化工原理課程設(shè)計(jì)---碳八分離工段預(yù)熱器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)項(xiàng)目：碳八分離工段預(yù)熱器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　前言3</b></p><p>　　1.1化工原理課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介3</p><p>　　1.2化工原理課程目的和要求3</p><p>

2、;　　第二章 列管式換熱器工藝設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1換熱器簡(jiǎn)介4</p><p>　　2.2 方案簡(jiǎn)介6</p><p>　　2.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件6</p><p>　　2.2.2 選擇換熱器的類型6</p><p>　　2.2.3流程安排6</p><p>　

3、　第三章 換熱器工藝設(shè)計(jì)與核算6</p><p>　　3.1 工藝設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1.1 估算傳熱面積6</p><p>　　3.1.2 選擇管徑及管內(nèi)流8</p><p>　　3.1.3選取管長(zhǎng)確定管程數(shù)和總管數(shù)9</p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算14</p><

4、;p>　　4.1確定物性數(shù)據(jù)14</p><p>　　4.3計(jì)算總傳熱系數(shù)15</p><p>　　4.3.1 熱流量15</p><p>　　4.3.2 平均傳熱溫差15</p><p>　　4.3.3 冷卻水用量15</p><p>　　4.3.4 總傳熱系數(shù) K16</p><

5、;p>　　4.4計(jì)算傳熱面積17</p><p>　　4.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸17</p><p>　　4.5.1 管徑和管內(nèi)流速17</p><p>　　4.5.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)17</p><p>　　4.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)18</p><p>　　4.5.4 傳熱管排列和分程方法18&

6、lt;/p><p>　　4.5.5 殼體內(nèi)徑19</p><p>　　4.5.6 折流板19</p><p>　　4.5.7 接管19</p><p>　　4.6換熱器核算20</p><p>　　4.6.1 熱量核算20</p><p>　　4.6.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力22<

7、;/p><p><b>　　7.附圖表25</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　1.1化工原理課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介</p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)是化工類專業(yè)學(xué)生運(yùn)用自己所學(xué)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行化工單元操作設(shè)備設(shè)計(jì)的一次實(shí)踐過程。它能培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程的基本知識(shí)去解決某

8、一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行過程和設(shè)備計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。</p><p>　　通過課程設(shè)計(jì),學(xué)生應(yīng)該注重以下幾個(gè)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)：</p>&l

9、t;p>　　1. 查閱資料，選用公式和搜集數(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；</p><p>　　2. 樹立既考慮技術(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)際問題的能力；</p><p>　　3. 迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力；</p><p>　　4

10、. 用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。 </p><p>　　1.2化工原理課程目的和要求</p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)可以讓我們?cè)谝韵路矫娴玫脚囵B(yǎng)和鍛煉。首先，進(jìn)行基本技能及工程素質(zhì)的系統(tǒng)訓(xùn)練，逐漸培養(yǎng)其工程意識(shí)。課程設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的學(xué)用結(jié)合的過程，為較好的完成課程設(shè)計(jì)工作，需要我們學(xué)會(huì)對(duì)工具書、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的使用，經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選擇及設(shè)計(jì)結(jié)果的判斷等。其次，

11、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力。這里包括：一是運(yùn)用知識(shí)能力，二是理解知識(shí)能力。再者，培養(yǎng)我們良好的設(shè)計(jì)思路，即理論聯(lián)系實(shí)際解決工程問題。在解決這些問題時(shí)既要嚴(yán)格遵循基礎(chǔ)理論，同時(shí)還要考慮實(shí)際情況，并且對(duì)一些次要因素也不可忽略，所以在設(shè)計(jì)過程中有很多東西要我們借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)、成果，不能臆造脫離實(shí)際。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中要勇于創(chuàng)新、勤于探索，不因循守舊。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)基本

12、要求</b></p><p>　　要秉著實(shí)事求是的態(tài)度認(rèn)真完成以下內(nèi)容：</p><p>　　1. 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 根據(jù)任務(wù)書提供的條件和要求，進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)際調(diào)研或查閱有關(guān)資料，在此基礎(chǔ)上，通過分析研究，選定適宜的流程方案和設(shè)備類型，確定原則的工藝流程。同時(shí)對(duì)選定的方案和設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。</p><p>　　2. 主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 依據(jù)有關(guān)資料進(jìn)行

