化工原理課程設(shè)計--列管式換熱器設(shè)計

1、<p>　　列管式換熱器設(shè)計說明書</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、方案簡介·····················

2、;····································

3、83;······3</p><p>　　方案設(shè)計·························

4、83;····································&

5、#183;·4</p><p>　　確定設(shè)計方案······························

6、;·······························4</p><p>　　確定物性數(shù)據(jù)

7、83;····································&

8、#183;·······················4</p><p>　　計算總傳熱系數(shù)·······

9、3;····································&#

10、183;··············4</p><p>　　計算傳熱面積·················

11、····································

12、3;·······5</p><p>　　工藝結(jié)構(gòu)尺寸························&#

13、183;····································

14、5</p><p>　　換熱器核算································

15、;·······························7</p><p>　　設(shè)計結(jié)果一覽表&#

16、183;····································

17、·····················10</p><p>　　對設(shè)計的評述··········

18、83;····································&

19、#183;············11</p><p>　　附圖（主體設(shè)備設(shè)計條件圖）（詳情參見圖紙）················&

20、#183;················</p><p>　　參考文獻(xiàn)···············&#

21、183;····································

22、············12</p><p>　　主要符號說明···················

23、83;····································&

24、#183;···12</p><p>　　附圖····························&#

25、183;····································

26、·········</p><p><b>　　一、方案簡介</b></p><p>　　本設(shè)計任務(wù)是利用冷流體（水）給硝基苯降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產(chǎn)中用到的列管式換熱器.</p><p>　　選

27、擇換熱器時,要遵循經(jīng)濟(jì),傳熱效果優(yōu),方便清洗,復(fù)合實(shí)際需要等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡單、堅固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設(shè)計基礎(chǔ)。</p>&l

28、t;p><b>　　二、方案設(shè)計</b></p><p>　　某廠在生產(chǎn)過程中，需將硝基苯液體從93℃冷卻到50℃。處理能力為1×105噸/年。冷卻介質(zhì)采用自來水，入口溫度27℃，出口溫度37℃。要求換熱器的管程和殼程的壓降不大于10kPa。試設(shè)計能完成上述任務(wù)的列管式換熱器。（每年按300天，每天24小時連續(xù)運(yùn)行）</p><p><b>

29、　　1．確定設(shè)計方案 </b></p><p>　?。?）選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：</p><p>　　熱流體進(jìn)口溫度93℃，出口溫度50℃冷流體。</p><p>　　冷流體進(jìn)口溫度27℃，出口溫度37℃。</p><p>　　從兩流體溫度來看，估計換熱器的管壁溫度和殼體

30、壁溫之差不會很大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。</p><p>　　（2）流動空間及流速的確定 </p><p>　　由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，硝基苯走殼程。另外，這樣的選擇可以使硝基苯通過殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時，在此選擇逆流。選用ф25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/ｓ。 </p><p><b

31、>　　2、確定物性數(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>　　殼程硝基苯的定性溫度為：</p><p>　　管程流體的定性溫度為： </p><p>　　根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 </p><p>　　硝基苯在71.5℃

32、下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： </p><p>　　密度　　 ρo=1154 kg/m3</p><p>　　定壓比熱容　 cpo=1.558kJ/(kg·℃)</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)　　 λo=418.4×30.9×10-5＝0.129 W/(m·℃)</p><p>　　粘度　　 μ

33、o=0.000979 Pa·s</p><p>　　冷卻水在32℃下的物性數(shù)據(jù)： </p><p>　　密度　　 ρi=994.3kg/m3</p><p>　　定壓比熱容　 cpi=4.24 kJ/(kg·℃)</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)　　 λi=0.618 W/(m·℃)</p>&

34、lt;p>　　粘度　　　　 μi=0.000818 Pa·s</p><p>　　3．計算總傳熱系數(shù) </p><p><b>　?。?）熱流量 </b></p><p>　　Wo=1×105×1000÷300÷24≈13889kg/h</p><p>　　Qo=W

35、ocpoΔto=13889×1.558×(93-50)=930479.7 kJ/h=258.5 kW</p><p>　?。?）平均傳熱溫差 </p><p><b>　　（3）冷卻水用量 </b></p><p>　?。?）總傳熱系數(shù)K </p><p><b>　　管程傳熱系數(shù) <

36、/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·℃)； </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=4

37、5 W/(m·℃)</p><p><b>　　4、計算傳熱面積 </b></p><p>　　考慮 15％的面積裕度，S=1.15×S''=1.15×19.24=22.12m2</p><p><b>　　5、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 </b></p><p>　

38、　（1）管徑和管內(nèi)流速及管長 </p><p>　　選用ф25×2.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=0.5m/s，選用管長為3m</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>　　按單程管計算其流速為</p><p>　　按單管程設(shè)

39、計，流速過小，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。則該換熱器管程數(shù)為</p><p><b>　　(管程)</b></p><p>　　傳熱管總根數(shù) N=94 (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，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正

40、系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表?？傻?lt;/p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><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

41、過管束中心線的管數(shù)</p><p>　　得到各程之間可排列11支管，即正六邊形可排6層。則實(shí)際排管數(shù)設(shè)為102根，其中4根拉桿，則實(shí)際換熱器為98根</p><p><b>　?。?）殼體內(nèi)徑 </b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η＝0.7，則殼體內(nèi)徑為 </p><p>　　圓整可取D＝400mm

42、 </p><p><b>　?。?）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h＝0.25×400＝100mm，故可取h＝100 mm。 </p><p>　　取折流板間距B＝0.5D，則B＝0.3×400＝200mm，可取B為200。 </p&g

43、t;<p>　　折流板數(shù) NB=傳熱管長/折流板間距-1=3000/200-1=14(塊)</p><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)硝基苯流速為 u＝1..0 m/s，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　

44、取標(biāo)準(zhǔn)管徑為108 mm×11mm。 </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，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　取ф76mm×6.5mm無縫鋼管。</p><p><b>　　6．換熱器核算 </b></p><p><b>　?。?）熱量核算 &

45、lt;/b></p><p>　?、贇こ虒α鱾鳠嵯禂?shù) 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 </p><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)

46、 </b></p><p><b>　　粘度校正 </b></p><p>　　②管程對流傳熱系數(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>　

47、　普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>　　③傳熱系數(shù)K</b></p><p><b>　?、軅鳠崦娣eS</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

48、完成生產(chǎn)任務(wù)。 </p><p>　?。?）換熱器內(nèi)流體的壓力降 </p><p><b>　　①管程流動阻力 </b></p><p>　　∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp</p><p>　　Ns=1, Np=2, Ft=1.5</p><p>　　由Re＝10064.6，傳熱管相對粗

49、糙度0.01/20＝0.005，查莫狄圖得λi＝0.037 W/m·℃， </p><p>　　流速ui＝0.414m/s，ρ＝994 .3kg/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&

50、gt;<p>　　流體流過折流板缺口的阻力 </p><p>　　殼程壓力降也比較適宜。 </p><p><b>　　三、設(shè)計結(jié)果一覽表</b></p><p><b>　　表格 1</b></p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p>

51、<p>　　《化工原理》，王志魁 編，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　《化工設(shè)備設(shè)計》，潘國呂，郭慶豐 編著，清華大學(xué)出版社，1996.</p><p>　　《化工物性算圖手冊》，劉光啟等 編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　《生物工程專業(yè)課程設(shè)計》，尹亮，黃儒強(qiáng) 編.</p><p>　　《石油