化工原理課程設(shè)計(jì)--用水冷卻乙酸甲酯列管式換熱器設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）</p><p>　　題目 用水冷卻乙酸甲酯列管式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　　課 程 名 稱(chēng) 化工原理 </p><p>　　院 (系、部、中心) 資環(huán)學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 生物工程 </

2、p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　符號(hào)說(shuō)明</b></p><p>　　1.1物理量（英文字母）.................................................................1</p><p>　　1.2物理量（希臘字母

3、）.................................................................1</p><p>　　設(shè)計(jì)目的 .................................................................1</p><p>　　設(shè)計(jì)實(shí)例 .....................

4、............................................2</p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案 .................................................................2</p><p>　　4.1.1選擇換熱器的類(lèi)型 ..................................

5、..............................3</p><p>　　4.1.流動(dòng)空間及流速的測(cè)定………………………………. 3</p><p>　　五．確定物性數(shù)據(jù) ... ............................................................3</p><p><b>　　六．計(jì)算

6、總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　6.1.熱流量…………………………………………………..4</p><p>　　6.2. 平均傳熱溫差…………………………………………4 </p><p>　　6.3 .冷卻水用量……………………………………………..4</p><p>　　6.4.總傳熱系數(shù)K……………………………………

7、………..4</p><p>　　七．計(jì)算傳熱面積 ...............................................................5</p><p>　　八. 工藝結(jié)構(gòu)尺寸………………………………………………..5</p><p>　　5.1.1 管徑和管內(nèi)流速 ......................

8、.....................................5</p><p>　　5.1.2 殼程數(shù)和傳熱殼數(shù) .........................................................6</p><p>　　5.1.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) ........................................

9、.....6</p><p>　　5.1.4 傳熱管排列和分程方法 .............................................6</p><p>　　5.1.5 殼體內(nèi)徑 .............................................................8</p><p&

10、gt;　　5.1.6 折流板 ...........................................................8</p><p>　　5.1.7 接管 .............................................................8</p><p>　　九．換

11、熱器核算 ............................................................9</p><p>　　6.1.1 熱量核算 .............................................................9</p><p>　　6.1.2換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力

12、 ..................................................11</p><p>　　十．設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表………………………………………………..12</p><p>　　十一.總結(jié)……………………………………………………………….13</p><p><b>　　一、符號(hào)說(shuō)明：</b></p>

13、;<p>　　1.1物理量（英文字母）</p><p>　　B 折流板間間距，m n 指數(shù)</p><p>　　Cp 定壓比熱容，kJ/(kg·℃） N 管數(shù)</p><p>　　d 管徑，m S 傳熱面積

14、，m2</p><p>　　D 換熱器內(nèi)徑，m t 管心距，m</p><p>　　f 摩擦因數(shù) u 流速，m/s</p><p><b>　　F 系數(shù)</b></p><p>　　G 重力加速度，m

15、/s2</p><p>　　P 壓力，pa；</p><p>　　1.2 物理量（希臘字母）</p><p>　　ɑ 對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2·℃） ρ 密度，Kg/m3</p><p>　　λ 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·℃） Δ 有限差值 </p>

16、;<p>　　μ 粘度 Pa·s</p><p><b>　　下標(biāo)</b></p><p>　　О 管外 m 平均</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　通過(guò)課題設(shè)計(jì)進(jìn)一

17、步鞏固課程所學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行化工單元過(guò)程設(shè)計(jì)的能力，使學(xué)生能夠系統(tǒng)的運(yùn)用知識(shí)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)該了解設(shè)計(jì)的內(nèi)容，方法及步驟，使學(xué)生具有調(diào)研技術(shù)資料，自行確定設(shè)計(jì)方案，獨(dú)自設(shè)計(jì)計(jì)算，準(zhǔn)確繪制圖樣，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明。 </p><p><b>　　（三）設(shè)計(jì)實(shí)例</b><

18、/p><p><b>　　操作條件：</b></p><p>　　1、處理能力：二萬(wàn)噸/年乙酸甲酯。</p><p>　　2、熱流體：入口溫度88℃，出口溫度42℃。</p><p>　　3、冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度28 ℃，出口溫度36℃。</p><p>　　4、允許壓強(qiáng)降：不大于10kPa。&

