -</p><p>　　3.5傳熱面積裕度- 10 -</p><p>　　3.6換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力- 10 -</p><p&g

5、t;　　結(jié)束語(yǔ)- 13 -</p><p>　　主要參考文獻(xiàn)- 14 -</p><p>　　概述　　隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世。 　　隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類(lèi)型也多種多樣，不同類(lèi)型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。

6、如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 傳熱器的結(jié)構(gòu)分類(lèi) </p><p><b>　　換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　某合成廠的乙醇車(chē)間在節(jié)能改造中為回收系統(tǒng)內(nèi)精餾塔釜液的熱量，用其釜液將原料液從95℃預(yù)熱至125℃，原料液及釜液均為乙醇的水溶液，其操作條件列表如下：</p><p>　　試設(shè)計(jì)合

7、適的換熱器。</p><p><b>　　1.確定設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1.1選擇換熱器的類(lèi)型</p><p>　　兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度95℃ 出口溫度48℃；冷流體進(jìn)口溫度35℃，出口溫度為75℃，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用列管式換熱器

8、。考慮到操作壓力較大，應(yīng)選用列管式換熱器中的浮頭式換熱器。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。</p><p><b>　　1.2 管程安排</b></p><p>　　從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使原料液走管程，釜液走殼程。但由于

9、釜液較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使原料液走殼程，釜液走管程。</p><p><b>　　2．工藝設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　2.1 熱通量的計(jì)算</p><p>　　對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度為</p&g

10、t;<p>　　冷流體的定性溫度：（35+75）/ 2 = 55℃</p><p>　　熱流體的定性溫度：（95+46）/ 2 = 70.5℃</p><p><b>　　查物性數(shù)據(jù)表得:</b></p><p>　?。?） 55℃時(shí)乙醇的物性數(shù)據(jù): ρ=992</p><p>　　λ=0.562 =0

11、.403 =3.73</p><p>　　55℃時(shí)水的物性數(shù)據(jù)：ρ=985.65 .λ= 0.562 </p><p>　　=0.5195 =0.9975 密度          ρ =909.09kg/m3  定壓比熱容  Cp＝

12、4.198kJ/kg℃ 熱導(dǎo)率        λ＝0.5408W/ m℃ 粘度         μ＝ 0.26m Pa﹒s</p><p>　　70.5℃時(shí)水的物性數(shù)據(jù)：ρ=997.82 .λ= 0.574 </p>

13、<p>　　=0.414 =1.01</p><p>　　70.5℃時(shí)的乙醇的物性數(shù)據(jù)：ρ=998.2 .λ= 0.342 </p><p>　　=0.314 =2.31</p><p>　?。?）T2的計(jì)算：已知T=95℃. 35℃. ,℃</p><p>　　m = 126200Kg/h m= 10060

14、0Kg/h </p><p>　　Q = mc△T = 100600×4.077×(75-35)= 1.64×10J</p><p><b>　　則=62.13℃</b></p><p><b>　　熱流體的定性溫度：</b></p><p>　　T = （95+6

15、2.13）/2 = 78.565</p><p><b>　　2.2 的計(jì)算</b></p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　求得</b></p><p&

16、gt;　　初擬定采用雙殼程，偶數(shù)管程的浮頭式換熱器。</p><p>　　由圖查得修正系數(shù)ψ=0.93</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　2.3傳熱面積的計(jì)算</p><p>　　求傳熱面積需要先知道K值，根據(jù)資料查得乙醇水溶液之間的傳熱系數(shù)在500 W/(㎡.℃)左右.</p>

17、<p>　　考慮到安全性問(wèn)題，留5%到15%的裕度，A=(1+15%)=309.69</p><p><b>　　2.4管數(shù)的確定</b></p><p>　　現(xiàn)設(shè)管程流速為0.4m/s,管數(shù)為n，所需單管程管子采用φ25×2.5冷拔無(wú)縫鋼管。</p><p>　　則管內(nèi)徑為0.02m.故：</p><

18、p><b>　　解得n=230</b></p><p>　　由于所需換熱器為雙殼程，我們假設(shè)用兩個(gè)單殼程串聯(lián)，則單殼程的換熱面積為A/2=154.84.</p><p><b>　　單管管長(zhǎng)為：m</b></p><p><b>　　取管長(zhǎng)為6m</b></p><p>

19、<b>　　則管程為:</b></p><p>　　則換熱器管子的總根數(shù)為根</p><p>　　2.5傳熱管排列和分程方法 </p><p>　　換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列。  （A） （B）（C）</p><p>　　（D）

