冷凝器課程設(shè)計(jì)-- 換熱器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 列管換熱器 </p><p>　　題 目： 換熱器的設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 期：2013-2014學(xué)年第1學(xué)期</p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： </p><p>　　班 級(jí)：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　前言</b></p>

3、<p>　　換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。熱量交換中常有一些腐蝕性、氧化性很強(qiáng)的物料，因此，要求制造在換熱器的材料具有抗強(qiáng)腐蝕性能。換熱器的分類(lèi)比較廣泛：反應(yīng)釜、壓力容器冷凝器、反應(yīng)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(jī)組、石墨換熱器空氣換熱器、鈦換熱器。在合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，換熱器應(yīng)

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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，適用性強(qiáng)，制造材料廣泛等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因而，在合成氨變換工段選擇列管式換熱器，而本設(shè)計(jì)主要對(duì)該換熱器進(jìn)行相關(guān)選型和計(jì)算</p><p>　　今后換熱器的發(fā)展趨勢(shì)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(hù)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(yīng)用更加廣泛。換熱器種類(lèi)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(lèi)即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類(lèi)換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。列管式換熱器是間壁式換熱器的主要類(lèi)型。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　任務(wù)書(shū)…………………………………………………

6、……………………………………………… 3</p><p>　　1.1.列管式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………………………………………………………………3</p><p>　　1.2.設(shè)計(jì)任務(wù)和操作條件………………………………………………………………………………3</p><p>　　二.概述及設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求……………………………………………………………………………………………5 </p><p

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

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

10、……………………………………10</p><p>　　四. 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………………………………………………… 11</p><p>　　4.1主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)計(jì)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(dòng)阻力核算……………………………………………………………………………………… 20</p><p>　　設(shè)計(jì)結(jié)果統(tǒng)計(jì) ……………………………………………………………………………………… 21</p><p>　　

16、設(shè)計(jì)體會(huì)和收獲 ………………………………………………………………………………… 22</p><p>　　八.參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………………23</p><p><b>　　一 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　1.1列管式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　1

17、.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110℃ 出口溫度60℃；冷流體進(jìn)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(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(yīng)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(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)使循環(huán)水走管程，混和氣體走殼程。</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)任務(wù)和操作條件</p><p><b>　　二.概述及設(shè)計(jì)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(yīng)用的典型的工藝設(shè)備。在化工廠，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的10%～20%，在煉油廠約占總費(fèi)用35%～40%。換熱器在其他部門(mén)如動(dòng)力、原子能、冶金、食品、交通、環(huán)保、家電等也有著廣泛的應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)和選擇得到使用、高效的換熱器對(duì)降低設(shè)備的造價(jià)和操作費(fèi)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(chēng)為熱交換器，即簡(jiǎn)稱(chēng)換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備。</p><p>　　換熱器的類(lèi)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(yīng)用最廣泛，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>　　2.2.固定管板式</b>&

21、lt;/p><p>　　因設(shè)計(jì)需要，下面簡(jiǎn)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(jié)成一體，因此它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。但是由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應(yīng)是較為潔凈且不易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。有具有補(bǔ)償圈（或稱(chēng)膨脹節(jié)）的固定板式換熱器，即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，當(dāng)外殼和管束的熱膨脹程度不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性

22、變形（拉伸或壓縮），以適應(yīng)外殼和管束的不同的熱膨脹程度。這種熱補(bǔ)償方法簡(jiǎn)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(qiáng)過(guò)高（一般不高于600kPa）的場(chǎng)合。</p><p>　　1-擋板 2-補(bǔ)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(shè)計(jì)要求</b&

23、gt;</p><p>　　完善的換熱器在設(shè)計(jì)和選型時(shí)應(yīng)滿足以下各項(xiàng)基本要求：</p><p>　　合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件：</p><p>　　①增大傳熱系數(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(jìn)行強(qiáng)度、

24、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)遵循我國(guó)《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定》和《鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定》等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。 （3）有利于安裝操作與維修</p><p>　　直立設(shè)備的安裝費(fèi)往往低于水平或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運(yùn)輸與拆卸，在廠房移動(dòng)時(shí)不會(huì)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(shè)保溫層。</p><p><

