化工原理課程設計---u型管換熱器選型設計

1、<p><b>　　化工原理課程設計</b></p><p>　　題 目 U型管換熱器選型設計 </p><p>　　學院名稱 化學化工學院 </p><p>　　指導教師 </p><p&

2、gt;　　職 稱 </p><p>　　班 級 化學化工學院 </p><p>　　學 號 </p><p>　　學生姓名 </p&g

3、t;<p>　　2011年1月14日</p><p>　　《化工原理》課程設計任務書</p><p><b>　　設計題目： </b></p><p><b>　　煤油冷卻器的設計</b></p><p>　　二、原始數據及操作條件</p><p>　　1、處

4、理能力 18.81t/a煤油。</p><p>　　2、設備形式 列管式換熱器。</p><p>　　3、設計任務及操作條件</p><p>　　煤油：入口溫度 T入= 140℃，T出= 40℃</p><p>　　冷卻介質：循環(huán)水 T入= 30℃，T出= 40℃ </p><p>　　允許壓降：不大于105Pa

5、</p><p>　　煤油在定性溫度下的物性數據：</p><p>　　ρ=825kg/m3，μ=7.15×10-4Pa.s =2.22kJ/(kg·℃)</p><p>　　λ= 0.14W/（m·℃）</p><p>　　每年按330天計，24小時/天連續(xù)進行。</p><p>　　4

6、、建廠地址 衡陽地區(qū)</p><p><b>　　三、設計要求</b></p><p>　　選擇適宜的列管式換熱器并進行核算，繪制設備條件圖（1號）一份，編制一份設計說明書（打印稿），其主要內容包括：</p><p><b>　　1、前言</b></p><p><b>　　2、生產條件

7、的確定</b></p><p>　　3、換熱器的設計計算</p><p><b>　　4、設計結果列表</b></p><p>　　5、設計結果的討論與說明</p><p>　　6、注明參考和使用的設計資料</p><p><b>　　7、結束語</b></

8、p><p>　　四、設計日期：2011年1月1日至2011年1月14日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言……………………………………………………………3</p><p>　　1 計算中使用的符號說明………………………………………4</p><p>　　2 生產條件的確

9、定………………………………………………4</p><p>　　3 換熱器選型設計計算…………………………………………5</p><p>　　（一）確定設計方案………………………………………5</p><p>　　(二) 確定物性數據………………………………………5</p><p>　　(三) 預算總傳熱系數……………………………………6<

10、;/p><p>　　(四) 預算所需傳熱面積 ……………………………7</p><p>　　(五) 選型…………………………………………………7</p><p>　　(六) 換熱器核算…………………………………………8</p><p>　　(七) 附件…………………………………………………11</p><p>　　4 換熱

11、器主要結構尺寸和計算結果列表………………………12</p><p>　　5 參考文獻………………………………………………………12</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各換熱器，且它們是這些行業(yè)的通用設備，并占有十分重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約

12、的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設計、制造、結構改進及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。</p><p>　　列管式換熱器的應用已有很悠久的歷史。在化工、石油、能源設備等部門，列管式換熱器仍是主要的換熱設備。列管換熱器的設計資料已較為完善，已有系列化標準。目前我國列管換熱器的設計、制造、檢驗、驗收按“鋼制管殼式（即列管式）換熱器”（GB151）標準執(zhí)行。</p>

13、<p>　　列管式換熱器主要有固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U型管換熱器和填料函式換熱器等。</p><p>　　固定管板式換熱器有結構簡單、排管多等優(yōu)點。但由于結構緊湊，固定管板式換熱器的殼側不易清洗，而且當管束和殼體之間的溫差太大時，管子和管板易發(fā)生脫離，故不適用與溫差大的場合。</p><p>　　浮頭式換熱器針對固定管板式換熱器的缺陷進行了改進。兩端管板只有一端與殼

14、體完全固定，另一端可相對與殼體移動。故這種換熱器的管束膨脹不受殼體的約束，而且易于清洗和檢修，所以能適用于管殼壁間溫差較大，或易于腐蝕和易于結垢的場合。但其結構復雜、笨重、造價高限制了它的使用。</p><p>　　U型管換熱器僅有一個管板，管子兩端均固定于同一管板上。這類換熱器的特點有：管束可以自由伸縮，熱補償性能好；雙管程，流程長，流速高，傳熱性能好；承壓能力強；管束可以從殼體中抽出，且結構簡單，造價低。但其