13、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，包括工藝參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p><p>　　3. 典型輔助設(shè)備的選型和計(jì)算 包括典型輔助設(shè)備的主要工藝尺寸計(jì)算和設(shè)備型號(hào)規(guī)格的選定；</p><p>　　4. 帶控制點(diǎn)的工藝流程簡(jiǎn)圖 以單線圖的形式繪制，標(biāo)出主體設(shè)備和輔助設(shè)備的物料流向、物流量、能流量和主要化工參數(shù)測(cè)量點(diǎn)；</p><p>　　5.

14、主體設(shè)備工藝條件圖 圖面上應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表；</p><p>　　6.編寫設(shè)計(jì)說明書，說明書是設(shè)計(jì)的書面總結(jié)，也是后續(xù)設(shè)計(jì)工作的主要依據(jù)，包括以下主要內(nèi)容：</p><p>　?。?）封面（課程設(shè)計(jì)題目、班級(jí)、姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間 ）；</p><p><b>　?。?）目錄；</b></p><

15、;p><b>　　（3）設(shè)計(jì)任務(wù)書；</b></p><p>　?。?）設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介；</p><p>　　（5）設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表；</p><p>　?。?）工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　?。?）輔助設(shè)備的計(jì)算及選型；</p><p>　　（8）設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表；&l

16、t;/p><p>　　（9）設(shè)計(jì)自我評(píng)述；</p><p><b>　?。?0）參考資料；</b></p><p>　　（11）主要符號(hào)表；</p><p>　?。?2）附錄（工藝尺寸圖工藝流程圖）；</p><p>　　第二章 列管式換熱器工藝設(shè)計(jì)</p><p><

17、b>　　2.1換熱器簡(jiǎn)介</b></p><p>　　換熱器（英語翻譯：heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。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

18、、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。</p><p><b>　　（1）管式換熱器</b></p><p>　　它主要包括蛇管、套管和列管式換熱器，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，加工制造比較容易，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，性能可靠，適用面廣，下面主要講述列管式換熱器。</p><p>　　列管式換熱器又稱管殼式換熱器，是最典型的堅(jiān)壁式換熱器，它的傳熱效果好，

19、尤其在高溫、高壓和大型裝置中采用更為普遍。管式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內(nèi)部裝有平行管束,管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體,一種在管內(nèi)流動(dòng),其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng),其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。</p><p>　　為了提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相垂直的折流擋板，折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定

20、路徑多次錯(cuò)流通過管束，使湍流程度大為增加。</p><p>　　流體在管內(nèi)每通過管束一次稱為一個(gè)管程，每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板，將全部管子平均分隔成若干組。這樣，流體可每次只通過部分管子而往返管束多次，稱為奪管程。同樣，為提高管外流速，可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板使流體多次通過殼體空間，稱多殼程。</p><p>　　列管式換熱器主要有如下幾種類

21、型：</p><p>　　① 固定管板式換熱器： </p><p>　　這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同

22、，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。 </p><p>　　為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時(shí)，為安全起見，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過0.6Mpa時(shí)由于補(bǔ)償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。 </p>&l

23、t;p>　?、?浮頭式換熱器： </p><p>　　換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個(gè)頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。 </p>

24、<p>　?、?填料函式換熱器： </p><p>　　這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，造價(jià)也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。 </p><p>　?、?U型管式換熱器： </p><p>　　U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決

25、熱補(bǔ)償問題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。</p><p><b>　　（2）板式換熱器</b></p><p>　　板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過半片進(jìn)行熱量交換。板

26、式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占 地面積小、安裝清洗方便、應(yīng)用廣泛、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。但承壓能力較低，工作介質(zhì)的處理量小，且制造加工較復(fù)雜，成本高。</p><p><b>　　2.2 方案簡(jiǎn)介</b></p><p>　　2.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件</p><p>　　碳八分離工段原

