化工原理課程設(shè)計--管殼式換熱器的設(shè)計

1、<p>　　列管式換熱器的工藝設(shè)計說明書</p><p>　　題 目: 列管式換熱器的工藝設(shè)計和選用 </p><p>　　課 程 名 稱: 化工原理課程設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè): 化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　班

2、 級: </p><p>　　學(xué) 生 姓 名: </p><p>　　學(xué) 號: </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師: </p><p>　　設(shè)計起止時間：2012 年1月1日至2012 年 1月13日</p><

3、;p>　　設(shè)計題目：列管式換熱器的工藝設(shè)計和選用</p><p><b>　　一、 設(shè)計條件</b></p><p>　　煉油廠用循環(huán)水將煤油油從230℃冷卻到120℃。柴油流量位28700kg/h；循環(huán)水初溫為22℃，經(jīng)換熱后升溫到46℃。換熱器的熱損失可忽略。管、殼程阻力壓降不大于100kPa。試設(shè)計能完成上述任務(wù)的列管式換換熱器。</p>&

4、lt;p>　　二、 設(shè)計說明書的內(nèi)容</p><p>　　1、設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù)；</p><p><b>　　2、目錄；</b></p><p>　　3、設(shè)計方案的確定；</p><p>　　4、工藝計算及主體設(shè)備設(shè)計；</p><p>　　5、輔助設(shè)備的計算及選型；（主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)

5、果等）；</p><p>　　6、設(shè)計結(jié)果概要或設(shè)計結(jié)果匯總表；</p><p>　　7、參考資料、參考文獻(xiàn)；</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計任務(wù)及設(shè)計條件………………………………………………………………………….3</p><p>　　設(shè)計方案……………………

6、……………………………………………………………………………3</p><p>　　換熱器類型選擇………………………………………………………………………………………….3</p><p>　　流程選擇…………………………………………………………………………………………………...3</p><p>　　流向選擇……………………………………………………………………………

7、……………………….3</p><p>　　確定物性數(shù)據(jù)………………………………………………………………………………………….3</p><p>　　估算傳熱面積………………………………………………………………………………………….3</p><p>　　工藝結(jié)構(gòu)尺寸計算…………………………………………………………………………………3</p><

8、p>　　管徑及管內(nèi)流速選擇…………………………………………………………………………….3</p><p>　　傳熱管數(shù)和傳熱管程數(shù)…………………………………………………………………………4</p><p>　　平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)………………………………………………………………….5</p><p>　　傳熱管排列和分程方法…………………………………………

9、……………………………….5</p><p>　　殼體內(nèi)徑…………………………………………………………………………………………………5</p><p>　　折流板…………………………………………………………………………………………………….5</p><p>　　其他主要附件…………………………………………………………………………………………6</p>

10、<p>　　接管………………………………………………………………………………………………………..6</p><p>　　壁厚的確定、封頭………………………………………………………………………………….7</p><p>　　換熱器核算……………………………………………………………………………………………….7</p><p>　?。ㄒ唬?熱流量核算……

11、……………………………………………………………………………………7</p><p>　　1.殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)核算……………………………………………………………………………..8</p><p>　　2.管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)核算……………………………………………………………………………..8</p><p>　　3.污垢熱阻………………………………………………………………

12、……………………………………..9</p><p>　　4.傳熱面裕度…………………………………………………………………………………………………9</p><p>　　（二）傳熱管壁溫及殼體壁溫計算…………………………………………………………………9</p><p>　?。ㄈ┳枇τ嬎恪?10&l

13、t;/p><p>　　1.管程流體阻力計算…………………………………………………………………………………….10</p><p>　　2.殼程流體阻力計算…………………………………………………………………………………….10</p><p>　　七．換熱器主要計算結(jié)果匯表………………………………………………………………………11</p><p>

14、　　八．主要符號說明…………………………………………………………………………………………….11</p><p>　　九．換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸圖和管子布置圖………………………………………………12</p><p>　　十．參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………………………..15</p><p>　　一．設(shè)計任務(wù)及設(shè)計條件：</

