化工原理課程設(shè)計(jì)--換熱器

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 概述1</b></p><p>　　1.1 換熱器的應(yīng)用1</p><p>　　1.2換熱器的常見類型1</p><p>　　1.2.1 固定管板式換熱器1</p><p>　　1.2.2.

2、U型管換熱器2</p><p>　　1.2.3. 浮頭式換熱器2</p><p>　　1.2.4.填料函式換熱器3</p><p>　　1.3新型的換熱器3</p><p>　　1.3.1 螺旋折流板換熱器3</p><p>　　1.3.2 麻花扁管換熱器4</p><p>　　1

3、.3.3 Hitan繞絲花環(huán)換熱器5</p><p>　　1.3.4氣動(dòng)噴涂翅片管換熱器5</p><p>　　2工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)條件6</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案的確定6</p><p>　　2.2.1換熱器類型的選擇6</p><

4、p>　　2.2.2流程安排6</p><p>　　2.3確定物性數(shù)據(jù)7</p><p>　　2.4估算傳熱面積8</p><p>　　2.4.1熱流量8</p><p>　　2.4.2平均傳熱溫差8</p><p>　　2.4.3.傳熱面積9</p><p>　　2.4.4.冷

5、卻水用量10</p><p>　　2.5換熱器的選擇10</p><p>　　2.5.1管徑和管內(nèi)流體流速10</p><p>　　2.5.2殼程流體流速的選擇10</p><p>　　2.5.3管長(zhǎng)及管程數(shù)10</p><p>　　2.5.5主要參數(shù)的核算11</p><p>　　

6、2.6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.6.1殼體13</p><p>　　2.6.2管箱封頭13</p><p>　　2.6.3接管14</p><p>　　2.6.4管箱分程隔板15</p><p>　　2.6.5折流板15</p><p>　　2.7換熱器核算16<

7、/p><p>　　2.7.1傳熱面積核算16</p><p>　　2.7.2壁溫計(jì)算17</p><p>　　2.7.3．換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力18</p><p><b>　　3結(jié)論20</b></p><p>　　4設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論21</p><p&g

8、t;<b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 換熱器的應(yīng)用 </p><p>　　換熱器是化學(xué)、石油化學(xué)及石油冶煉工業(yè)中以及其他一些行業(yè)中廣泛使用的熱量交換設(shè)備，它不僅可以單獨(dú)作為加熱器、冷卻器等使用，而且是一些化工單</p><p>　　表1 傳熱器的結(jié)構(gòu)分類 </p><p>　　元操作的重要附屬設(shè)備

9、，通常在化工的建設(shè)中換熱器投資比例為11%，在煉油廠中高達(dá)40%。</p><p>　　1.2換熱器的常見類型</p><p>　　根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要分為以下四種，見表1。</p><p>　　1.2.1 固定管板式換熱器 </p><p>　　這類換熱器如圖1所示。固定管辦事?lián)Q熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，

10、它的結(jié)余構(gòu)簡(jiǎn)單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼測(cè)清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時(shí)，用使用管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。</p><p>　　圖1 固定管板式換熱器</p><p>　　1.2.2.U型管換熱器</p><p>　　U型管換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只有一塊管板，換熱

11、管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程，如圖2。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型環(huán)熱管由溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一塊管板，密封面少，運(yùn)行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點(diǎn)是管內(nèi)清洗困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束最內(nèi)程管間距大，殼程易短路；內(nèi)程管子壞了不能更換，因而報(bào)廢率較高。此外，其造價(jià)比管定管板式高10%左右。</p><p&

12、gt;　　圖 2 U型管式換熱器</p><p>　　1.2.3. 浮頭式換熱器</p><p>　　浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩端管板之一不與外科固定連接，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環(huán)熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi)管間的清洗。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高

13、；浮頭蓋與浮動(dòng)管板間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。</p><p>　　圖 3 浮頭式換熱器</p><p>　　1.2.4.填料函式換熱器</p><p>　　填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。其特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器

14、簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可能通過填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。</p><p>　　圖4 填料函式換熱器</p><p><b>　　1.3新型的換熱器</b></p><p>　　1.3.1 螺旋折流板換熱器 <

