冷凝器課程設計-- 換熱器的設計

1、<p>　　課程設計名稱： 列管換熱器 </p><p>　　題 目： 換熱器的設計 </p><p>　　學 期：2013-2014學年第1學期</p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　前言</b></p>

3、<p>　　換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備。熱量交換中常有一些腐蝕性、氧化性很強的物料，因此，要求制造在換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。換熱器的分類比較廣泛：反應釜、壓力容器冷凝器、反應鍋、螺旋板式換熱器、波紋管換熱器、列管換熱器、板式換熱器、螺旋板換熱器、管殼式換熱器、容積式換熱器、浮頭式換熱器、管式換熱器、熱管換熱器、汽水換熱器、換熱機組、石墨換熱器空氣換熱器、鈦換熱器。在合成氨生產(chǎn)過程中，換熱器應

4、用十分廣泛，主要用于熱量的交換和回收。變換工段中主要涉及一氧化碳的轉化和能量的回收利用，列管換熱器在傳熱效率，緊湊性和金屬耗量不及某些換熱器，但它具有結構簡單，堅固耐用，適用性強，制造材料廣泛等獨特優(yōu)點，因而，在合成氨變換工段選擇列管式換熱器，而本設計主要對該換熱器進行相關選型和計算</p><p>　　今后換熱器的發(fā)展趨勢將是不斷增加緊湊性、互換性、不斷降低材料消耗，提高傳熱效率和各種比特性，提高操作和維護的便

5、捷性。 在化工生產(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，應用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應用最多。列管式換熱器是間壁式換熱器的主要類型。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　任務書…………………………………………………

6、……………………………………………… 3</p><p>　　1.1.列管式換熱器設計內容……………………………………………………………………………3</p><p>　　1.2.設計任務和操作條件………………………………………………………………………………3</p><p>　　二.概述及設計要求…………………………………………………………………………………… 4

7、</p><p>　　2.1.換熱器概述…………… ………………………………………………………………………… 4</p><p>　　2.2.固定管板式換熱器…………………………………………………………………………………5</p><p>　　2.3.設計要求……………………………………………………………………………………………5 </p><p

8、>　　三.設計條件及主要物理參數(shù)………………………………………………………………………6</p><p>　　3.1.初選換熱器的類型………………………………………………………………………………… 6</p><p>　　3.2.確定物性參數(shù)……………………………………………………………………………………… 6</p><p>　　3.3.計算熱流量及平均溫差

9、…………………………………………………………………………… 6</p><p>　　3.4.管程安排(流動空間的選擇)及流速確定………………………………………………………… 7</p><p>　　3.5.計算總傳熱系數(shù)……………………………………………………………………………………10</p><p>　　3.6.計算傳熱面積…………………………………………………

10、……………………………………10</p><p>　　四. 工藝設計計算 …………………………………………………………………………………… 11</p><p>　　4.1主要工藝及結構基本參數(shù)計算…………………………………………………………………… 11</p><p>　　4.2換熱器筒體尺寸與接管尺寸確定………………………………………………………………… 12

11、</p><p>　　4.3換熱器封頭選擇…………………………………………………………………………………… 12 </p><p>　　4.3.1封頭選型…………………………………………………………………………………… 13</p><p>　　4.3.2封頭厚度選取………………………………………………………………………………… 13</p>&

12、lt;p><b>　　4.4管板的確定 </b></p><p>　　4.4.1管板尺寸……………………………………………………………………………………… 13</p><p>　　4.4.2管板與殼體連接………………………………………………………………………………13</p><p>　　4.4.3管板厚度………………………………………

13、………………………………………………14</p><p>　　4.5換熱器支座選定…………………………………………………………………………………… 14</p><p>　　4.6 折流板………………………………………………………………………………………………14 </p><p>　　4.7 接管……………………………………………………………………………………

14、……………15</p><p>　　4.8壁厚的確定、封頭………………………………………………………………………………… 15</p><p>　　五. 換熱器核算 ………………………………………………………………………………………… 16</p><p>　　5.1.熱量核算…………………………………………………………………………………………… 18</p&

15、gt;<p>　　5.2.壁溫核算…………………………………………………………………………………………… 19</p><p>　　5.3.流動阻力核算……………………………………………………………………………………… 20</p><p>　　設計結果統(tǒng)計 ……………………………………………………………………………………… 21</p><p>　　