27、料預(yù)熱器設(shè)計(jì)，對(duì)冷工藝物流（乙苯18%，對(duì)二甲苯18%，間二甲苯40%，鄰二甲苯24%，以上為摩爾分率），進(jìn)行預(yù)熱（由25℃加熱至161℃），流量為10kmol/h，加熱水蒸氣壓力為15kg/cm2，要求管程和殼程壓差均小于50kPa，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)列管式換熱器。 </p><p>　　2.2.2 選擇換熱器的類型</p><p>　　流體溫度的變化情況：混合流體進(jìn)口溫度25℃，出口溫度16

28、1℃，該換熱器用水蒸氣加熱，由于管程和殼程壓差均小于50kPa，可考慮用固定管板式，但由于這鐘裝置只能用在管壁溫與殼體壁溫之差低于60℃~70℃而該題中混合流體由25℃加熱至161℃，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。</p><p><b>　　2.2.3流程安排</b></p><p>　　考慮到

29、易結(jié)垢流體應(yīng)走易于清洗的一側(cè)，以及粘度大的流體應(yīng)走殼程，因?yàn)闅こ虄?nèi)的流體在折流板的作用下，流通截面積和方向都不斷變化，在較低的雷諾指數(shù)下就可以達(dá)到湍流狀態(tài)，對(duì)于該工藝物流組成是中有機(jī)物µ﹤（0.5~1）×10-3Pa·S，綜合考慮，該混合流體走管程，水蒸氣走殼程。</p><p>　　第三章 換熱器工藝設(shè)計(jì)與核算</p><p><b>　　3.1

30、 工藝設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1.1 估算傳熱面積</p><p>　　（1）換熱器的熱流量</p><p>　　換熱器的熱流量是指在確定的物流進(jìn)口條件下，使其達(dá)到規(guī)定的出口狀態(tài)，冷流體和熱流體之間所交換的熱量，或是通過冷、熱體的間壁所傳遞的熱量。</p><p>　　在熱損失可以忽略不計(jì)的條件下，對(duì)無相的工藝物流，

31、換熱器的熱流量由下式確定</p><p>　　Q1=M1CP1Δt1 （3-1）</p><p>　　式中 Q1─—— 熱流量，W；</p><p>　　M1─—— 工藝流體的質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　CP1─—— 工藝流體的定壓比熱容，kJ/（kg·k）；</p><p&

32、gt;　　Δt1─—— 工藝流體的溫度變化，k</p><p><b>　?。?）加熱劑用量</b></p><p>　　加熱劑的用量取決于工藝流體所需的熱量及加熱劑的進(jìn)出口溫度，此外還和設(shè)備的熱損失有關(guān)。對(duì)于工藝流體被加熱的情況，加熱劑放出的熱量等于工藝流體被加熱的情況，加熱劑放出的熱量等于工藝流體所吸收的熱量損失的熱量之和，即</p><p&g

33、t;　　Q2=Q1+Q’ (3-2)</p><p>　　式中 Q1-─——工藝流體所吸收的熱流量，W；</p><p>　　Q2-─——加熱劑放出的熱量，W；</p><p>　　Q’ ─——損失的熱流量</p><p>　　若以水蒸氣作為介質(zhì)，則水蒸氣的用量可用下式確定</p><p>　

34、　(3-3) </p><p>　　式中 ─——水蒸氣質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　─——水蒸氣冷凝熱，kJ/kg；</p><p><b>　?。?）平均傳熱溫差</b></p><p>　　平均傳熱溫差是換熱器的傳熱推動(dòng)力。其值不但和流體的進(jìn)出口溫度有關(guān)，而且還與換熱器內(nèi)兩種流體的流型有關(guān)。對(duì)于列

35、管式換熱器，常見的流型有3種：并流、逆流和折流。對(duì)于并流和逆流，平均傳熱溫差均可用換熱器兩端流體溫度的對(duì)數(shù)平均溫差表示， 即 (3-4) </p><p>　　式中 ─——逆流或并流的平均傳熱溫差，K；</p><p>　　─——根據(jù)流型計(jì)算；&

36、lt;/p><p>　　折流情況下的平均傳熱溫差可先按純逆流情況計(jì)算，然后加以校正</p><p>　　即 </p><p>　　逆 (3-5)</p><p>　　式中 ─——折流情況下的平均傳熱溫差，K；</p><p