15、;/p><p>　　折流板是提高換熱器工效的重要部件。傳統(tǒng)換熱器中最普遍應(yīng)用的是弓形折流板，由于存在阻流與壓降大、有流動(dòng)滯死區(qū)、易結(jié)垢、傳熱的平均溫差小、振動(dòng)條件下易失效等缺陷，近年來逐漸被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板應(yīng)具有連續(xù)的螺旋曲面。由于加工困難，目前所采用的折流板，一般由若干個(gè)1/4的扇形平面板替代曲面相間連接，形成近似的螺旋面。在折流時(shí)，流體處于近似螺旋流動(dòng)狀態(tài)。相比于弓形折流板，在相同工況下，這樣的

16、折流板（被稱為非連續(xù)型螺旋折流板）可減少壓降45%左右，而總傳熱系數(shù)可提高20%～30%，在相同熱負(fù)荷下，可大大減小換熱器尺寸。</p><p>　　雖然非連續(xù)螺旋折流板的加工技術(shù)比較成熟，在石化行業(yè)也已得到推廣應(yīng)用，但仍存在諸多不足之處。例如，扇形板連接處成非光滑的銳角過渡，對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)的流體存在反壓，流體通過時(shí)的突然轉(zhuǎn)向會(huì)造成能量損失，在螺旋角較大時(shí)能耗更嚴(yán)重；相鄰兩片扇形板空間對(duì)接時(shí)，必須附加角接板才能填補(bǔ)縫

17、隙，既費(fèi)工又廢料，又增大了流體的阻力。相比之下，具有理想螺旋曲面的連續(xù)型螺旋折流板有著更好的傳熱與流動(dòng)特性，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須首先解決其加工難題。螺旋折流板的搭接形式如圖5。</p><p>　　圖5 螺旋折流板的搭接形式</p><p>　　1.3.2 麻花扁管換熱器</p><p>　　麻花扁管換熱器管束由若干麻花狀扁管組成，管束外布有多道鋼箍以增強(qiáng)管束的剛度，

18、鋼箍間設(shè)有阻流圈。由于管子的特殊結(jié)構(gòu)使得管內(nèi)、管外流體同處于螺旋流動(dòng)，兩側(cè)流體的熱交換同時(shí)得以強(qiáng)化。管束外特殊的阻流圈結(jié)構(gòu)克服了管束外測(cè)與殼體內(nèi)側(cè)間傳熱介質(zhì)的短流現(xiàn)象。 麻花扁管的制造包括“壓扁”和“熱扭”兩個(gè)工序。由于管子結(jié)構(gòu)獨(dú)特是管程和殼程同時(shí)處于螺旋流運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了湍流。該換熱器的傳熱系數(shù)叫現(xiàn)有換熱器提高40%，而壓力降幾乎相等，在化工、石化等行業(yè)中應(yīng)用前景廣闊。</p><p>　　特點(diǎn)：改進(jìn)了傳熱，減少了

19、污垢，真正逆流，無振動(dòng)，節(jié)省空間，無折流元件，降低了成本。</p><p>　　1.3.3 Hitan繞絲花環(huán)換熱器</p><p>　　該型換熱器是英國(guó)Cal Gavin Ltd公司開發(fā)的一種新產(chǎn)品,采用一種稱之為Hitan matrix elements的絲狀花內(nèi)插物,可使流體在低速下產(chǎn)生徑向位移和螺旋流相疊加的三維復(fù)雜流動(dòng),可提高誘發(fā)湍流和增強(qiáng)沿溫度梯度方向上的流體擾動(dòng),能在不增加

20、阻力的條件下大大提高傳熱系數(shù)。</p><p>　　圖6 Hitan繞絲花環(huán)換熱器內(nèi)插件</p><p>　　內(nèi)插件不僅可以促進(jìn)管內(nèi)流體形成湍流,同時(shí)可以擴(kuò)大傳熱面積,提高傳熱效率，見圖6。</p><p>　　目前,管內(nèi)內(nèi)插物主要是利用各種金屬的條、帶、片和絲等繞制或扭曲成螺旋形,如麻花鐵、螺旋線、螺旋帶及螺旋片等,或沖成帶有缺口的插入帶。</p>

21、<p>　　英國(guó)Cal Gavin公司研制出了一種叫Heatex的內(nèi)插件。這種內(nèi)插件由一組延伸至管壁的圓芯體組成,它可使管側(cè)傳熱效率提高2~15倍。該公司還開發(fā)了一種叫Hitran的絲網(wǎng)內(nèi)插件,將這種內(nèi)插件用于液體工況,可使管殼式換熱器管程傳熱效率提高25倍,用于氣體工況,可使相應(yīng)值提高5倍。 </p><p>　　與正常流速相比,這種內(nèi)插件使換熱管的防垢能力提高8~10倍。</p>

