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文檔簡介
1、<p> 化工原理課程設計 </p><p> 題 目:列管式換熱器的設計</p><p><b> 任務書</b></p><p><b> 設計題目:</b></p><p> 煤油冷卻器的設計 </p><p><b&
2、gt; 二、設計任務 </b></p><p> 1、處理能力 :9.5 x105 t/年煤油</p><p> 2、設備型號 :列管式換熱器</p><p><b> 3、操作條件 :</b></p><p> 煤油:入口溫度140℃ ,出口溫度40℃</p><p>
3、 冷卻介質 :循環(huán)水,入口溫度25℃,出口溫度35℃</p><p> 允許壓降 :不大于105Pa</p><p><b> 每年按330天計</b></p><p><b> 建廠地址 :新鄉(xiāng)</b></p><p><b> 三、設計要求</b></p>
4、;<p> 1、選擇適宜的列管式換熱器并進行核算</p><p><b> 2、要進行工藝計算</b></p><p> 3、要進行主體設備的設計(主要設備尺寸、橫算結果等)</p><p><b> 4、編寫設計任務書</b></p><p> 5、進行設備結構圖的繪制(設
5、備技術要求、主要參數(shù)、接管表、部件明細表、標題欄。)</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 一、設計方案1</b></p><p> ?、?換熱器的選擇1</p><p> 2.流動空間及流速的確定1</p><p><
6、;b> 二、物性數(shù)據1</b></p><p> 三、計算總傳熱系數(shù):2</p><p><b> 1. 熱流量2</b></p><p> 2. 平均傳熱溫差2</p><p> 3. 冷卻水用量2</p><p> 4. 總傳熱系數(shù)K3</p&g
7、t;<p> 四、計算換熱面積3</p><p> 五、工藝結構尺寸3</p><p> 1. 管徑和管內流速3</p><p> 2. 管程數(shù)和傳熱管數(shù)3</p><p> 3. 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)3</p><p> 4. 傳熱管排列和分程方法3</p>&
8、lt;p><b> 5. 殼體內徑4</b></p><p><b> 6. 折流板4</b></p><p><b> 7. 接管4</b></p><p><b> 六、換熱器核算5</b></p><p><b>
9、1. 熱量核算5</b></p><p> 2. 熱量重新核算6</p><p> 3. 換熱器內流體的流動阻力6</p><p> 4. 換熱器主要結構尺寸和計算結果7</p><p><b> 七、設計的評述7</b></p><p><b> 八、參
10、考文獻8</b></p><p> 九、主要符號說明9</p><p> 十、主體設備條件圖及生產工藝流程圖10</p><p><b> 一、設計方案 </b></p><p> 1 換熱器類型的選擇</p><p> 在本次設計任務中,兩流體溫度變化情況:熱流體
11、進口溫度140℃,出口溫度40℃;冷流體(循環(huán)水)進口溫度30℃,出口溫度40℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻,冬季操作時進口溫度會降低,考慮到這一因素,估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大,因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。 </p><p> 2、流動空間及流速的確定 </p><p> 在固定管板式式換熱器中,對于流體流徑的選擇一般可以考慮以下幾點: </p>
12、;<p> (1) 不潔凈和易結垢的流體宜走管內,以便于清洗管子。</p><p> (2) 腐蝕性的流體宜走管內,以免殼體和管子同時受腐蝕,而且管子也便于清洗和檢修。 </p><p> (3) 壓強高的流體宜走管內,以免殼體受壓。 </p><p> (4) 飽和蒸氣宜走管間,以便于及時排除冷凝液,且
13、蒸氣較潔凈,冷凝傳熱系數(shù)與流速關系不大。</p><p> (5) 被冷卻的流體宜走管間,可利用外殼向外的散熱作用,以增強冷卻效果。</p><p> (6) 需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內,因管程流通面積常小于殼程,且可采用多管程以增大流速。</p><p> (7) 粘度大的液體或流量較小的流體,宜走管間,因流
14、體在有折流擋板的殼程流動時,由于流速和流向的不斷改變,在低Re(Re>100)下即可達到湍流,以提高對流傳熱系數(shù)。</p><p> 由于循環(huán)冷卻水較易結垢,為便于水垢清洗,應使循環(huán)水走管程,煤油走殼程。選用ф25×2.5的碳鋼管,管內流速取ui=0.5m/s。 </p><p><b> 二、確定物性數(shù)據</b></p><p
15、> 兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據如下表</p><p><b> 三、計算總傳熱系數(shù)</b></p><p> ?。ㄒ唬┯嬎銦嶝摵桑崃髁浚?lt;/p><p><b> 按管間煤油計算,即</b></p><p><b> (二)冷卻用水量</b></p>
16、;<p> 忽略熱損失,則水的用量為</p><p> ?。ㄈ┯嬎隳媪髌骄鶞囟炔?lt;/p><p><b> 逆流溫差</b></p><p><b> (四)總傳熱系數(shù)K</b></p><p><b> 1.管程給熱系數(shù)</b></p>
17、<p><b> ,故采用下式計算</b></p><p><b> 2.殼程給熱系數(shù)</b></p><p><b> 假設殼程給熱系數(shù)</b></p><p><b> 3.污垢熱阻</b></p><p><b> 4.