16、設計體會和收獲 ………………………………………………………………………………… 22</p><p>　　八.參考文獻 ………………………………………………………………………………………………23</p><p><b>　　一 設計任務書</b></p><p>　　1.1列管式換熱器設計內容</p><p>　　1

17、.1.1選擇換熱器的類型  </p><p>　　兩流體溫的變化情況：熱流體進口溫度110℃ 出口溫度60℃；冷流體進口溫度29℃，出口溫度為39℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。 </p><p>　　1.1.2管程安排 </

18、p><p>　　從兩物流的操作壓力看，應使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結垢，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，應使循環(huán)水走管程，混和氣體走殼程。</p><p>　　1.2設計任務和操作條件</p><p><b>　　二.概述及設計要求</b></p><p&g

19、t;<b>　　2.1換熱器概述</b></p><p>　　換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應用的典型的工藝設備。在化工廠，換熱器的費用約占總費用的10%～20%，在煉油廠約占總費用35%～40%。換熱器在其他部門如動力、原子能、冶金、食品、交通、環(huán)保、家電等也有著廣泛的應用。因此，設計和選擇得到使用、高效的換熱器對降低設備的造價和操作費用具有十分重要的作用。</p><p

20、>　　在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，即簡稱換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備。</p><p>　　換熱器的類型按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應用最廣泛，如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 傳熱器的結構分類</p><p><b>　　2.2.固定管板式</b>&

21、lt;/p><p>　　因設計需要，下面簡單介紹一下固定管板式換熱器。</p><p>　　固定管板式即兩端管板和殼體連結成一體，因此它具有結構簡單造價低廉的優(yōu)點。但是由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應是較為潔凈且不易結垢的物料。當兩流體的溫度差較大時，應考慮熱補償。有具有補償圈（或稱膨脹節(jié)）的固定板式換熱器，即在外殼的適當部位焊上一個補償圈，當外殼和管束的熱膨脹程度不同時，補償圈發(fā)生彈性

22、變形（拉伸或壓縮），以適應外殼和管束的不同的熱膨脹程度。這種熱補償方法簡單，但不宜用于兩流體溫度差太大（不大于70℃）和殼方流體壓強過高（一般不高于600kPa）的場合。</p><p>　　1-擋板 2-補償圈 3-放氣嘴</p><p>　　圖2.2.1.固定管板式換熱器的示意圖</p><p><b>　　2.3.設計要求</b&

23、gt;</p><p>　　完善的換熱器在設計和選型時應滿足以下各項基本要求：</p><p>　　合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件：</p><p>　?、僭龃髠鳠嵯禂?shù)②提高平均溫差③妥善布置傳熱面</p><p><b>　?。?）安全可靠</b></p><p>　　換熱器是壓力容器，在進行強度、

24、剛度、溫差應力以及疲勞壽命計算時，應遵循我國《鋼制石油化工壓力容器設計規(guī)定》和《鋼制管殼式換熱器設計規(guī)定》等有關規(guī)定與標準。 （3）有利于安裝操作與維修</p><p>　　直立設備的安裝費往往低于水平或傾斜的設備。設備與部件應便于運輸與拆卸，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口，檢查孔與敷設保溫層。</p><p><

25、b>　?。?）經(jīng)濟合理</b></p><p>　　評價換熱器的最終指標是：在一定時間內（通常1年內的）固定費用（設備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費）等的總和為最小。在設計或選型時，如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務的需要，這一標準就尤為重要了。</p><p>　　三.設計條件及主要物理參數(shù)</p><p>　　3.1.初選換

26、熱器的類型</p><p>　　兩流體的溫度變化情況如下：</p><p>　?。?）R134a：入口溫度140℃，出口溫度40℃；</p><p>　?。?）冷卻介質：井水，入口溫度20℃，出口溫度40℃；</p><p>　　該換熱器用循環(huán)冷卻井水進行冷卻，由于60℃>50℃,所需換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，故從安全、方便、

27、經(jīng)濟考慮可以采用帶有補償圈的管板式換熱器。</p><p>　　3.2.確定物性參數(shù)</p><p>　　定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。</p><p>　　殼程流體（R134a）的定性溫度為：T= (140+40)/2=90℃</p><p>　　管程流體（水）的定性溫度為：t=（40+20）