22、<p>　　1.3.4氣動(dòng)噴涂翅片管換熱器</p><p>　　俄羅斯提出了一種先進(jìn)方法，即氣動(dòng)噴涂法，來提高翅片化表面的性能。其實(shí)質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。</p><p>　　通常在實(shí)踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。</p><p>　　采用在翅片表面噴涂AC-鋁,并添加了24A白色電爐氧化鋁

23、的試驗(yàn)，將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)加以整理,便可評(píng)估翅片底面的接觸阻力。得出的結(jié)論是:氣動(dòng)噴涂翅片的底面的接觸阻力對(duì)效率無實(shí)質(zhì)性影響。氣動(dòng)噴涂法不但可用于成型,還可用來將按普通方法制造的翅片固定在熱換器管子的表面上,也可用來對(duì)普通翅片的底面進(jìn)行補(bǔ)充加固。可以預(yù)計(jì),氣動(dòng)噴涂法在緊湊高效的換熱器生產(chǎn)中將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　2工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)條件

24、</p><p><b>　　冷凝物料：甲苯</b></p><p>　　甲苯入口溫度100℃，出口溫度50℃；</p><p>　　冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度18℃，出口溫度42℃；</p><p>　　允許壓降：≦105Pa；</p><p>　　每年按330天算，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行；<

25、;/p><p>　　處理1.2×106 t/a (a表示年)。 </p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　2.2.1換熱器類型的選擇</p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度100℃，出口溫度50℃；冷流體進(jìn)口溫度18℃，出口溫度42℃，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，

26、估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差不大，滿足，因此初步確定固定管板式換熱器，且不需考慮補(bǔ)償圈。</p><p><b>　　2.2.2流程安排</b></p><p>　　在固定管板式換熱器中，對(duì)于流體流徑的選擇一般可以考慮以下幾點(diǎn)： </p><p>　　(1) 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子。</p&g

27、t;<p>　　(2) 腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便清洗和檢修。 </p><p>　　(3) 壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。 </p><p>　　(4) 飽和蒸氣宜走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。</p><p>　　(5) 被冷卻

28、的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。</p><p>　　(6) 需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，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，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流

29、傳熱系數(shù)。</p><p>　　叢兩物流的操作壓力看，應(yīng)使甲苯走管程，循環(huán)水走殼程。但由于循環(huán)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，甲苯走殼程。</p><p><b>　　2.3確定物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體

30、進(jìn)口溫度的平均值。根據(jù)文獻(xiàn)查得管程循環(huán)水的定性溫度為：</p><p>　　殼程甲苯流體的定性溫度為：</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)。對(duì)甲苯來說，最可靠的物性數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。若不具備此條件，則應(yīng)分別查取定性溫度下甲苯和循環(huán)水的物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　甲苯在75℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)見表2：</p><p

31、>　　表2 甲苯的物性數(shù)據(jù)</p><p>　　循環(huán)冷卻水在30℃下的物性數(shù)據(jù)見表3。</p><p><b>　　表3 水的物性數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　2.4估算傳熱面積</b></p><p><b>　　2.4.1熱流量</b></p>

32、<p>　　考慮到節(jié)假日以及設(shè)備檢修等，把一年的實(shí)際設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間折合為，一年330天，一天24小時(shí)。</p><p><b>　　甲苯流量：</b></p><p><b>　　( 1 )</b></p><p><b>　　代入式1計(jì)算得：</b></p><p&g

33、t;　　2.4.2平均傳熱溫差</p><p>　　按單殼程多管程進(jìn)行計(jì)算，對(duì)逆流傳熱溫度差進(jìn)行校正。</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)1[1]得逆流傳熱溫差為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　代入式2計(jì)算得：</b></p><p>　

34、　而 ( 3 ) </p><p><b>　　代入式3計(jì)算得：</b></p><p><b>　　( 4 )</b></p><p><b>　　代入式4計(jì)算得：</b></p><p

35、><b>　　圖7 溫度效率</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)圖7查得校正系數(shù)為0.89，所以修正后的傳熱溫度差為： </p><p><b>　?。?5 ）</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：</b></p><p>　　2.4.3.傳熱面積&

36、lt;/p><p>　　由文獻(xiàn)，查得循環(huán)水與甲苯之間的傳熱系數(shù)在430-850w/(m2.oC)，初步設(shè)定K=600w/(m2.oC)。</p><p><b>　　估算的傳熱面積為：</b></p><p><b>　?。?6 ）</b></p><p><b>　　式中：</b>