37、>　　─——溫度校正系數(shù)；</p><p><b>　　（4）估算傳熱面積</b></p><p>　　在估算傳熱面積時(shí)，可以根據(jù)冷熱流的具體情況，參考換熱器傳熱系數(shù)的大致范圍，假設(shè)一K值，估算傳熱面積Ap為 </p><p><b>　　(3-6)</b></p>&l

38、t;p>　　式中 Ap─——估算傳熱面積，m2；</p><p>　　K─——假設(shè)傳熱系數(shù)系數(shù)，W/（m2·k）；</p><p>　　─——平均傳熱溫差，K</p><p>　　在上的計(jì)算中，可先按純逆流計(jì)算，然后待確定換熱器結(jié)構(gòu)之后，再進(jìn)行適當(dāng)校正。</p><p>　　3.1.2 選擇管徑及管內(nèi)流</p>

39、;<p>　　由于管長(zhǎng)及管程數(shù)均和管徑及管內(nèi)流速有關(guān)，故應(yīng)首先確定管徑及管內(nèi)流速。目前國(guó)家內(nèi)常用的換熱管規(guī)格和尺寸偏差見表3-1-2（同教材表3-2）</p><p>　　表3-1-2 常用換熱管的規(guī)格</p><p>　　若選擇較小的管徑，管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可以提高，而且對(duì)于同樣的傳熱面積來說可以減小殼體直徑。但管徑小，流動(dòng)阻力大，清洗困難，設(shè)計(jì)可根據(jù)具體情況用適宜的管徑。

40、</p><p>　　管內(nèi)流速的大小對(duì)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及壓力降的影響較大，一般要求所選的流速應(yīng)使流體處于穩(wěn)定的湍流狀態(tài)，即雷諾指數(shù)大于10000，對(duì)于傳熱熱阻較大的流體后易結(jié)垢流體應(yīng)選取較大的流速。另外還要考慮在所選的流速下，換熱器應(yīng)有適當(dāng)?shù)墓荛L(zhǎng)和管程數(shù)，并保證不會(huì)由于流體的動(dòng)力沖擊導(dǎo)致管子強(qiáng)烈振動(dòng)而損壞換熱器。</p><p>　　3.1.3選取管長(zhǎng)確定管程數(shù)和總管數(shù)</p>

41、<p>　　選定了管徑和管內(nèi)流速后，可依據(jù)下式確定換熱器的單程管子數(shù)</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　式中 ─——單程管子數(shù)目；</p><p>　　V─——單程流體的體積流量，m3/s;</p><p>　　di─——傳熱管的內(nèi)徑，m；</p><

42、;p>　　u─——管內(nèi)流體流速，m/s；</p><p>　　依次可求出按單程換熱器計(jì)算所得的管子長(zhǎng)度：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　式中 L─——按單程計(jì)算的管子長(zhǎng)度，m；</p><p>　　─——管子外徑，m；</p><p>　　如果按單

43、程計(jì)算的管子太長(zhǎng)，則應(yīng)采用多管程，在選取管長(zhǎng)時(shí)應(yīng)注意合理利用材料，還要使換熱器具有適宜的長(zhǎng)徑比。確定了每程管子長(zhǎng)度之后，即可求得管程數(shù)</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　式中 L─——按單程計(jì)算的管子長(zhǎng)度，m；</p><p>　　l ─——選取的每程管子長(zhǎng)度，m；</p><p>

44、;　　─——管程數(shù)（必須取整數(shù)）</p><p><b>　　換熱器管程數(shù)為：</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　式中 ─——，m；換熱器的總管數(shù)</p><p>　?。?）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　若選用多

45、管程換熱器，可提高管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，但同時(shí)也增加了換熱器的阻力，并損失部分傳熱溫度。其中溫差校正系數(shù)與流體的進(jìn)出口溫度有關(guān)，也與換熱器的殼程數(shù)及管程數(shù)有關(guān)。</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p><b>　　(3-12)</b></p><p>　　式中 , ─——熱流體進(jìn)、出口溫度，℃；

