課程設(shè)計(jì)--列管式換熱器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目 列管式換熱器的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 化工工藝07-1班 </p>

2、<p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2010年5月25日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)…. …………………………………………...……….......…….........3</p><p>　　摘要

3、…. ……………………………………………………………...............4</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　§1.1化工原理課程設(shè)計(jì)的目的、要求 ……………………………............5</p><p>　　§1.2 傳熱在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用………………………………..

4、......................6</p><p>　　§1.3傳熱的基本方式 ……………………………………………….......6</p><p>　　§1.4典型的換熱設(shè)備 .……..………………………………………......6</p><p>　　§1.5傳熱設(shè)備的選型 ……………………………………

5、……………...8</p><p>　　§1.6 符號(hào)的說(shuō)明 ………………………………………………................8</p><p>　　§1.7 流程簡(jiǎn)圖 …………………………………………………….......9</p><p>　　第二章 換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　§2

6、.1 選擇水的出口溫度 ……………………………………...</p><p>　　§2.2 確立設(shè)計(jì)方案 ………………………...</p><p>　　§2.3 估算傳熱面積 ……………………...</p><p>　　§2.4 確定標(biāo)準(zhǔn)工藝結(jié)構(gòu)尺寸…………………………….</p><p>　　&#

7、167;2.5校核傳熱系數(shù)K…………………………….</p><p>　　§2.6校核平均溫差…………………………….</p><p>　　§2.7校核傳熱面積……………………………</p><p>　　§2.8校核流體壓力降……………………………</p><p>　　第三章 換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p>

8、<p>　　§3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)思路 ……………………………………...</p><p>　　§3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程 …………………………….</p><p>　　§3.3 優(yōu)化程序 ……………………………….</p><p>　　§3.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果 …………………………………………..<

9、;/p><p>　　第四章 換熱器的工藝結(jié)構(gòu)尺寸確定</p><p>　　§4.1 換熱管的排列與分程辦法 ……………………………..</p><p>　　§4.2 設(shè)計(jì)接管 ………………………………………</p><p>　　第五章 主要設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算及校核</p><p>　　§5.1強(qiáng)度計(jì)

10、算及校核主要公式 ………………………………………</p><p>　　§5.2 換熱器（內(nèi)壓容器）…………………………………….</p><p><b>　　第六章 總結(jié)</b></p><p>　　§6.1數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果匯總 ……………………………………………..</p><p>　　

11、7;6.2設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) ………………………………………………………..</p><p>　　§6.3心得體會(huì) ……………………………………………………….</p><p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………...</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><

12、;p>　　專業(yè)：化學(xué)工程與工藝 班級(jí)：工藝07-1班 姓名：汪曉巧</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：列管式換熱器設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2010.05.10-2010.05.30</p><p><b>　　指導(dǎo)老師：何兵</b></p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：年處理噸煤油的煤油冷卻器</p&g

13、t;<p>　　設(shè)備型式 列管式換熱器。</p><p><b>　　操作條件</b></p><p>　?、?煤油：入口溫度140℃，出口溫度40℃</p><p>　?、?冷卻介質(zhì)：自來(lái)水，入口溫度30℃</p><p>　?、?允許壓強(qiáng)降：不大于105Pa</p><p>　

14、?、?每年按330天計(jì)算，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)算</p><p>　?、?設(shè)備最大承受壓力：P=2.5Mpa</p><p>　?、拭河投ㄐ詼囟认碌奈镄詳?shù)據(jù)：密度為825kg/m3，粘度為</p><p>　　Pa·s，比熱容為2.22kJ/（kg·℃），導(dǎo)熱系數(shù)為0.14W/（m·℃）</p><p><b

15、>　　設(shè)計(jì)報(bào)告：</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份</b></p><p>　　主體設(shè)備總裝圖（1#圖紙）一張，帶控制點(diǎn)工藝流程圖（3#圖紙）一張</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　傳熱是重要的化工單元操作，在科學(xué)技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)和日常生

16、活中都具有重要的作用，在工業(yè)中采用換熱器進(jìn)行物料的冷卻或加熱。</p><p>　　換熱器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。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)年處理噸煤油的煤油冷卻器，設(shè)備類型為列管換熱