19、lt;/p><p>　　殼程總壓力降小于5kpa, 管程總壓力降小于10kpa</p><p>　　5、每天24h連續(xù)運(yùn)行。（每年按 300天計(jì)）</p><p><b>　?。ㄋ模┐_定設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1 選擇換熱器的類(lèi)型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體（乙酸甲

20、酯）進(jìn)口溫度88℃，出口溫度42℃；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度28℃，出口溫度36℃。改換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較小，因此初步確定選用不帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。</p><p>　　2 流動(dòng)空間及流速的測(cè)定</p><p>　　由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，熱水（乙酸甲酯）走殼程。選用25×

21、2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/s。</p><p><b>　?。ㄎ澹┐_定物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。</p><p>　　殼程乙酸甲酯的定性溫度為： </p><p>　　管程流體的定性溫度為： </p><p>　　根據(jù)定性溫度，分

22、別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　（六）計(jì)算總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　1.熱流量</b></p><p>　　Wo=1×20000×1000÷300÷24≈2777.78kg/h</p><p>　　Qo=WocpoΔto=2777.78

23、15;1.97×(88-42)=251722.22 kJ/h=69.923 kW</p><p><b>　　2. 平均傳熱溫差</b></p><p>　　熱 冷</p><p>　　3 .冷卻水用量 88 36</p&g

24、t;<p>　　42 28</p><p>　　4. 總傳熱系數(shù)K </p><p><b>　　管程傳熱系數(shù) </b></p><p><b>　　殼程傳熱系數(shù) </b></p><p>　　假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)αo=290 W/(m2·℃)；

25、</p><p>　　污垢熱阻Rsi=0.000344 m2·℃/W , Rso=0.000172 m2·℃/W</p><p>　　管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45 W/(m·℃)</p><p>　　初選總傳熱系數(shù)395K W/(m2·℃）</p><p>　?。ㄆ撸⒂?jì)算傳熱面積 </p>&

26、lt;p>　　考慮 15％的面積裕度，S=1.15×S''=1.15×6.11=7.03m2</p><p>　?。ò耍⒐に嚱Y(jié)構(gòu)尺寸 </p><p>　?。?）管徑和管內(nèi)流速及管長(zhǎng) </p><p>　　選用ф25mm×2.5mm傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速u(mài)i=0.5m/s，選用管長(zhǎng)為L(zhǎng)=6m</p>

27、;<p>　　表3-1 換熱器常用流速的范圍</p><p>　?。?）管程數(shù)和傳熱管數(shù) </p><p>　　依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) </p><p>　　按單程管計(jì)算其流速為</p><p>　　按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多殼管程結(jié)構(gòu)。先取傳熱管長(zhǎng)L=6m，則該換熱器殼程數(shù)為 (管程)<

28、;/p><p>　　傳熱管總根數(shù)N=15*1=15（根）</p><p>　?。?）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) </p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù) </p><p>　　按單殼程，單管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表?？傻?lt;/p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p>

29、<p>　?。?）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。取管心距t=1.25 d0，則 </p><p>　　t=1.25×25=31.25≈32(mm)橫過(guò)管束中心線的管數(shù)</p><p><b>　　· </b></p>&

30、lt;p>　　轉(zhuǎn)熱管排列方式——正方形直列</p><p><b>　?。?）殼體內(nèi)徑 </b></p><p>　　采用單管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.7，則殼體內(nèi)徑為 </p><p>　　精確公式D=t（Nc-1）+3do=32*（4-1）+3*25=171mm</p><p>　　圓整可取D＝200mm &

31、lt;/p><p>　　GB151－89《鋼制管殼式換熱器》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB151)中的3.9.3.2條規(guī)定：“折流板的最小間距應(yīng)不小于圓筒內(nèi)直徑的五分之一，且不小于50mm。最大間距應(yīng)不大于圓筒內(nèi)直徑，且滿足表3－22的要求”。</p><p>　　表3－22　　　　　mm </p><p><b>　?。?）折流板 </b></p>