20、 （E）</p><p>　　圖 1-4 換熱管在管板上的排列方式</p><p>　　(A) 正方形直列   （B）正方形錯(cuò)列 (C) 三角形直列     （D）三角形錯(cuò)列  （E）同心圓排列 </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

21、側(cè)采用正方形排列。</p><p>　　取管心距t=1.25d0，則 t=1.25×25=31.25≈32㎜</p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離 </p><p>　　S=t/2+6=32/2+6=22㎜</p><p>　　各程相鄰管的管心距為44㎜。</p><

22、p><b>　　2．6殼體直徑 </b></p><p>　　采用多管程，取管板利用率為η＝0.7</p><p><b>　　則殼體直徑為D=</b></p><p>　　按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔殼體直徑應(yīng)取D=1200mm。</p><p><b>　　合適</b><

23、/p><p><b>　　2.7折流板 </b></p><p>　　采用弓形折流板，去弓形之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>　　h=0.25×1200=400mm，故可取h=400mm</p><p>　　取折流板間距B=0.3D，則 B=0.3×1200=3

24、60mm，可取B為360mm。</p><p><b>　　折流板數(shù)目</b></p><p><b>　　3換熱器核算 </b></p><p>　　3.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用克恩法計(jì)算得：</p><p>　　管子按正三角形排列傳熱當(dāng)量直徑為：</p><p><

25、;b>　　1.05</b></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>　　普朗特?cái)?shù)： </b></p><p><b>　　粘度校正：</b></p><

26、;p>　　3.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：</p><p>　　管程流體流通截面積：</p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　管程流體流速：</b></p><p><b>　　m/s</b></p><p><b>

27、　　普朗特?cái)?shù)：</b></p><p>　　3.3污垢熱阻和管壁熱阻</p><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>　　管壁熱阻按碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為48.8w/(m·K)。</p>

28、<p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　3.4 總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　3.5傳熱面積裕度 </p><p><b>　　傳熱面積Ac為：</b></p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積為</p><

29、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>　　3.6換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力</p><p><b>　?。?）管程流體阻力</b></p><p><b>　　, , ( )</b></p><p>

30、;　　由Re=10260.68.，傳熱管相對(duì)粗糙度0.005，由參考文獻(xiàn)【1】查莫狄圖得，流速u(mài)=0.52m/s,,所以直管壓降可按范寧公式計(jì)算 ： </p><p><b>　　pa</b></p><p>　　回彎管壓降由經(jīng)驗(yàn)公式得：</p><p>　　取Fs=1.3則 </p><p>　　6971.16小于

31、35000</p><p>　　所以：管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　?。?）殼程流體阻力：</p><p><b>　　, </b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力： </p><p><b>　　F=0.5</b></p>

32、<p>　　流體流過(guò)折流板缺口的阻力</p><p>　　其中h=0.4m，D=1.2m 則</p><p><b>　　總阻力：</b></p><p>　　由于該換熱器課程流體操作壓力較大，所以課程流體阻力適宜。</p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表：</p><p>

33、;<b>　　浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)個(gè)人綜合運(yùn)用本門(mén)課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練，也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。</p><p>　　在換熱器的設(shè)計(jì)過(guò)程中,我感覺(jué)我的理論運(yùn)用于實(shí)際的能力得到了提升

34、，主要有以下幾點(diǎn)： </p><p>　　(1)掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力；</p><p>　　(2)樹(shù)立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；</p><p>　　(3)培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工

35、程計(jì)算的能力；</p><p>　　(4)學(xué)會(huì)了用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。</p><p>　　從設(shè)計(jì)結(jié)果可看出，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，折流板數(shù)越多、殼徑越大，換熱面積要增大，才能保證Q和K.因此，換熱器尺寸增大，金屬材料消耗量相應(yīng)增大.通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)，我們可以知道，為提高傳熱效率，降低經(jīng)濟(jì)投入，設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇十分重要.</p>&

36、lt;p><b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　.陳敏恒、叢德滋、方圖南、齊鳴齋等編《化工原理（第三版）上下冊(cè)》.化學(xué)工業(yè)出版社（2006）</p><p>　　.申迎華、郝曉剛等編《化工原理課程設(shè)計(jì)》.化學(xué)工業(yè)出版社（2009）</p><p>　　.譚天恩、竇梅、周明華等編《化工原理（第三版）上、下冊(cè)》.化學(xué)工業(yè)出版社