28、/2=30℃</p><p>　　在定性溫度下，分別查取管程和殼程流體(冷卻水和R134a)的物性參數(shù)，見下表3-1：</p><p>　　3.3.計算熱流量及平均溫差</p><p><b>　　3.3.1.熱流量</b></p><p>　　以熱介質R134a為計算標準算它所需要被提走的熱量:</p>

29、<p>　　Q=ms1cp1(T1-T2)=6000x1.51x(140-40)=906kJ/h=251.7kw</p><p>　　3.3.2.平均傳熱溫差</p><p>　　計算兩流體的平均傳熱溫差 </p><p>　　暫時按單殼程、多管程計算。</p><p><b>　　逆流時，我們有</b><

30、;/p><p>　　R134a：140℃→40℃</p><p>　　井 水： 40℃←20℃</p><p><b>　　從而，</b></p><p><b>　　而此時，我們有： </b></p><p><b>　　式中：</b></p>

31、;<p>　　——熱流體（R134）的進出口溫度，單位℃；</p><p>　　——冷流體（井水）的進出口溫度，單位℃；</p><p><b>　　ψ>0.8符合要求</b></p><p>　　則平均傳熱推動力：△tm=×ψ=0.87x49.69=43.23℃</p><p>　　3.3

32、.3.冷卻水用量</p><p>　　由以上的計算結果以及已知條件，很容易算得：</p><p>　　Qc==1356600/[4.174x(40-20)]=16250.60㎏/h</p><p>　　3.4.管程安排(流動空間的選擇)及流速確定</p><p>　　已知兩流體允許壓強降均不大于35kPa；兩流體分別為R134a和水。與134

33、a相比，水的對流傳熱系數(shù)一般較大。由于循環(huán)冷卻水較易結垢，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，考慮到散熱降溫方面的因素，應使循環(huán)自來水走管程，而使R134a走殼程。</p><p>　　表3-2.列管式換熱器內的適宜流速范圍 </p><p>　　由上表，初步選用Φ25×2.5的碳鋼管，則管內徑di=25-2.5×2=20mm管內流速取ui=1.2

34、m/s,從管內體積流量為：</p><p>　　=n(π/4)×0.02²×1×3600=16250.60/995.7=16.32m³/h 解得n=15</p><p>　　參照列管換熱器中K值的大致范圍，根據(jù)兩流體的具體情況，初步選定總傳熱系數(shù)K=330W/m2?℃</p><p>　　傳熱面積：A==37

35、6.83×10³/(330×43.23)=26.41㎡</p><p>　　可以求得單程管長L=26.41/(15×3.14×0.025)=22.38m</p><p>　　若選用6m長的管，需要4管程，則一臺換熱器的總管數(shù)為4×15=60，可以初步確定換熱器的主要參數(shù)見下表3-3：</p><p>　　注

36、：由于是多程，為了方便安裝分程板，采用組合式排列更方便。</p><p>　　3.4.1.對表中的數(shù)據(jù)進行核算：</p><p>　?、倜砍痰墓軘?shù)n1 =n/Np=76÷4=19,管程流通面積si =(π/4) ×0.02²×19＝0.005966㎡與表中的數(shù)據(jù)0.0060㎡很相符。</p><p>　?、趥鳠崦娣e A=πd0

37、 Ln=3.14×0.025×6×76＝35.79㎡稍大于表中35.2㎡,這是 由于管長的一部分需用于在管板上固定管子，應以表中的值為準。</p><p>　?、塾捎趽Q熱管是組合式排列，除在分程板兩側采用正方形排列外，大部分地方采用的是正三角形排列，故中心排管數(shù)可以按照正三角形排列的形式計算：</p><p>　　中心排管數(shù) nc ≈1

38、.1=1.1×≈11</p><p>　　3.4.2.阻力損失的計算</p><p>　　3.4.2.1.管程 </p><p>　　流速 ui ===0.76m/s</p><p>　　雷諾數(shù) Rei ===18894.68≥4000</p><p><b>　　流動形式為湍流</b>

39、;</p><p>　?、勰Σ料禂?shù) 取鋼管絕對粗糙度ε=0.1mm，得相對粗糙度ε/d=0.005 Rei=18894.68 帶入經(jīng)驗公式</p><p>　　可得λi=0.0330</p><p>　　④管內的阻力損失△Pi =λi(ui²)/2=0.0330×6×0.76²×995.7÷0.02&