46、</p><p>　　，─——冷流體進(jìn)出、口溫度，℃；</p><p>　　一般要求的值不得低于0.8，若低于此值。當(dāng)換熱器的操作條件略有變化時(shí)的變化較大，使得操作極不穩(wěn)定。在這種情況下，應(yīng)考慮采用多殼程結(jié)構(gòu)的換熱器或多臺(tái)換熱器串聯(lián)來解決，所需的殼程數(shù)或串聯(lián)換熱器的臺(tái)數(shù)可按下述方法確定：首先，在坐標(biāo)紙上作 Φ—T和Φ—t線，由熱橫方程知，若兩流體的熱容量流率不變則Φ-T和Φ-t線為直

47、線。然后從冷流體的出口溫度t2開始作水平線與Φ—t線相交，在交點(diǎn)處向下作垂直線與Φ—t線相交重復(fù)以上步驟，直至垂線與Φ—t線相交點(diǎn)的溫度等于或低于冷流體的進(jìn)口溫度，此時(shí)圖中水平線的數(shù)目即為所需的殼程數(shù)或串聯(lián)換熱器的臺(tái)數(shù)。</p><p><b>　?。?）管子排列</b></p><p>　　傳熱管在管板上的排列有三種基本形式，即正方形、正四邊形和同心圓排列。<

48、/p><p>　　采用正三角形排列時(shí)，管子排列面積是一個(gè)正六邊形，排在正六邊形內(nèi)傳熱管數(shù)為</p><p>　　3a（a+1）+1 (3-13)</p><p>　　若設(shè)b為正六邊形對(duì)角線上管子數(shù)目，則</p><p>　　b=2a+1 (3-14)</p><p>

49、　　式中 ─——熱流體進(jìn)、出口溫度，℃；</p><p>　　a─——冷流體進(jìn)出、口溫度，℃；</p><p>　　對(duì)于對(duì)多程換熱器，常采用組合排列法。各程內(nèi)采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用矩形排列方法。</p><p><b>　　（6）管心距</b></p><p>　　板上兩傳熱管中心距離稱

50、為管心距。管心距的大小主要與傳熱管和管板的連接方式有關(guān)，此外還要考慮到管板強(qiáng)度和清洗外管面所需的空間。</p><p>　　傳熱管和管板的鏈接方式有脹接和焊接兩種，當(dāng)采用脹接法，采用過小的管心距，常會(huì)造成管板變形。而采用焊接法時(shí)，管心距過小，也很難保證焊接質(zhì)量，因此管心距應(yīng)有一定的數(shù)值范圍，一般情況下，脹接時(shí)，取管心距t=(1.3~1.5)d0，焊接時(shí)，取t=1.25d0 。</p><p&g

51、t;　　多管程結(jié)構(gòu)中，隔板占有管板部分面積。一般情況下，隔板中心到離其最近一排管中心距離可用下式計(jì)算</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p>　?。?）管束的分程方法</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，如采用多管程，則需要在管箱中安裝分程隔板。分程時(shí)，應(yīng)使各程管字?jǐn)?shù)目大致相等，隔板形式要簡(jiǎn)單，密封長(zhǎng)度要短，一般采用偶數(shù)管程

52、。</p><p>　　管束分程方法常采用平行和T行方式。</p><p><b>　?。?）殼體內(nèi)徑</b></p><p>　　換熱器殼體內(nèi)徑取決于傳熱管數(shù)、管心距和傳熱管的排列方式。對(duì)于單程換熱器：</p><p>　　D=t（b-1）+（2~3）d0 (3-16) </p><p&g

53、t;　　式中 t ─——管心距，mm；</p><p>　　D0─——傳熱管外徑，mm；</p><p>　　上式中，b的取值和管子的排列方式有關(guān)，對(duì)于正三角形排列b值為</p><p><b>　　(3-17)</b></p><p><b>　　對(duì)于正方形排列</b></p>

54、<p><b>　　(3-18)</b></p><p>　　多管程換熱器殼體的內(nèi)徑還和管程數(shù)有關(guān)：</p><p><b>　　(3-19)</b></p><p>　　式中 n ─——管板利用率；</p><p>　?。?）折流板和支承板</p><p>　