37、;</p><p><b>　　—— 熱流量，；</b></p><p>　　—— 對(duì)數(shù)平均溫差，；</p><p>　　—— 估算的傳熱面積，；</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：</b></p><p>　　2.4.4.冷卻水用量</p><

38、p><b>　?。?7 ）</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：</b></p><p><b>　　2.5換熱器的選擇</b></p><p>　　2.5.1管徑和管內(nèi)流體流速</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)選用Φ25×2.5的傳熱管（碳鋼管），

39、管內(nèi)徑di=0.025-0.0025×2=0.02，取管內(nèi)流速</p><p>　　2.5.2殼程流體流速的選擇</p><p>　　由于甲苯走殼程，流速一般為0.2~1.5m/s，取殼程流體流速為：</p><p>　　2.5.3管長(zhǎng)及管程數(shù)</p><p>　　依據(jù)傳熱內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：</p><

40、p><b>　?。?8 ）</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：</b></p><p>　　按單管程計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為：</p><p><b>　　（ 9 ）</b></p><p><b>　　代入式9計(jì)算得：</b>&l

41、t;/p><p>　　按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=7m，則該換熱器管程數(shù)為：</p><p><b>　?。?10 ）</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：</b></p><p><b>　　熱管總根數(shù)為：</b></p><p&

42、gt;　　N=105×4=420(根） </p><p>　　2.5.4標(biāo)準(zhǔn)換熱器的選擇</p><p><b>　　見表4：</b></p><p><b>　　表4標(biāo)準(zhǔn)換熱器規(guī)格</b></p><p>　　2.5.5主要參數(shù)的核算</p&

43、gt;<p>　　2.5.5.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)式3－22得：</p><p><b>　　（ 11 ）</b></p><p>　　當(dāng)量直徑，依文獻(xiàn)式3－23b得：</p><p><b>　?。?12 ）</b></p><p>

44、;　　將數(shù)據(jù)代入式12計(jì)算得：</p><p><b>　　殼程流通截面積為：</b></p><p>　?。?13 ） </p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式13得：</p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：</p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)為：</b>&

45、lt;/p><p><b>　?。?14 ）</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式14計(jì)算得：</p><p>　　粘度校正系數(shù) ，所以殼程對(duì)流傳熱系數(shù)為：</p><p>　　2.5.5.2 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p>　　按文獻(xiàn)式3－32和式3－33有：</p>&l

46、t;p><b>　?。?15 ）</b></p><p>　　管程流體流通截面積為：</p><p>　　管程流體流速與雷諾數(shù)分別為：</p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)為：</b></p><p>　　管程對(duì)流傳熱系數(shù)為：</p><p><b>　　2.

47、6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.6.1殼體</b></p><p>　　圖8列管式換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸</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。其中，每程內(nèi)的正三角形排列，其優(yōu)點(diǎn)為管板強(qiáng)度高，流體走短路的機(jī)會(huì)少，且管外流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列

48、更多的管子。取管心距t=1.25，則t=1.25×25=31.25≈32(mm)。</p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η=0.7，得殼體內(nèi)徑為：</p><p><b>　　( 16 )</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式16計(jì)算得：</p><p>　　圓整可取 D=900mm。<

49、/p><p><b>　　2.6.2管箱封頭</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)管箱封頭選擇橢圓形標(biāo)準(zhǔn)封頭JB1154—73,如圖9所示。</p><p>　　圖9 橢圓形標(biāo)準(zhǔn)封頭（JB1154—73） </p><p>　　根據(jù)表5可知，長(zhǎng)軸長(zhǎng)等于殼體直徑為Dg=900mm，短軸長(zhǎng)為+=225+40=265mm，壁厚為S

50、=12mm。</p><p>　　表5 橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b>　　2.6.3接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)甲苯流速為 u＝1.0 m/s，則接管內(nèi)徑為： </p><p>　　d=

51、 （ 17 ）</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：</b></p><p>　　經(jīng)圓整采用Φ273mm×9.5mm 熱軋無縫鋼管(GB8163-87) ,取標(biāo)準(zhǔn)管徑為273mm。</p><p>　　查文獻(xiàn)[8]可得殼程進(jìn)出口接管規(guī)格為：D=273mm，b=9.5mm。</p><p>　　