40、#247;2=2846.83Pa</p><p>　?、莼貜澴枇p失 △Pr=3×(ui²) /2=3×0.76 ²×995.7÷2=862.67Pa</p><p>　　則管程內總壓降為：Pt=(△Pi +△Pr)FtNsNp=(2846.83+862.6) ×1.4×1×4=20772.81Pa&

41、lt;/p><p>　　=20.77kPa＜35kPa</p><p>　　故殼程的壓降滿足題目中的要求</p><p>　　3.4.2.2.殼程 </p><p>　　取折流擋板間距為 h=0.2m</p><p>　　①計算截面積 S0 =h(D-ncd0 )=0.2(0.4-11×0.025)=0.025㎡

42、</p><p>　?、谟嬎懔魉?u0 ==0.07m/s</p><p>　?、劾字Z數(shù)的計算 Re0 = =0.025×0.07×950÷0.000742=2240.56</p><p><b>　　Re0>500</b></p><p><b>　?、苣Σ料禂?shù)=<

43、/b></p><p>　?、輨t折流擋板數(shù) NB =-1=6÷0.2-1=29</p><p>　　⑥管束的損失△P1=Ff0nc(NB+1)=0.5×0.86×10×(29+1)×950×0.07²÷2= 300.25Pa</p><p>　?、呷笨趽p失△P2=NB(3.5-)(

44、u0²)/2=29×(3.5-)(950×0.07 ²)/2=168.74Pa</p><p>　　則殼程損失△Ps=△P1+△P2=300.25+168.74=468.99=0.469KPa＜35KPa</p><p>　　即殼程的壓降也滿足題意</p><p>　　綜上核算初步認為所選的換熱器適用</p>&

45、lt;p>　　3.5.計算總傳熱系數(shù)</p><p>　　3.5.1.管程傳熱系數(shù)：</p><p>　　Rei=18894.68</p><p><b>　　Pri=</b></p><p>　　Nui==119.15℃</p><p>　　αi=0.023= Nui()=119.15&#

46、215;()=3681.74 W/m2?℃</p><p>　　3.5.2.殼程傳熱系數(shù)：</p><p><b>　　假設500</b></p><p>　　污垢熱阻：Rsi=0.00058m2℃/W Rso=0.00017 m2℃/W</p><p>　　管壁的導熱系數(shù)： =45 m2℃

47、/W</p><p>　　管壁厚度： b=0.0025</p><p>　　內外平均厚度： dm=0.0225</p><p>　　在下面的公式中，以外管為基準，代入以上數(shù)據(jù)得：</p><p>　　=1÷(+0.00058×++0.00017+)</p><p&

48、gt;　　=302.66W/m2?℃</p><p><b>　　3.6計算傳熱面積</b></p><p>　　由以上的計算數(shù)據(jù)，代入下面的公式，計算傳熱面積：</p><p>　　與換熱器列出的傳熱面積A=35.2比較有 的裕度，從阻力損失和傳熱面積來看所選的換熱器適用。</p><p><b>　　四 工

49、藝設計計算</b></p><p>　　4.1. 主要工藝及結構基本參數(shù)計算</p><p>　　選用Φ25×2.5的碳鋼管，管長6m,速取ui=0.76m/s</p><p>　　4.2. 換熱器筒體尺寸與接管尺寸確定</p><p>　　采用多管程結構,取管板利用率,則殼體內徑為</p><p&g

50、t;　　按卷制殼體的進級檔可取</p><p>　　4.3.管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>　　根據(jù)傳熱管的內徑和流速，可以確定單程傳熱系數(shù)：</p><p><b>　　ns=</b></p><p>　　按單程計算，所需傳熱管的長度是：</p><p>　　若按單程管計算，傳熱管過長，宜采用

51、多管程結構，取傳熱管長l=6m，則該傳熱管程數(shù)為：</p><p>　　則傳熱管的總根數(shù)為：</p><p>　　N=Np×ns=4×19=76（根）</p><p>　　4.3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　由前面的計算已求得，按單殼程、多管程計算，逆流時：</p><p>&