25、b>　?。?）經(jīng)濟(jì)合理</b></p><p>　　評(píng)價(jià)換熱器的最終指標(biāo)是：在一定時(shí)間內(nèi)（通常1年內(nèi)的）固定費(fèi)用（設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)等）與操作費(fèi)（動(dòng)力費(fèi)、清洗費(fèi)、維修費(fèi)）等的總和為最小。在設(shè)計(jì)或選型時(shí)，如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一標(biāo)準(zhǔn)就尤為重要了。</p><p>　　三.設(shè)計(jì)條件及主要物理參數(shù)</p><p>　　3.1.初選換

26、熱器的類(lèi)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(zhì)：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(jìn)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(jì)考慮可以采用帶有補(bǔ)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(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。</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(jiàn)下表3-1：</p><p>　　3.3.計(jì)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(zhì)R134a為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算兩流體的平均傳熱溫差 </p><p>　　暫時(shí)按單殼程、多管程計(jì)算。</p><p><b>　　逆流時(shí)，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(shí)，我們有： </b></p><p><b>　　式中：</b></p>

31、;<p>　　——熱流體（R134）的進(jìn)出口溫度，單位℃；</p><p>　　——冷流體（井水）的進(jìn)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(dòng)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(jì)算結(jié)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(dòng)空間的選擇)及流速確定</p><p>　　已知兩流體允許壓強(qiáng)降均不大于35kPa；兩流體分別為R134a和水。與134

33、a相比，水的對(duì)流傳熱系數(shù)一般較大。由于循環(huán)冷卻水較易結(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，考慮到散熱降溫方面的因素，應(yīng)使循環(huán)自來(lái)水走管程，而使R134a走殼程。</p><p>　　表3-2.列管式換熱器內(nèi)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(nèi)徑di=25-2.5×2=20mm管內(nèi)流速取ui=1.2

34、m/s,從管內(nèi)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(zhǎng)L=26.41/(15×3.14×0.025)=22.38m</p><p>　　若選用6m長(zhǎng)的管，需要4管程，則一臺(tái)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(jiàn)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(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行核算：</p><p>　　①每程的管數(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>　　②傳熱面積 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(zhǎng)的一部分需用于在管板上固定管子，應(yīng)以表中的值為準(zhǔn)。</p><p>　　③由于換熱管是組合式排列，除在分程板兩側(cè)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(jì)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(jì)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(dòng)形式為湍流</b>

39、;</p><p>　?、勰Σ料禂?shù) 取鋼管絕對(duì)粗糙度ε=0.1mm，得相對(duì)粗糙度ε/d=0.005 Rei=18894.68 帶入經(jīng)驗(yàn)公式</p><p>　　可得λi=0.0330</p><p>　　④管內(nèi)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(nèi)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>　?、儆?jì)算截面積 S0 =h(D-ncd0 )=0.2(0.4-11×0.025)=0.025㎡

42、</p><p>　?、谟?jì)算流速 u0 ==0.07m/s</p><p>　　③雷諾數(shù)的計(jì)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>　?、薰苁膿p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(rèn)為所選的換熱器適用</p>&

45、lt;p>　　3.5.計(jì)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(shè)500</b></p><p>　　污垢熱阻：Rsi=0.00058m2℃/W Rso=0.00017 m2℃/W</p><p>　　管壁的導(dǎo)熱系數(shù)： =45 m2℃

47、/W</p><p>　　管壁厚度： b=0.0025</p><p>　　內(nèi)外平均厚度： dm=0.0225</p><p>　　在下面的公式中，以外管為基準(zhǔn)，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(jì)算傳熱面積</b></p><p>　　由以上的計(jì)算數(shù)據(jù)，代入下面的公式，計(jì)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(lái)看所選的換熱器適用。</p><p><b>　　四 工

49、藝設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　4.1. 主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)計(jì)算</p><p>　　選用Φ25×2.5的碳鋼管，管長(zhǎng)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(jié)構(gòu),取管板利用率,則殼體內(nèi)徑為</p><p&g

50、t;　　按卷制殼體的進(jìn)級(jí)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(nèi)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(jì)算，所需傳熱管的長(zhǎng)度是：</p><p>　　若按單程管計(jì)算，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用

51、多管程結(jié)構(gòu)，取傳熱管長(zhǎng)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(jì)算已求得，按單殼程、多管程計(jì)算，逆流時(shí)：</p><p>&