18、管壁的導熱系數(shù)</b></p><p><b> 碳鋼的導熱系數(shù)。</b></p><p><b> 5.總傳熱系數(shù)</b></p><p><b> 四、估算傳熱面積</b></p><p> 考慮15%的面積裕度,</p><p>
19、;<b> 五、工藝結構尺寸</b></p><p><b> 1.管徑和管內流速</b></p><p> 選用的碳鋼換熱管,管內流速</p><p> 2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p> 根據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p> 按單管程計算
20、所需換熱管的長度</p><p> 按單管程設計,傳熱管過長,現(xiàn)取傳熱管長,則該換熱器的管程數(shù)為</p><p><b> ?。ü艹蹋?lt;/b></p><p> 傳熱管的總根數(shù)(根)</p><p> 3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p> 按單殼程雙管程結構,查單殼程圖,因在圖上
21、難以讀取,因而相應以代替R,PR代替P,查同一圖線得。于是。</p><p> 單殼程雙管程屬于1-2折流,現(xiàn)用1-2折流的公式計算平均溫度差</p><p><b> ℃</b></p><p> 現(xiàn)對上述查圖方法進行說明。對于1-2折流有:</p><p> 令,,則,。將R、P以代入上式得</p>
22、;<p> 顯然,用對作圖應為同一圖線。本設計取有效對數(shù)平均溫度差為℃。</p><p> 4.傳熱管排列和分程方法</p><p> 采用組合排列,即每層內按正三角形排列,隔板兩側按正方形排列。取管心距,則</p><p> 橫過管束中心線的管數(shù)(根)</p><p><b> 5.殼體內徑</b&g
23、t;</p><p> 采用多管程結構,取管板利用率,則殼體內徑</p><p> 圓整取D=2000mm。</p><p><b> 6.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徑的25%,則切去的圓缺高度為</p><p><b> ,
24、取。</b></p><p> 取折流板間距為,則,取。</p><p><b> 折流板數(shù)(塊)</b></p><p> 折流板圓缺水平面安裝。</p><p><b> 7.接管</b></p><p> 殼程流體(煤油)進出口接管:取接管內煤油流
25、速為1.0m/s,則接管內徑</p><p> 取標準管徑為300mm。</p><p> 管程流體(循環(huán)水)進出口接管,取接管內循環(huán)水的流速為1.5m/s,則接管內徑</p><p> ?。ㄈ藴使軓綖?00mm)</p><p><b> 六、換熱器核算</b></p><p><
26、b> ?。ㄒ唬崃亢怂?lt;/b></p><p> 1.殼程對流給熱系數(shù)</p><p> 對于圓缺形折流板,可采用克恩公式</p><p> 當量直徑由正三角形排列得</p><p><b> 殼程流通截面積</b></p><p> 殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別
27、為</p><p> 2.管程對流給熱系數(shù)</p><p><b> 管程流通截面積</b></p><p> 管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為</p><p><b> 3.傳熱系數(shù)K</b></p><p><b> 4.傳熱面積</b>
28、;</p><p> 該換熱器的實際換熱面積</p><p><b> 面積裕度為</b></p><p> 換熱面積裕度合適,能夠滿足設計要求。</p><p> ?。ǘQ熱器內流體的流動阻力</p><p><b> 1.管程流動阻力</b></p>