52、lt;b>　　=49.69℃</b></p><p><b>　　而此時，我們有：</b></p><p>　　P= R=</p><p>　　由函數(shù)公式可得：=0.87﹥0.8，所以，修正后的傳熱溫度差為：</p><p>　　= =49.69×0.87=43.23℃<

53、/p><p>　　于是，校正后的平均傳熱溫差是43.23℃，殼程數(shù)為單程，管程數(shù)為4。</p><p>　　4.4.換熱管選型匯總</p><p>　　根據(jù)以上的計算可以得到如下的計算結果表4-1：</p><p>　　通過查表，可以發(fā)現(xiàn)下面的結構尺寸的換熱器和所需的比較接近，故而選擇該種換熱器：</p><p><

54、b>　　4.5.換熱管</b></p><p>　　4.5.1.換熱管的規(guī)格及尺寸偏差</p><p>　　經(jīng)過查表，對于碳鋼、低合金鋼的換熱管的規(guī)格及尺寸偏差見下表4-2：</p><p>　　4.5.2.傳熱管排列和分程方法</p><p>　　管子在管板上的排列方式最常用的為圖4-1所示的（a）、（b）、（c）、（d）

55、四種，即正三角形排列（排列角為30°）、同心圓排列、正方形排列（排列角為90°）、轉角正方形排列（排列角為45°）。當管程為多程時，則需采取組合排列，圖1-10為二管程時管小組合排列的方式之一。</p><p>　　圖4.1.管子在管板上的排列方式和組合排列示意圖</p><p>　　采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。</p

56、><p>　　換熱管的中心距經(jīng)查表4-3可得：（mm）</p><p>　　4.5.3橫過管束中心線的管數(shù)</p><p><b>　　nc=</b></p><p><b>　　4.6.折流板</b></p><p>　　折流板間距系列為：100mm，150mm，200mm，3

57、00mm，450mm，600mm，800mm，1000mm。</p><p>　　折流板厚度與殼體直徑和折流板間距有關，見表4-4所列數(shù)據(jù)。</p><p>　　表4-4. 折流板厚度/ mm</p><p>　　支承板厚度一般不應小于表4-4(左)中所列數(shù)據(jù)。</p><p>　　支承板允許不支承的最大間距可參考表4-5（右）所列數(shù)據(jù)。

58、</p><p>　　表4-5支承板厚度以及支承板允許不支承的最大間距</p><p>　　經(jīng)選擇，我們采用弓形折流板，取弓形折流圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為：</p><p><b>　　h=100mm</b></p><p>　　取折流板間距B=0.7D，則：</p><p>

59、;　　B=0.5×400=200mm</p><p><b>　　可取B=200mm</b></p><p>　　因而查表可得：折流板厚度為5mm，支承板厚度為8mm，支承板允許不支承最大間距為1800mm。</p><p><b>　　折流板數(shù)NB</b></p><p>　　折流板圓缺

60、面水平裝配。</p><p><b>　　4.7.接管</b></p><p>　　4.7.1.殼程流體進出口時接管</p><p>　　取接管內R134a流速為u=0.1m/s</p><p><b>　　則接管內徑為：</b></p><p><b>　　d=&

61、lt;/b></p><p>　　所以，取標準管的內徑為50mm。</p><p>　　4.7.2.管程流體進出口時的接管</p><p>　　取接管內循環(huán)水流速u=1.5m/s，則接管內徑：</p><p><b>　　d=</b></p><p>　　取標準管徑為60mm。</p&

62、gt;<p>　　4.8.壁厚的確定、封頭</p><p><b>　　4.8.1.壁厚</b></p><p>　　查GB151-99P21表8得圓筒厚度為：8 mm</p><p>　　查JB/T4737-95，橢圓形封頭與圓筒厚度相等，即8mm</p><p>　　4.8.2.橢圓形封頭</p&

63、gt;<p><b>　　示意圖如下：</b></p><p>　　查表可得其尺寸數(shù)據(jù)，見下表4-6</p><p><b>　　4.9.管板</b></p><p>　　管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個重要的受壓器件。</p><p>　　4.9.1.管板結構尺寸&l

64、t;/p><p>　　固定管板式換熱器的管板的主要尺寸：</p><p>　　4.9.2.管板厚度</p><p>　　考慮到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接頭的松脫、泄露和引起振動等原因，建議最小厚度應大于20mm。</p><p>　　表4-7. 管板的最小厚度</p><p>　　換熱管的外徑為25mm，因而管板