52、管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u＝1.5 m/s，則接管內(nèi)徑為：</p><p>　　d==0.183m </p><p>　　經(jīng)圓整采用Φ194m×7mm 熱軋無縫鋼管( GB8163-87) ,取標(biāo)準(zhǔn)管徑為194mm.</p><p>　　管程進(jìn)出口接管規(guī)格為：D=194mm，b=7mm。 </p><p>　　

53、2.6.4管箱分程隔板</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。其中，每程內(nèi)的正三角形排列，其優(yōu)點(diǎn)為管板強(qiáng)度高，流體走短路的機(jī)會(huì)少，且管外流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多的管子。取管心距t=1.25d0，則t=1.25×25=31.25≈32(mm)。</p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù)為：</p

54、><p><b>　?。?18 ）</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：</b></p><p>　　隔板中心到離其最近一排中心距離，取各程相鄰管的管心距為44mm。</p><p><b>　　2.6.5折流板</b></p><p>　　

55、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>　　取折流板間距 B=0.3D，則B=0.3×900=270mm ，取板間距B=270mm。</p><p>　　折流板數(shù) ( 19 )</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：<

56、;/b></p><p><b>　　2.7換熱器核算</b></p><p>　　2.7.1傳熱面積核算</p><p>　　2.7.1.1 污垢熱阻和管壁熱阻</p><p><b>　　取管外側(cè)污垢熱阻：</b></p><p><b>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱

57、阻：</b></p><p>　　管壁熱阻按文獻(xiàn)式3－34計(jì)算，依表3－11，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50W/m·K。所以：</p><p>　　2.7.1.2傳熱系數(shù)Kc</p><p><b>　　傳熱系數(shù)為：</b></p><p><b>　?。?20 ）</b><

58、;/p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：</b></p><p><b>　　（）</b></p><p>　　2.7.1.3 傳熱面積裕度</p><p>　　計(jì)算傳熱面積Ac為：</p><p><b>　?。?21 ）</b></p>

59、<p>　　將數(shù)據(jù)代入式21得：</p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積Ap為：</p><p><b>　?。?22 ）</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式22得：</p><p>　　該換熱器的面積裕度：</p><p><b>　　( 23 )</b&g

60、t;</p><p><b>　　按式23計(jì)算為：</b></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><b>　　2.7.2壁溫計(jì)算</b></p><p>　　因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁度可按式24計(jì)算。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的

61、進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為了確?？煽浚⊙h(huán)水冷卻進(jìn)口溫度為18℃，出口溫度為42℃計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。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。于是有：</p><p><b>　?。?24 ）</b></p>&l

62、t;p>　　式中液體的平均溫度和氣體平均溫度分別按文獻(xiàn)計(jì)算為： </p><p>　　根據(jù)式24計(jì)算傳熱管平均壁溫為：</p><p>　　殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T＝75℃。</p><p>　　殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為：</p><p>　　該溫差不大，故不需設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。由于換熱器殼體液體壓力較合

63、適，因此，選固定管板式換熱器較為適宜。</p><p>　　2.7.3．換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力</p><p>　　2.7.3.1 管程流體阻力</p><p>　　依文獻(xiàn)式3－47～3－49可得：</p><p><b>　?。?25 ）</b></p><p>　　Ns=1 ，Np=4 ， &

64、lt;/p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　Δ—— 管程總壓力降, Pa; </p><p>　　Δ 、Δ—— 分別為單程直管阻力與局部阻力, Pa ；</p><p>　　—— 污垢校正系數(shù),對(duì)于Φ25mm×2 . 5mm 管子,取 = 1 . 4;對(duì)于?</p><p

65、>　　Φ19mm×2mm 管子, 取 = 1 . 5;這里取 = 1 . 4；</p><p>　　—— 殼程數(shù)，Ns=1 ；</p><p>　　—— 管程數(shù)， Np=4；</p><p><b>　?。?26 ）</b></p><p><b>　　（ 27 ）</b></

66、p><p>　　由=14847.8，傳熱管對(duì)粗糙度，查文獻(xiàn)莫狄圖得＝0.043。莫狄圖見圖10 。</p><p><b>　　圖10 莫狄圖</b></p><p>　　流速u=0.575m/s，ρ＝995.7kg/m3，所以將數(shù)據(jù)代入式25、26、27計(jì)算得：</p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p