52、lt;b>　　=49.69℃</b></p><p><b>　　而此時(shí)，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(jì)算可以得到如下的計(jì)算結(jié)果表4-1：</p><p>　　通過(guò)查表，可以發(fā)現(xiàn)下面的結(jié)構(gòu)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(guò)查表，對(duì)于碳鋼、低合金鋼的換熱管的規(guī)格及尺寸偏差見(jiàn)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(zhuǎn)角正方形排列（排列角為45°）。當(dāng)管程為多程時(shí)，則需采取組合排列，圖1-10為二管程時(shí)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(cè)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(guò)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(guān)，見(jiàn)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(yīng)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(nèi)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(jìn)出口時(shí)接管</p><p>　　取接管內(nèi)R134a流速為u=0.1m/s</p><p><b>　　則接管內(nèi)徑為：</b></p><p><b>　　d=&

61、lt;/b></p><p>　　所以，取標(biāo)準(zhǔn)管的內(nèi)徑為50mm。</p><p>　　4.7.2.管程流體進(jìn)出口時(shí)的接管</p><p>　　取接管內(nèi)循環(huán)水流速u(mài)=1.5m/s，則接管內(nèi)徑：</p><p><b>　　d=</b></p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)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(jiàn)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(gè)重要的受壓器件。</p><p>　　4.9.1.管板結(jié)構(gòu)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(dòng)等原因，建議最小厚度應(yīng)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(duì)流傳熱系數(shù)</p><p>　　對(duì)圓缺形的折流板，可采用克恩公式：</p><p&g

66、t;　　計(jì)算殼程當(dāng)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(zhǔn)數(shù)為：</b></p><p><b>　　Reo=</b></p><p><b&g

68、t;　　普蘭特準(zhǔn)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(duì)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(zhǔn)數(shù)為</b></p><p><b>　　Rei=</b></p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)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(zhì)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(dǎo)熱系數(shù)： =45 m2℃/W</p><

72、;p>　　管壁厚度： b=0.0025</p><p>　　內(nèi)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(jì)算傳熱面積</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　該換熱器的實(shí)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(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)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(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。</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(dòng)阻力的計(jì)算</p><p>　　因?yàn)闅こ毯凸艹潭加袎毫档囊螅砸獙?duì)殼程和管程的壓力降分別進(jìn)行核算。</p><p>　　5.2.1管程流動(dòng)阻力</p><p>　　管程壓力降的計(jì)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(duì)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(dòng)阻力 </p><p>　　由于殼程流體的流動(dòng)狀況比較地復(fù)雜，所以計(jì)算殼程流體

80、壓力降的表達(dá)式有很多，計(jì)算結(jié)果也相差很大。下面以埃索法計(jì)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(guò)管束的壓力降，Pa；</p><p>　　——流體通過(guò)折流擋板缺口的壓力降，Pa；</p><p>　　Fs——?dú)こ虊毫档墓笇有Ｕ禂?shù)，無(wú)因次，對(duì)于液體取1.15，對(duì)于氣體取1.0；</

81、p><p><b>　　Ns——?dú)こ虜?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(duì)壓力降的校正系數(shù)，對(duì)正三角形排列，F(xiàn)=0.5，對(duì)正方形斜轉(zhuǎn)45o排列，F(xiàn)=0.4，正方形排列，F(xiàn)=0.3;</p><p>　　fo——?dú)こ塘黧w的摩擦系

82、數(shù)，當(dāng)Re﹥500時(shí)，</p><p>　　nc——橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)，對(duì)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——?dú)?，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(jì)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(duì)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(guò)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(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p>　　

86、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表</p><p><b>　　七.設(shè)計(jì)體會(huì)和收獲</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。 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，主要有以下幾點(diǎn)： (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(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力； (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； (3)培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力； (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。 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

88、板數(shù)越多、殼徑越大，這主要是因?yàn)槊河偷某隹跍囟仍龈?，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(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。 這次專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)的課程設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識(shí)到：課堂上理論知識(shí)掌握的再</p><p><b>　　八．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　

89、[1]《化工原理》（第二版） 柴誠(chéng)敬 主編 天津大學(xué)化工學(xué)院；高等教育出版社2005 </p><p>　　[2]《化工原理課程設(shè)計(jì)》（第二版）王國(guó)勝 主編； 大連理工大學(xué)出版社 2006 </p><p>　　[3]《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》（第二版）趙軍 張有忱 段成紅 編 

90、;；化學(xué)工業(yè)出版社 2009 </p><p>　　[4]《化工工藝學(xué)》徐紹平 殷德宏 仲劍除 編； 大連理工大學(xué)出版社2004 </p><p>　　[5]《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》  李功祥 陳蘭英 崔英德 編 ； 華南理工大學(xué)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(shè)計(jì)手冊(cè)》 中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司 編； 化工工業(yè)出版社 2003 </p><p>　　[8]