55、　列管式換熱器的殼程流體流通面積比管程流通面積大，故需設(shè)置折流板。折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類，單殼程的換熱器僅需設(shè)置橫向折流板，多殼程換熱器不但需要橫向折流板，而且需要設(shè)置縱向折流板。</p><p>　?。?0）其它主要附件</p><p><b>　?、倥月窊醢?lt;/b></p><p><b>　?、诜罌_擋板</b&

56、gt;</p><p><b>　?。?1）接管</b></p><p>　　管程流體出口接管不宜采用軸向接管。</p><p><b>　　3.2換熱器核算</b></p><p><b>　　(1)熱流量核算</b></p><p><b>

57、;　　(3-20)</b></p><p>　　式中 K ─——傳熱系數(shù)，W/（m2·k）；</p><p>　　─——?dú)こ瘫砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2·k）；</p><p>　　─——?dú)こ涛酃笩嶙?，m2·k/w；</p><p>　　─——管程污垢熱阻，m2·k/w；</p>

58、;<p>　　─——傳熱管外徑，m；</p><p>　　─——傳熱管內(nèi)徑，m；</p><p>　　─——傳熱管平均值徑，m；</p><p>　　─——管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2·k）；</p><p><b>　　殼程流體無相變傳熱</b></p><p>　　克恩

59、提出下式作為采用了弓形折行板時(shí)殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算式</p><p><b>　　(3-21)</b></p><p><b>　　正方形排列時(shí)</b></p><p><b>　　(3-22)</b></p><p><b>　　三角形排列時(shí)</b>&

60、lt;/p><p><b>　　(3-23)</b></p><p><b>　　殼程為飽和蒸汽冷凝</b></p><p>　　Devore基于努塞爾的理論公式，提出層流時(shí)的冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算如下:</p><p><b>　　水平管束冷凝</b></p><

61、;p><b>　　(3-24)</b></p><p>　　式中 ─——無量綱冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；</p><p>　　─——冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2·k）；</p><p>　　， (3-25)</p><p>　　式中 m─——?dú)こ涛酃笩嶙?，m2·k

62、/w；</p><p>　　─——傳熱管長(zhǎng)度，m；</p><p>　　ns─——傳熱管外徑，m；</p><p>　　當(dāng)量管數(shù)ns與傳熱管布置方式及總管數(shù)有關(guān)。</p><p><b>　　(3-26) </b></p><p><b>　　垂直管束冷凝</b></

63、p><p><b>　　(3-27)</b></p><p>　　式中 ， (3-28) </p><p><b>　　管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</b></p><p><b>　　(3-29)</b></p><p><b&

64、gt;　　當(dāng)流體被加熱時(shí)</b></p><p><b>　　當(dāng)流體被冷卻時(shí)</b></p><p><b>　　污垢熱阻和管壁熱阻</b></p><p>　　管壁熱阻取決于傳熱管壁厚的材料，其值為</p><p><b>　　(3-30)</b></p&g

65、t;<p>　　式中 b ─——傳熱管壁厚，m；</p><p>　　─——管壁熱導(dǎo)率，m·k/w；</p><p><b>　　換熱器面積裕度</b></p><p><b>　　(3-31)</b></p><p>　　根據(jù)Ac和Ap，可求出該換熱器的面積裕度<

66、/p><p><b>　　(3-32)</b></p><p>　　式中 H ─——換熱器的面積裕度；</p><p>　　─——實(shí)際傳熱面積，m2；</p><p>　　Ac ─——計(jì)算傳熱面積，m2；</p><p>　　為保證換熱器操作的可行性，一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于15%~20%。&

67、lt;/p><p>　　(2) 傳熱管和殼體壁溫核算</p><p>　　對(duì)于穩(wěn)定的傳熱過程，若忽略污垢熱阻，則有</p><p><b>　　(3-33)</b></p><p><b>　　(3-34)</b></p><p><b>　　(3-35)</b&

68、gt;</p><p>　　考慮到污垢熱阻的影響則有：</p><p><b>　　(3-36)</b></p><p><b>　　(3-37)</b></p><p>　　一般情況下，管壁溫度可取為：</p><p><b>　　(3-38)</b>

