化工原理課程設(shè)計(jì)---換熱器

1、<p><b>　　符號(hào)說明</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.確定設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　1.1 選擇換熱器的類型2</p><p>　　1.2 管程安排2</p><p>　　1.3 流向的選擇2</

2、p><p>　　2 傳熱工藝計(jì)算3</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)3</p><p>　　2.2介質(zhì)定性溫度及其物性數(shù)據(jù)3</p><p>　　2.3 計(jì)算有效平均溫差4</p><p>　　2.4 傳熱量及物料衡算4</p><p>　　2.5 流速的確定4</p>

3、;<p>　　2.6 計(jì)算總傳熱系數(shù)5</p><p>　　2.6.1 管程傳熱系數(shù)5</p><p>　　2.6.2 殼程傳熱系數(shù)5</p><p>　　2.6.3總傳熱系數(shù)5</p><p>　　2.7 工藝結(jié)構(gòu)尺寸5</p><p>　　2.7.1 管程數(shù)和傳熱管數(shù)5</p>

4、<p>　　2.7.2 傳熱管排列和分程方法6</p><p>　　2.7.3 確定殼體內(nèi)徑6</p><p>　　2.7.4折流板7</p><p>　　2.7.5其他附件7</p><p>　　2.7.6 接管7</p><p>　　2.8 換熱器核算7</p><p&

5、gt;　　2.8.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)7</p><p>　　2.8.2管程對(duì)流傳熱系數(shù)8</p><p>　　2.8.3污垢熱阻和管壁熱阻9</p><p>　　2.8.4 總傳熱系數(shù)9</p><p>　　2.8.5傳熱面積9</p><p>　　2.8.6壁溫核算10</p><p

6、>　　2.8.7管程流體阻力10</p><p>　　2.8.8殼程阻力11</p><p>　　2.8.9換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表：12</p><p>　　3.設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)13</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]14</b></p><p><b>　

7、　1.確定設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1.1 選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度87℃，出口溫度55℃；冷流體進(jìn)口溫度22℃，出口溫度38℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮這一素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。</p><p><b&

8、gt;　　1.2 管程安排</b></p><p>　　因?yàn)樗诟邷叵氯菀捉Y(jié)垢，所以應(yīng)使熱水走管程，冷水走殼程。</p><p><b>　　1.3 流向的選擇</b></p><p>　　當(dāng)冷、熱流體的進(jìn)出口溫度相同時(shí)，逆流操作的平均推動(dòng)力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體，所需的傳熱面積較小。逆流操作時(shí)，冷卻介質(zhì)溫升可選擇得較大因而

9、冷卻介質(zhì)用量可以較小。顯然在一般情況下，逆流操作總是優(yōu)于并流。故選用逆流操作。</p><p><b>　　2 傳熱工藝計(jì)算</b></p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)</p><p>　　出入換熱器的流體溫度及流量、設(shè)計(jì)壓力如表1-1所示：</p><p>　　表2.1 介質(zhì)的溫度及流量</p>

10、<p>　　2.2介質(zhì)定性溫度及其物性數(shù)據(jù)</p><p>　　流體的平均溫度Tm和tm:</p><p>　　根據(jù)介質(zhì)的定性溫度，查《化工原理》（王志魁編，化學(xué)工業(yè)出版社，2010，第三版）附錄三。介質(zhì)的定性溫度及物性數(shù)據(jù)見表2-2：</p><p>　　表2.2 介質(zhì)的定性溫度及物性數(shù)據(jù)</p><p>　　2.3 計(jì)算有效平均

11、溫差</p><p>　　逆流平均溫度差可按=44.5℃</p><p><b>　　其中, </b></p><p><b>　　參數(shù)S： </b></p><p><b>　　參數(shù)R： </b></p><p>　　換熱器按照單殼程兩管程設(shè)計(jì)，查

12、《化工原理》（王志魁編，化學(xué)工業(yè)出版社，2004，第三版）圖4-25得：</p><p>　　溫差修正系數(shù)： >0.8可行</p><p><b>　　有效平均溫差： </b></p><p>　　2.4 傳熱量及物料衡算</p><p>　　假定換熱器的換熱效率為η=0.98</p><p&g

13、t;<b>　　總的傳熱量 ：</b></p><p>　　冷卻水流量由熱量衡算得</p><p><b>　　2.5 流速的確定</b></p><p>　　選用的碳鋼管，選取管內(nèi)流速取。</p><p>　　2.6 計(jì)算總傳熱系數(shù)</p><p>　　2.6.1 管程傳熱

14、系數(shù)</p><p><b>　　管程雷諾數(shù)：</b></p><p><b>　　管程傳熱系數(shù):</b></p><p>　　2.6.2 殼程傳熱系數(shù)</p><p>　　假設(shè)殼程的傳熱系數(shù) </p><p><b>　　污垢熱阻</b></p

15、><p><b>　　管壁的導(dǎo)熱系數(shù) </b></p><p>　　2.6.3總傳熱系數(shù)</p><p>　　2.7 工藝結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　2.7.1 管程數(shù)和傳熱管數(shù) </p><p>　　假定換熱管為單程時(shí)的換熱管數(shù)為：</p><p>　　按單程管計(jì)算,所需的