65、厚度取為3/4=18.75，取上述的最小厚度20mm。</p><p><b>　　五.換熱器核算</b></p><p><b>　　5.1熱量核算</b></p><p>　　5.1.1殼程對流傳熱系數(shù)</p><p>　　對圓缺形的折流板，可采用克恩公式：</p><p&g

66、t;　　計算殼程當量直徑，由正三角形排列可得：</p><p><b>　　==0.020m</b></p><p><b>　　殼程流通截面積：</b></p><p><b>　　So==0.018</b></p><p><b>　　殼程流體流速為：</b

67、></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0.097m/s</b></p><p><b>　　雷諾準數(shù)為：</b></p><p><b>　　Reo=</b></p><p><b&g

68、t;　　普蘭特準數(shù)為：</b></p><p><b>　　Pro=</b></p><p>　　Nu=0.36。物料被冷卻，粘度校正取1， 將數(shù)值代入上式：</p><p><b>　　Nu==64.01</b></p><p>　　==440.39W/m2℃</p>&

69、lt;p>　　5.1.2管程對流傳熱系數(shù)</p><p><b>　　管道流通面積：</b></p><p>　　Si=0.785×0.022=0.005966m2</p><p><b>　　管程流體流速：</b></p><p><b>　　ui=</b>&

70、lt;/p><p><b>　　雷諾準數(shù)為</b></p><p><b>　　Rei=</b></p><p><b>　　普蘭特準數(shù)為：</b></p><p><b>　　Pri=</b></p><p>　　=3681.74W/

71、m2℃</p><p>　　5.1.3傳熱系數(shù)K</p><p>　　根據(jù)冷熱流體的性質及溫度，在(GB151-99P140-141)選取污垢熱阻：</p><p>　　污垢熱阻：Rsi=0.00058m2℃/W Rso=0.00017 m2℃/W</p><p>　　管壁的導熱系數(shù)： =45 m2℃/W</p><

72、;p>　　管壁厚度： b=0.0025</p><p>　　內外平均厚度： dm=0.0225</p><p>　　在下面的公式中，代入以上數(shù)據(jù)，可得</p><p>　　= =280.43W/m2℃</p><p>　　所以，K的裕度為:h==7.34%</p><p>　　5.1.4傳熱面積S</p&g

73、t;<p><b>　　由K計算傳熱面積</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積為：</p><p><b>　　Sp==</b></p><p>　　=3.14×0.025×（6-0.06）

74、×（76-11）=30.3m2</p><p>　　則該換熱器的面積裕度為：</p><p><b>　　H==4.95%</b></p><p><b>　　5.2.壁溫核算</b></p><p>　　由于換熱管內側污垢熱阻較大，會使傳熱管內側污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，減低了傳

75、熱管和殼體的壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中應按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。</p><p>　　式中液體的平均溫度和為：</p><p><b>　?。ā妫?lt;/b></p><p>　?。ā妫?</p><p><b>

76、　　W/m2℃</b></p><p><b>　　W/m2℃</b></p><p><b>　　傳熱管平均壁溫：℃</b></p><p>　　殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=90℃</p><p>　　殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為：℃</p><p&g

77、t;　　由于換熱器殼程流體的溫差不大，殼程壓力不高，因此，選用固定管板式換熱器較為適宜。</p><p>　　5.3.流動阻力的計算</p><p>　　因為殼程和管程都有壓力降的要求，所以要對殼程和管程的壓力降分別進行核算。</p><p>　　5.2.1管程流動阻力</p><p>　　管程壓力降的計算公式為：</p>&l

78、t;p>　　Rei=18894.68（前面已求），為湍流。</p><p><b>　　取絕對粗糙度</b></p><p><b>　　查</b></p><p><b>　　另外，式子中：</b></p><p>　　殼程數(shù)Ns=1,管程數(shù)Np=4</p>

79、<p><b>　　代入公式中，有：</b></p><p>　　=（3019.36+862.67）×1×4</p><p>　　=15528.12Pa<35kpa</p><p>　　5.2.2殼程流動阻力 </p><p>　　由于殼程流體的流動狀況比較地復雜，所以計算殼程流體