15、p><p>　　用循環(huán)冷卻水將流量為28700Kg/h的煤油從230℃降至120℃，冷卻水為清凈河水，進(jìn)口溫度22℃，選定冷卻水出口溫度46℃，設(shè)計一臺列管換熱器完成冷卻任務(wù)。</p><p><b>　　二．設(shè)計方案：</b></p><p><b>　　確定換熱器類型：</b></p><p>　　

16、兩流體溫度變化情況：熱流體230℃—120℃；冷流體22℃—46℃.估計該換熱器管壁溫和殼壁溫相差較大，因此初步確定選定浮頭管板式換熱器。</p><p><b>　　流程安排：</b></p><p>　　河水容易結(jié)垢，應(yīng)走管程，煤油為被冷卻介質(zhì)，為便于散熱應(yīng)走殼程。</p><p>　　流向選擇：一次交叉流，即管程流體橫向流動，殼程流體垂直

17、管子流動。</p><p><b>　　三．確定物性數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　定性溫度：殼程流體定性溫度為℃； 管程流體定性溫度：℃</p><p>　　殼程流體在定性溫度下數(shù)據(jù)： </p><p>　　密度：= 710Kg/</p><

18、;p>　　定壓比熱容：=2.60Kj/（Kg.℃）</p><p>　　熱導(dǎo)率： =0.13w/（m.k）</p><p>　　黏度：=0.32m.s</p><p>　　管程流體在定性溫度下數(shù)據(jù)：</p><p>　　密度：=994.3 Kg/</p><p>　　定壓比熱容：=4.174 Kj/（Kg.℃）&

19、lt;/p><p>　　熱導(dǎo)率： =0.624 w/（m.k）</p><p>　　黏度：=0.742 m.s </p><p><b>　　四．估算傳熱面積</b></p><p>　　熱流量Q= =28700X2.60X（230-120）=2280.1Kw</p><p>　　平均傳熱溫差=136

20、.5K</p><p>　　假設(shè)K取則估算的傳熱面積為 Ap= </p><p>　　總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值見表3-4，有關(guān)手冊中也列有其他情況下的總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值，可供設(shè)計時參考。選擇時，除要考慮流體的物性和操作條件外，還應(yīng)考慮換熱器的類型。</p><p>　　表3-4 總傳熱系數(shù)的選擇</p><p&g

21、t;<b>　　冷卻水用量：</b></p><p><b>　　五．工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　1.管徑及管內(nèi)流速：選取Φ=25X2.5mm碳鋼管；管內(nèi)水流速u=2m/S;</p><p>　　2.傳熱管數(shù)和傳熱管程數(shù):</p><p><b>　　根</b>&

22、lt;/p><p><b>　　按單管程計算管長</b></p><p>　　按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，根據(jù)本設(shè)計實際情況，現(xiàn)取傳熱管管長l=6m,則該換熱器的管程數(shù)（管程）；傳熱管總管數(shù)（根）</p><p>　　3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　按雙管程，單殼程結(jié)構(gòu)查得</p>

23、;<p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　由于平均傳熱溫差較大，故采用單殼程合適</p><p>　　4.傳熱管排列和分程方法：采用組合排列法，即每程內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用矩形排列。取管心距t=1.25do=1.25X2.5 32mm；隔板中心到離其最近一排管中心距離按式計算 各管程相鄰管管心距為4

24、4mm </p><p><b>　　5.殼體內(nèi)徑</b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按式計算。取管板利用率=0.75則殼體內(nèi)徑為</p><p>　　按卷制殼體的進(jìn)檔級，圓整取400mm</p><p><b>　　6．折流板</b></p><p>

25、　　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>　　h=0.25X400mm=100mm 折流板間距按我國系列標(biāo)準(zhǔn)取B=300mm</p><p>　　折流板數(shù)=傳熱管長/折流板間距=6000/300-1=19塊</p><p><b>　　常見折流板示意圖</b></p>&

26、lt;p>　　折流板厚度與殼體內(nèi)徑及折流板間距有關(guān)見表5.5.1所列數(shù)據(jù)。</p><p>　　表5.5.1. 折流板厚度/ mm</p><p>　　查表得折流板厚度為5mm折流板圓缺面水平裝配.</p><p><b>　　7．其他主要附件</b></p><p>　　在殼程入口處設(shè)置防沖擋板，本換熱器換熱管