29、<p> ?。‵t結垢校正系數(shù),Np管程數(shù),Ns殼程數(shù))</p><p> 取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm,則,而,查圖得</p><p><b> 對的管子有</b></p><p> 管程阻力在允許的范圍之內。</p><p><b> 2.殼程流動阻力</b><
30、/p><p> 對殼程有折流擋板時,計算殼程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法計算結果與實際數(shù)據的一致性較好,但計算比較麻煩,而且對換熱器的結構尺寸要求較詳細。工程計算中常采用Esso法,該法的計算公式如下:</p><p> (Fs為結垢校正系數(shù),對液體Fs=1.15,Ns為殼程數(shù))</p><p><b> 流體流經管束的阻
31、力</b></p><p> F為管子排列方式對壓強降的校正系數(shù),正三角形排列F=0.5,正方形直列,正方形錯列時,。</p><p> 為殼程流體的摩擦系數(shù),當</p><p> 為橫過管束中心線的管數(shù),。</p><p> 折流板間距,折流板數(shù)</p><p> 流體流經折流板缺口的阻力<
32、;/p><p> 該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求,故所設計的換熱器合適。</p><p> 換熱器主要結構尺寸及計算結構</p><p><b> 七、設計的評價</b></p><p> 經過3天的奮戰(zhàn),終于完成了一個還算還算滿意設計,這幾天我過的很充實,是我大學里的第一次課題設計實習,看著自己的勞動成果,心里
33、有種說不出的感覺。畢竟自己的努力還算有所回報,為自己的努力感到自豪。當然也認識到自己的不足,自己在運用知識方面好有所欠缺,比如在作圖方面就很不熟練。</p><p> 我想說,為完成這次課題設計我們都很努力,但苦中有樂。我們一邊忙著復習備考,一邊還做課題設計,時間對我們來說一下子變得寶貴了。當自己越過一個難題時,笑容在臉上綻放,很有成就感的。當我看到設計終于完成時,我笑了。對我來說,知識上的收獲重要,精神的豐收
34、更可喜。從這次課程設計中,我不僅鞏固了課本的知識,還學到了許多其他的知識。</p><p> 這次設計讓我認識到學無止境的道理,我們在一塊討論,收獲了很多。讓我認識到團隊合作的重要性。還使我體會到挫折是一份財富,經歷是一份擁有。這次課程設計畢竟成為我大學期間的一個美好回憶!</p><p> 最后,非常感謝我的同組人員,正是有他們在一起討論,有了他們的幫助,才使我更快更順利地在較短時間
35、內完成本設計。</p><p><b> 八、參考文獻</b></p><p> [1] 賈紹文,柴誠敬. 化工原理課程設計.天津:天津大學出版社,2002.8. </p><p> [2]譚天恩,竇梅,周明華等.化工原理.北京:化學工業(yè)出版社,2006.4</p><p> [3]中華人民共和國國家標準.GB1
36、51-89鋼制管殼式換熱器.國家技術監(jiān)督局發(fā)布,1989</p><p> [4] 時均等.化學工程手冊(第二版,上卷).化學工業(yè)出版社,1996</p><p><b> 九、主要符號說明</b></p><p> P——壓力,Pa ; Q——傳熱速率,W;</p>
37、;<p> R——熱阻,㎡·℃/W; Re——雷諾準數(shù);</p><p> S——傳熱面積,㎡; t——冷流體溫度,℃;</p><p> T——熱流體溫度,℃; u——流速,m/s;</p><
38、;p> m——質量流速,㎏/h; ——對流傳熱系數(shù)W/(㎡·℃); ——導熱系數(shù),W/(m·℃) ——校正系數(shù);</p><p> ——粘度,Pa·s; ——密度,㎏/m3;</p>
39、<p> ——實際傳熱面積, Pr——普郎特系數(shù)</p><p> n——板數(shù),塊 K——總傳熱系數(shù),</p><p> V——體積流量 N——管數(shù)</p><p> D——殼體內
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