32、<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h＝0.25×200＝50mm，故可取h＝100mm。 </p><p>　　取折流板間距B＝0.3D，則B＝0.3×200＝60mm，可取B為100mm。 </p><p>　　折流板數(shù) NB=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距-1=6000/100-1=59(塊)</p>

33、<p>　　折流板圓缺面水平裝配。 </p><p><b>　?。?）接管 </b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)乙酸甲酯流速為 u＝1m/s，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管管徑為30mm。 </p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u＝1.5 m/s

34、，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管管徑為40mm。</p><p>　?。ň牛Q熱器核算 </p><p><b>　　熱量核算 </b></p><p>　　圖 殼程摩擦系數(shù)f與Re的關(guān)系</p><p>　?、贇こ虒?duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式 </p>

35、;<p>　　當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 </p><p><b>　　殼程流通截面積 </b></p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 </p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù) </b></p><p><b>　　粘度校正 </b></p>

36、;<p>　?、诠艹虒?duì)流傳熱系數(shù) </p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p><b>　　管程流體流速 </b></p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>　?、蹅鳠嵯禂?shù)K</b><

37、;/p><p><b>　　④傳熱面積S</b></p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp</p><p>　　該換熱器的面積裕度為 </p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 </p><p>　?。?）換熱器內(nèi)流體的壓力降 </p><p>&

38、lt;b>　?、俟艹塘鲃?dòng)阻力 </b></p><p>　　∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp</p><p>　　Ns=1, Np=1, Ft=1.4</p><p>　　由Re＝10455，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01/20＝0.0005，查莫狄圖得λi＝0.0375W/m·℃， </p><p>　　流速u(mài)

39、i＝0.420m/s，ρ＝995.7 kg/m3，所以 </p><p>　　管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。</p><p><b>　?、跉こ虊毫?lt;/b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力 </p><p>　　流體流過(guò)折流板缺口的阻力 </p><p>　　殼程壓力降也在合理壓力降范圍內(nèi)。

40、 </p><p><b>　　十、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</b></p><p><b>　　表格 1</b></p><p><b>　　十一、總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)、性能都有了一定的了解，同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也掌握了一定的工藝計(jì)算方

41、法。</p><p>　　換熱器是化工廠中重要的化工設(shè)備之一，而且種類(lèi)繁多，特點(diǎn)不一，因此，選擇合適的換熱器是相當(dāng)重要的。在本次設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)進(jìn)行換熱器的選擇和設(shè)計(jì)是要通過(guò)反復(fù)計(jì)算，對(duì)各項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行比較后，從中確定出比較合適的或最優(yōu)的設(shè)計(jì)，為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮很多方面的因素。</p><p>　　在滿足工藝條件的前提下選擇合適的換熱器類(lèi)型，通過(guò)分析操作要求及計(jì)算，本次設(shè)計(jì)選用換熱器為上述計(jì)算結(jié)

42、果。</p><p>　　此外，其他因素（如加熱和冷卻介質(zhì)用量，換熱器的檢修和操作等），在設(shè)計(jì)時(shí)也是不可忽略的。根據(jù)操作要求。</p><p>　　在檢修和操作方面，固定管板式換熱器由于兩端管板和殼體連接成一體，因此不便于清洗和檢修。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，在滿足傳熱要求的前提下，考慮了其他各項(xiàng)問(wèn)題，但它們之間是相互矛盾的。如：若設(shè)計(jì)換熱器的總傳熱系數(shù)較大

43、，將導(dǎo)致流體通過(guò)換熱器的壓強(qiáng)降（阻力）增大，相應(yīng)地增加了動(dòng)力費(fèi)用；若增加換熱器的表面積，可能使總傳熱系數(shù)或壓強(qiáng)降減小，但卻又受到換熱器所能允許的尺寸限制，且換熱器的造價(jià)也提高了。因此，只能綜合考慮來(lái)選擇相對(duì)合適的換熱器。</p><p>　　然而在本次設(shè)計(jì)中由于經(jīng)驗(yàn)不足，知識(shí)有限，還是存在著很多問(wèn)題。比如在設(shè)計(jì)中未考慮對(duì)成本進(jìn)行核算，僅在滿足操作要求下進(jìn)行設(shè)計(jì)，在經(jīng)濟(jì)上是否合理還有待分析。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)板式