15、管數少且易短流。故僅適用于管殼壁溫差較大，或殼程介質易結垢而管程介質不易結垢，高溫、高壓、腐蝕性強的情形。</p><p>　　填料函式換熱器也只有一端與殼體固定，另一端采用填料函密封。它的管束也可自由膨脹，結構比浮頭式簡單，造價較低。但填料函易泄露，故殼程壓力不宜過高，也不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的場合。</p><p>　　本次選型設計所選的換熱器為列管式換熱器中的U型管換熱器，

16、以滿足換熱需求。</p><p>　　1 設計中使用的符號說明</p><p><b>　　2 生產條件的確定</b></p><p>　　設計一列管式煤油換熱器，完成年冷卻18.81t煤油的任務，具體要求如下：煤油進口溫度140℃，出口溫度40℃；冷流體進口溫度30℃，出口溫度40℃；每年按330天計，24小時/天連續(xù)進行。</p>

17、;<p>　　3 換熱器的設計計算</p><p><b>　　（一）確定設計方案</b></p><p><b>　　1、選擇換熱器類型</b></p><p><b>　　U形管換熱器</b></p><p>　　2、流動空間及流速的確定</p>

18、<p>　　由于循環(huán)水較易結垢，但當流速較大時能在一定程度上防止結垢，在管程中易獲得較大的流速，所以選擇循環(huán)水走管程。另外，煤油走殼程，通過對環(huán)境的放熱，可以減輕放熱器負荷。選用φ25×2.5的碳鋼管，管內流速設為=1.0m/s。</p><p><b>　?。ǘ┐_定物性數據</b></p><p>　　定型溫度：可取流體進口溫度的平均值。&l

19、t;/p><p>　　殼程煤油的定性溫度：</p><p><b>　　= =90（℃）</b></p><p>　　管程流體的定性溫度：</p><p><b>　　==35(℃)</b></p><p>　　根據定性溫度，分別查詢殼程和管程流體的有關物性數據。</p&

20、gt;<p>　　煤油在90℃的有關物性數據如下：</p><p>　　密度 =825kg/m3</p><p>　　定壓比熱容 =2.22kJ/(kg·℃)</p><p>　　導熱系數 =0.140W/(m·℃)</p

21、><p>　　粘度 =0.000715Pa·s</p><p>　　冷卻水在35℃的有關物性數據如下：</p><p>　　密度 =994kg/m3</p><p>　　定壓比熱容 =4.08kJ/(kg·℃)&l

22、t;/p><p>　　導熱系數 =0.626W/(m·℃)</p><p>　　粘度 =0.000725Pa·s</p><p>　　（三）預算總傳熱系數</p><p><b>　　1、熱流量</b></p>&l

23、t;p>　　==5.273kJ/h=1464.6kW</p><p><b>　　2、平均傳熱溫差</b></p><p><b>　　(℃)</b></p><p><b>　　3、冷卻水用量</b></p><p><b>　　（kg/h）</b>

24、;</p><p><b>　　4、總傳熱系數</b></p><p><b>　　1)管程傳熱系數</b></p><p>　　=4758.7W/(m2·℃)</p><p><b>　　2)殼程傳熱系數</b></p><p>　　假設：殼

25、程的傳熱系數 W/（m2·℃）</p><p>　　又 污垢熱阻【1】</p><p>　　=0.000344m2·℃/W</p><p>　　=0.000172m2·℃/W</p><p>　　管壁的導熱系數 =45W/(m·℃)</p><p><b>　　則

26、可得總傳熱系數</b></p><p>　　=427.6W/（m·℃）</p><p>　　(四)預算所需傳熱面積 </p><p><b>　　=87.8（m2）</b></p><p>　　考慮15%的面積裕度，則=1.15=1.1587.8=101（m2）</p><p&g