27、外徑為25mm，拉桿直徑16mm，共4根拉桿</p><p><b>　　分程隔板</b></p><p>　　經(jīng)查表，分程隔板的尺寸如下表：</p><p>　　其他：容器法蘭和進(jìn)出口法蘭及底座可根據(jù)容器設(shè)計規(guī)范取用。</p><p><b>　　8．接管</b></p><p

28、>　　管程流體出口接管：取接管內(nèi)流速u1=2 m/s則接管內(nèi)徑為</p><p><b>　　圓整取130mm</b></p><p>　　殼程流體出口接管：取接管內(nèi)流速u2=1.8 m/s則接管內(nèi)徑為</p><p><b>　　圓整取90mm</b></p><p>　　9.壁厚的確定、封

29、頭</p><p>　　查GB151-99P21表8得圓筒厚度為：6 mm</p><p>　　查JB/T4737-95，橢圓形封頭與圓筒厚度相等，即6mm</p><p>　　橢圓形封頭示意圖如下：</p><p>　　查表可得其尺寸數(shù)據(jù)，見下表</p><p><b>　　六．換熱器核算</b>

30、;</p><p><b>　?。ㄒ唬?熱流量核算</b></p><p>　　1.殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p>　　采用弓形折流板時殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算式</p><p><b>　　當(dāng)量直徑</b></p><p><b>　　則</b><

31、;/p><p><b>　　則</b></p><p>　　2.管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p><b>　　管內(nèi)實際流速</b></p><p><b>　　3.污垢熱阻</b></p><p>　　Ri=0.00021 ；Ro=0.000176 <

32、/p><p><b>　　Rw=</b></p><p><b>　　則：傳熱系數(shù)Kc</b></p><p><b>　　傳熱面裕度</b></p><p><b>　　計算傳熱面積</b></p><p><b>　　實際

33、傳熱面積</b></p><p>　　該換熱器面積裕度計算式為</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>　　（二）傳熱管和殼體壁溫計算</p><p>　　因為管壁很薄，管壁熱阻很小，可以忽略，管內(nèi)外側(cè)溫差很小。管內(nèi)側(cè)污垢熱阻比管外側(cè)污垢熱阻大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之

34、差，但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管壁溫之差可能相差較大，計算中應(yīng)按最不利操作條件考慮，因此取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。又考慮到冬季操作時，循環(huán)水進(jìn)口溫度會降低，為確?？煽?，取循環(huán)水進(jìn)口溫度為17℃，出口溫度為46℃計算傳熱管壁溫。</p><p>　　傳熱管壁溫平均溫差計算式</p><p><b>　　℃</b></p><p&g

35、t;<b>　　℃</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　則℃</b></p><p>　　殼體內(nèi)壁溫近似取殼體流體平均溫度T=Tm=164℃</p><p>　　則殼體內(nèi)壁溫與傳熱管平均壁溫之差為=164-42.88=121.12℃該溫差

36、很大，需加溫度補(bǔ)償裝置，選浮頭式換熱器為宜。</p><p>　?。ㄈQ熱器內(nèi)流體阻力計算</p><p>　　1.管程流體阻力計算公式</p><p>　　本換熱器設(shè)計中 ，由，傳熱管相對粗糙度，查莫迪圖得，u=1.98m/s， Kg/</p><p><b>　　所以</b></p><

37、p>　　管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　2.殼程流體阻力</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　正三角形排列時，F(xiàn)=0.5 本換熱器設(shè)計中，，, </p><p>　　B=300mm,D=400mm， 則</p>

38、<p>　　小于工程允許值，阻力適宜</p><p>　　七 換熱器主要計算結(jié)果匯總</p><p><b>　　八．主要符號說明</b></p><p>　　九．換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸圖和管子布置圖</p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸示意圖</p><p><b>　　管

39、子布置示意圖</b></p><p><b>　　組合排列方法</b></p><p>　　S1=32mm，S2=27.713mm,S=22mm</p><p><b>　　十．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》 第二版 匡國柱 史啟才主編 化學(xué)工業(yè)