69、</p><p>　　(3) 換熱器內(nèi)流體阻力計(jì)算</p><p><b>　　管程總阻力</b></p><p><b>　　(3-39)</b></p><p><b>　　第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　4.1確定

70、物性數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　?。?）定性溫度： </b></p><p>　　管程流體的定性溫度為 </p><p><b>　　（℃）</b></p><p>　　殼程水蒸氣在15kg/cm2（1470kpa）的壓力下的定性溫度為</p><p&g

71、t;<b>　　t=180(℃)</b></p><p>　　根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　水在70℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度 </b></p><p><b>　　定壓比熱容）</b></p&g

72、t;<p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù) </b></p><p><b>　　黏度 </b></p><p>　　循環(huán)冷卻水在36℃下的物性數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　密度 </b></p><p><b>　　定壓比熱容）</b><

73、/p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù) </b></p><p><b>　　黏度 </b></p><p>　?。?）水蒸氣在℃下物性：</p><p>　　4.3計(jì)算總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　4.3.1 熱流量</b></p>&

74、lt;p>　　=25252.5(kg/h)</p><p>　　4.3.2 平均傳熱溫差</p><p>　　4.3.3 冷卻水用量</p><p>　　4.3.4 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)</

75、b></p><p>　　假設(shè)殼程的傳熱系數(shù) </p><p>　　污垢熱阻(根據(jù)表一表二選取)</p><p><b>　　管壁的導(dǎo)熱系數(shù)</b></p><p><b>　　4.4計(jì)算傳熱面積</b></p><p>　　考慮15%的面積裕度， </p&g

76、t;<p><b>　　4.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　4.5.1 管徑和管內(nèi)流速</p><p>　　選用傳熱管(碳鋼),取管內(nèi)流速</p><p>　　4.5.2 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

77、程管計(jì)算,所需的傳熱管長(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)，</p><p>　　則該換熱器管程程數(shù)為</p><p><b>　　傳熱管總根數(shù)</b></p><p>　　4.5.3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)

78、</p><p>　　按單殼程, 2管程結(jié)構(gòu),溫差校正系數(shù)應(yīng)查附圖六——對(duì)數(shù)平均溫度校正系數(shù)。</p><p>　　但的點(diǎn)在圖上難以讀出，因而相應(yīng)以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線，</p><p><b>　　可得</b></p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p>

79、<p>　　4.5.4 傳熱管排列和分程方法</p><p>　　采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角排列,隔板兩惻采用正方形排列.取管心距</p><p><b>　　,則</b></p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù)</p><p>　　4.5.5 殼體內(nèi)徑</p><p>　　

80、采用多管程結(jié)構(gòu),取管板利用率,則殼體內(nèi)徑為</p><p><b>　　圓整可取</b></p><p><b>　　4.5.6 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(nèi)徑的25%,則切去的圓缺高度為</p><p><b>　　,</b>

81、;</p><p><b>　　故可取。</b></p><p><b>　　取折流板間距，</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　可取B為150mm。</p><p><b>　　折流板數(shù) </b&g

82、t;</p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p><p><b>　　4.5.7 接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)熱水流速為，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為25mm。</p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速，則接管內(nèi)徑為&l

83、t;/p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為70mm。</p><p><b>　　4.6換熱器核算</b></p><p>　　4.6.1 熱量核算</p><p>　　4.6.1.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p>　　對(duì)圓缺形折流板,可采用克恩公式</p><p>　　當(dāng)量直徑,

84、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><p>　　4.6.1.2 管程

85、對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p>　　管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>　　4.6.1.3 傳熱系數(shù) K</p><p>　　4.6.1.4 傳熱面積 S</p&

86、gt;<p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積</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>　　4.6.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力</p><p>　　4.6.2.1 管程流動(dòng)阻力</p><p><b>　　, , <

87、/b></p><p><b>　　, </b></p><p>　　由，傳熱管相對(duì)粗糙度，查圖——摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)及相對(duì)粗糙度的關(guān)系得，流速，，</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　4.6.

88、2.2 殼程阻力</p><p><b>　　,.15 </b></p><p><b>　　流體流經(jīng)管束的阻力</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p><b>　　，<