27、t;<b>　?。ㄎ澹┻x型</b></p><p>　　1、根據101 m2參照JB/T 4717-92，選擇一個單殼程四管程U型管換熱器，其參數如下：</p><p>　　公稱直徑=700mm</p><p>　　管程流通面積=0.0201</p><p><b>　　管數n=128</b><

28、;/p><p><b>　　中心排管數n=15</b></p><p>　　實際傳熱面積=118.4 m2</p><p><b>　　管長=6m</b></p><p>　　管心距=32(mm)</p><p>　　折流板間距=150mm</p><p>

29、;　　列管按正方形錯列；采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%。</p><p>　　2、平均傳熱溫差校正系數</p><p>　　按單殼程，四管程結構查圖-1，但由于R=10的點在圖上難以讀出，故相應以1/代替，代替，再查圖-1，可得對數平均溫差校正系數=0.82，可知平均傳熱溫差</p><p><b>　　（六）換熱器核算</b

30、></p><p><b>　　熱量核算</b></p><p>　　1)殼程對流傳熱系數 </p><p>　　對圓缺形折流板，可采取克恩公式</p><p>　　當量直徑，因為是正方形錯列，可由下式求得</p><p><b>　　（m）</b></p&

31、gt;<p><b>　　殼程流通截面積</b></p><p><b>　?。╩）</b></p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數分別為</p><p><b>　?。╩）</b></p><p><b>　　普蘭特準數</b><

32、/p><p><b>　　粘度校正 </b></p><p><b>　　W/（m2·℃）</b></p><p>　　2)管程對流傳熱系數</p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p><b>　　m2</

33、b></p><p>　　管程流體流速及其雷諾數分別為</p><p><b>　　m/s</b></p><p><b>　　普蘭特準數</b></p><p><b>　　W/（m2·℃）</b></p><p><b>　

34、　3)總傳熱系數 </b></p><p>　　=439.56 W/（m2·℃）</p><p><b>　　4)傳熱面積 </b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積</p><p><b>　

35、　=118.4m2</b></p><p><b>　　該換熱器的面積裕度</b></p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。</p><p>　　2、換熱器內流體的流動阻力</p><p><b>　　1）管程流動阻力</b></p><p&g

36、t;<b>　　，串聯的殼程數，1</b></p><p><b>　　，管程數，4</b></p><p>　　，結垢校正系數，管取1.4</p><p><b>　　，</b></p><p>　　由，傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得 W/(m·℃)，流速 m/s，k

37、g/m，所以</p><p><b>　　Pa，</b></p><p><b>　　Pa，</b></p><p><b>　　Pa<Pa</b></p><p>　　可知，管程流動阻力在允許范圍之內。</p><p><b>　　2）

38、殼程阻力</b></p><p>　　，流體橫過管束的阻力，Pa</p><p>　　，流體流過折流板缺口的阻力，Pa</p><p>　　，結垢校正系數，對流體取1.15</p><p><b>　　流體橫過管束的阻力</b></p><p>　　，管子排列方式對壓力降的校正系數，0

39、.4</p><p>　　，橫過管束中心線的管數，13</p><p>　　，殼程流體的摩擦系數，</p><p><b>　　，折流板數，=</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　Pa</b></p>

40、<p>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　m，m</b></p><p><b>　　Pa，</b></p><p><b>　　總阻力</b></p><p

41、><b>　　PaPa</b></p><p>　　可知，殼程流動阻力也在允許范圍內。</p><p><b>　?。ㄆ撸└郊?lt;/b></p><p><b>　　接管</b></p><p>　　由上面計算可知，殼程流體流速為m/s，則其接管內徑為</p>

42、<p><b>　　m；</b></p><p>　　管程循環(huán)水流速為m/s，則接管內徑為。</p><p><b>　　m</b></p><p>　　4 換熱器主要結構尺寸和計算結果列表</p><p><b>　　5 參考文獻</b></p>&

43、lt;p>　　1．夏清，陳常貴主編.化工原理（上冊）.天津：天津大學出版社，2010</p><p>　　2．賈紹義，柴誠敬主編.化工原理課程設計.天津：天津大學出版社，2010</p><p>　　3．馬連湘，劉光啟，王文中主編.化工設備算圖手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2003</p><p>　　參考賈紹義 柴誠敬主編《化工原理課程設計》天津大學出版社20