67、><p>　　2.7.3.2 殼程阻力</p><p>　　按文獻(xiàn)式3－50～3－54計(jì)算：</p><p><b>　?。?28 ）</b></p><p>　　Ns=1，F(xiàn)s=1.15</p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力：</p><p><b>　?。?29

68、 ）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—— 每一殼程的管子數(shù)目; </p><p><b>　　—— 折流板數(shù)目;</b></p><p>　　F———管子排列方式對(duì)壓力降的校正因數(shù), 對(duì)于正三角形排列, F = 0 . 5; 對(duì)于正方形斜轉(zhuǎn)45&

69、#176;, F = 0 . 4;</p><p>　　—— 殼程流體的摩擦系數(shù),當(dāng)Re> 500 時(shí), = 5.0</p><p>　　;其中, Re= ( deuρ)/ μ;</p><p>　　—— 橫過管束中心線的管數(shù),管子按正三角形排列: = ;管子按正方形排列: ;</p><p><b>　　F＝0.5<

70、/b></p><p>　　NB＝25，u0=0.97m/s</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式29得：</p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力：</p><p><b>　?。?30 ）</b></p><p>　　B＝0.27m，D＝0.9m</p><p>

71、　　將數(shù)據(jù)代入式30 計(jì)算得：</p><p>　　總阻力根據(jù)式28計(jì)算為：</p><p>　　由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體阻力也比較適宜。</p><p><b>　　3結(jié)論</b></p><p>　　通過相關(guān)計(jì)算與選擇，固定管板式換熱器的相關(guān)數(shù)據(jù)如表6:</p><p>

72、;　　表6 固定管板式換熱器的相關(guān)數(shù)據(jù)圖</p><p>　　4設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論</p><p>　　在換熱器的設(shè)計(jì)過程中,我感覺我的理論運(yùn)用于實(shí)際的能力得到了提升，主要有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　在計(jì)算方面，這是設(shè)計(jì)第一階段的主要任務(wù)，數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性直接影響到后面的各階段，這就需要我們具有極大的耐心。從拿到原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)到確定最終參數(shù)，持續(xù)了將

73、近一周，確定需要求的參數(shù)，查質(zhì)料找公式，標(biāo)準(zhǔn)值等，一步一步計(jì)算。 </p><p>　　在查找資料方面，通過本次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了根據(jù)工藝過程的條件查找相關(guān)資料，并從各種資料中篩選出較適合的資料，根據(jù)資料確定主要工藝流程，主要設(shè)備，以及如何計(jì)算出主要設(shè)備及輔助設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)及數(shù)據(jù)。通過課程設(shè)計(jì)可以鞏固對(duì)主體設(shè)備圖的了解，以及學(xué)習(xí)到工藝流程圖的制法。對(duì)化工原理設(shè)計(jì)的有關(guān)步驟及相關(guān)內(nèi)容有一定的了解。通過本次設(shè)計(jì)熟悉了化工

74、原理課程設(shè)計(jì)的流程，加深了對(duì)冷卻器設(shè)備的了解。在設(shè)計(jì)的過程培養(yǎng)了大膽假設(shè)，小心求證的學(xué)習(xí)態(tài)度。</p><p>　　耐心、細(xì)心、決心——是本次課程設(shè)計(jì)最大的感受。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]夏清,賈紹義. 化工原理（上冊(cè)） （第二版）[M]. 天津：天津大學(xué)出版社. 2012, 383-353.&

75、lt;/p><p>　　[2]夏清,賈紹義. 化工原理（上冊(cè)） （第二版）[M]. 天津：天津大學(xué)出版社. 2012, 238.</p><p>　　[3]夏清,賈紹義. 化工原理（上冊(cè)） （第二版) [M]. 天津：天津大學(xué)出版社. 2012, 564.</p><p>　　[4]李芳. 化工原理及設(shè)備課程設(shè)計(jì) （第二版）[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 2011,

76、4.</p><p>　　[5]匡國(guó)柱,史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) （第二版）[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社.2007,72</p><p>　　[6]匡國(guó)柱,史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) （第二版）[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社.2007,74.</p><p>　　[7]潘永亮.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第二版）[M] 北京：科學(xué)出版社.2007,141.<

77、/p><p>　　[8]夏清,賈紹義. 化工原理（上冊(cè)） （第二版）[M]. 天津：天津大學(xué)出版社. 2012, 252. </p><p>　　[9]匡國(guó)柱,史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) （第二版）[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社.2007,75.</p><p>　　[10]匡國(guó)柱,史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) （第二版）[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社.2007,