16、傳熱管長(zhǎng)度為</p><p>　　按單程管設(shè)計(jì),傳熱管過程,宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=4.5 m，則該換熱器管程程數(shù)為：</p><p><b>　　傳熱管總根數(shù)</b></p><p>　　2.7.2 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

17、管心距Pt=1.25 d0，則 Pt=1.25×25=31.25≈32mm 。</p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離查《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》（匡國(guó)柱，史啟才等主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2007，第二版）式（3-16）得：</p><p>　　各程相鄰管的管心距為44mm</p><p>　　每程各有傳熱管9根，其前后管箱中隔板設(shè)置和介質(zhì)

18、的流通順序按《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》（第二版）圖3-14選取。</p><p>　　2.7.3 確定殼體內(nèi)徑</p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率為η=0.7，則殼體內(nèi)經(jīng)為：</p><p><b>　　,</b></p><p>　　由殼體系列標(biāo)準(zhǔn)選擇殼體直徑為D=200mm。</p>

19、<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（在浮頭式換熱器中）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：</p><p>　　管子按正三角形排列：</p><p>　　取e=1.2=1.225=30mm</p><p>　　=32（4.67-1

20、）+230=177.4mm 按殼體直徑標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸進(jìn)行圓整：</p><p><b>　　2.7.4折流板</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</p><p>　　,故可取h=110mm。</p><p>　　取折流板間距，可取B為150mm。<

21、;/p><p><b>　　則，折流板數(shù)為</b></p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p><p>　　2.7.5其他附件 </p><p>　　拉桿數(shù)量與直徑按表4-7和表4-8《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》（第二版）表4-7和表4-8選取，本換熱器傳熱管外徑為25mm,其拉桿直徑為16mm，共有4根拉桿。&

22、lt;/p><p><b>　　2.7.6 接管</b></p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)流速為，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為40mm。</p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50mm。</p&

23、gt;<p><b>　　2.8 換熱器核算</b></p><p>　　2.8.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p>　　對(duì)于三角形排列，殼程的當(dāng)量直徑為：</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>&

24、lt;p><b>　　殼程普朗特?cái)?shù)</b></p><p><b>　　粘度校正</b></p><p>　　所以，殼程對(duì)流傳熱系數(shù)為：</p><p>　　2.8.2管程對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p&

25、gt;　　管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　管程普朗特?cái)?shù)</b></p><p>　　2.8.3污垢熱阻和管壁熱阻 </p><p>　　按《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》（第二版）表3-10可?。?lt;/p><p>　　管外側(cè)污垢熱阻 </p><p>　　管外側(cè)

26、污垢熱阻 </p><p>　　管壁熱阻按下式計(jì)算，依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》（第二版）表，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為。所以</p><p>　　2.8.4 總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　2.8.5傳熱面積</b></p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積:</p><p&

27、gt;　　該換熱器的計(jì)算傳熱面積:</p><p>　　該換熱器的面積裕度為: </p><p>　　傳熱面積裕度大,該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p>　　2.8.6壁溫核算 </p><p>　　因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按下式計(jì)算。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低，為確?？煽?，取循環(huán)

28、冷卻水進(jìn)口溫度為22℃，出口溫度為38℃計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁之差。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(jì)算中，應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。于是，按下式有</p><p>　　式中液體的平均溫度tm通過下式計(jì)算為</p><p><b>　　傳熱管平均壁

29、溫</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即。</p><p>　　殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為</p><p>　　由于換熱器殼程流體壓力較高，因此，需要選用浮頭式換熱器較為適宜。</p><p>　　2.8.7管程

30、流體阻力 </p><p><b>　　依據(jù)下式可得</b></p><p>　　由, 傳熱管相對(duì)粗糙度,查莫狄圖得，流速,所以</p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　2.8.8殼程阻力 </p><p><b>　　按下式計(jì)算</b>&

31、lt;/p><p><b>　　流體流經(jīng)管束的阻力</b></p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p><b>　　總阻力</b></p><p>　　由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。</p><p>　　2.8.9換熱器主要結(jié)

32、構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表：</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)，我參考了大量的資料，尋找了大量的參數(shù)，保證了計(jì)算的準(zhǔn)確性。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)進(jìn)行了多次討論，初步地設(shè)計(jì)出了此列管式換熱器，能基本滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。本次課程設(shè)計(jì)不能單獨(dú)只考慮一個(gè)或幾個(gè)因素，要綜合考慮，對(duì)其各個(gè)因素進(jìn)行認(rèn)真考慮，整體構(gòu)思。讓我把課本上的知識(shí)

33、運(yùn)用到了社會(huì)實(shí)踐當(dāng)中，是我學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識(shí)的最終目的。由于經(jīng)驗(yàn)不足，加上時(shí)間倉(cāng)促，難免有錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)批評(píng)指正。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　1.錢頌文主編，《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　2.賈紹義，柴誠(chéng)敬等，《化工原理課程設(shè)計(jì)》 ，天津大學(xué)出版社，2002.&l