80、壓力降的表達式有很多，計算結果也相差很大。下面以埃索法計算殼程壓力降：</p><p>　　殼程壓力降埃索法公式為：</p><p>　　——流體橫過管束的壓力降，Pa；</p><p>　　——流體通過折流擋板缺口的壓力降，Pa；</p><p>　　Fs——殼程壓力降的垢層校正系數(shù)，無因次，對于液體取1.15，對于氣體取1.0；</

81、p><p><b>　　Ns——殼程數(shù)；</b></p><p>　　而=0.86，nc=11，NB=29,uo=0.097m/s。</p><p>　　F——管子排列方法對壓力降的校正系數(shù)，對正三角形排列，F(xiàn)=0.5，對正方形斜轉45o排列，F(xiàn)=0.4，正方形排列，F(xiàn)=0.3;</p><p>　　fo——殼程流體的摩擦系

82、數(shù)，當Re﹥500時，</p><p>　　nc——橫過管束中心線的管子數(shù)，對正三角形排列</p><p><b>　　NB——折流擋板數(shù)</b></p><p><b>　　代入數(shù)值得：</b></p><p>　　=0.5×0.86×11×30×950&#

83、215;=634.19Pa</p><p>　　而，其中h=0.2m，d=0.4m，NB=29,</p><p><b>　　D——殼徑，m</b></p><p>　　h——折流擋板間距，m</p><p>　　do——換熱器外徑，m</p><p>　　uo——按殼程流通截面積S計算的流速，而

84、S=h（D-ncdo）=0.025 </p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　代入數(shù)值得：</b></p><p>　　=29×（3.5-）×</p><p><b>　　=168.74Pa</b></p>&l

85、t;p>　　對于液體=1.15，于是我們有：</p><p>　　=1.15×1×（634.19+168.74）=923.37Pa<35kpa</p><p>　　經(jīng)過以上的核算，管程壓力降和殼程壓力降都符合要求。</p><p><b>　　六.設計結果匯總</b></p><p>　　

86、換熱器主要結構尺寸和計算結果表</p><p><b>　　七.設計體會和收獲</b></p><p>　　化工原理課程設計是培養(yǎng)個人綜合運用本門課程及有關選修課程的基本知識去解決某一設計任務的一次訓練，也起著培養(yǎng)學生獨立工作能力的重要作用。 在換熱器的設計過程中,我感覺我的理論運用于實際的能力得到了提升，主要有以下幾點： (1)掌握了查閱資料，選

87、用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集)的能力； (2)樹立了既考慮技術上的先進性與可行性，又考慮經(jīng)濟上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護的正確設計思想，在這種設計思想的指導下去分析和解決實際問題的能力； (3)培養(yǎng)了迅速準確的進行工程計算的能力； (4)學會了用簡潔的文字，清晰的圖表來表達自己設計思想的能力。 從設計結果可看出，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，折流

88、板數(shù)越多、殼徑越大，這主要是因為煤油的出口溫度增高，總的傳熱溫差下降，所以換熱面積要增大，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增大.通過這個設計，我們可以知道，為提高傳熱效率，降低經(jīng)濟投入，設計參數(shù)的選擇十分重要。 這次專業(yè)性較強的課程設計，讓我認識到：課堂上理論知識掌握的再</p><p><b>　　八．參考文獻</b></p><p>　　

89、[1]《化工原理》（第二版） 柴誠敬 主編 天津大學化工學院；高等教育出版社2005 </p><p>　　[2]《化工原理課程設計》（第二版）王國勝 主編； 大連理工大學出版社 2006 </p><p>　　[3]《化工設備機械基礎》（第二版）趙軍 張有忱 段成紅 編 

90、;；化學工業(yè)出版社 2009 </p><p>　　[4]《化工工藝學》徐紹平 殷德宏 仲劍除 編； 大連理工大學出版社2004 </p><p>　　[5]《常用化工單元設備設計》  李功祥 陳蘭英 崔英德 編 ； 華南理工大學出版社 20

91、03 </p><p>　　[6] JB-T 4715-1992  固定管板式換熱器型式與基本參數(shù) </p><p>　　[7] 《化工工藝設計手冊》 中國石化集團上海工程有限公司 編； 化工工業(yè)出版社 2003 </p><p>　　[8]