17、器，設(shè)計(jì)工作包括工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，冷卻介質(zhì)水的出口溫度的計(jì)算機(jī)編程優(yōu)化、換熱器工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算；對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度校核；并采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪制了工藝流程圖和換熱器的裝配圖。</p><p><b>　　第一章 概 述</b></p><p>　　§1.1化工原理課程設(shè)計(jì)的目的、要求</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是化工原理課程教學(xué)中綜

18、合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問(wèn)題復(fù)雜性的初步嘗試。通過(guò)化工原理課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基礎(chǔ)知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計(jì)的主要程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還可以使學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)

19、真、高度負(fù)責(zé)的科學(xué)作風(fēng)。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是學(xué)生展示創(chuàng)新能力的有益實(shí)踐。在設(shè)計(jì)中需要學(xué)生做出決策，即自己確定方案、選擇流程、查閱資料、進(jìn)行過(guò)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(guò)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、增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的環(huán)節(jié)。</p><p>　　通過(guò)課程設(shè)計(jì)，應(yīng)該提高以下幾方面的能力：</p&g

20、t;<p>　?。?）熟悉查閱文獻(xiàn)資料、搜索有關(guān)數(shù)據(jù)、正確選用公式。當(dāng)缺乏必要數(shù)據(jù)時(shí)，尚需通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定或到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際查定。</p><p>　?。?）在兼顧技術(shù)上先進(jìn)性、可行性，經(jīng)濟(jì)上合理性的前提下，綜合分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進(jìn)行設(shè)備選型，并提出保證過(guò)程正常、安全運(yùn)行所需要的檢測(cè)和計(jì)量參數(shù)，同時(shí)還要考慮改善勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的有效措施。</p><p>　?。?/p>

21、3）準(zhǔn)確而迅速地進(jìn)行過(guò)程計(jì)算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　?。?）用精煉的語(yǔ)言、簡(jiǎn)潔的文字、清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　§1.2 傳熱在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用</p><p>　　有溫差的地方就有熱量傳遞的存在，因此，熱量傳遞是自然界中普遍存在的物理現(xiàn)象，在科學(xué)技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都具有重要的作用。<

22、;/p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，傳熱是最廣泛應(yīng)用的單元操作之一。一般來(lái)說(shuō)，傳熱過(guò)程總是與其他單元操作結(jié)合在一起的，或者作為另一單元操作的一部分，也可以作為進(jìn)一步加工的預(yù)處理。</p><p>　　化工生產(chǎn)中對(duì)傳熱的要求一般可歸納為：</p><p>　　強(qiáng)化傳熱：在傳熱設(shè)備中加熱或冷卻物料，控制熱量并以所期望的方式傳遞，使其達(dá)到指定的溫度。</p>&l

23、t;p>　　削弱傳熱：對(duì)設(shè)備或管道進(jìn)行保溫，減小熱損失。</p><p>　　§1.3 傳熱的基本方式</p><p>　　根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，傳熱可分為熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱、熱輻射三種。</p><p><b>　　熱傳導(dǎo)</b></p><p><b>　　對(duì)流傳熱</b></

24、p><p><b>　　熱輻射</b></p><p>　　§1.4 典型的換熱設(shè)備</p><p>　　工程上實(shí)現(xiàn)熱量交換的途徑有三種：一種是直接混合式換熱，即冷熱介質(zhì)直接接觸，在混合的過(guò)程中進(jìn)行換熱；一種是蓄熱式，其特點(diǎn)是冷熱流體間的熱交換是通過(guò)對(duì)蓄熱體的周期性加熱和冷卻實(shí)現(xiàn)的。在換熱過(guò)程中冷熱流體之間會(huì)有一定程度的混合，但工業(yè)生產(chǎn)中

25、往往不允許兩種流體相互混合，故工程中常用的為間壁式換熱器。該換熱器中，參與傳熱的兩種流體被隔開在固體間壁的兩側(cè)，冷熱流體在不直接接觸的條件下通過(guò)固體間壁進(jìn)行熱量的交換，熱流體將熱量傳給固體間壁，再由間壁把熱量傳給冷流體。間壁式換熱器的種類很多，有如下多種。</p><p><b>　　(1)夾套式換熱器</b></p><p><b>　　(2)套管式換熱器

26、</b></p><p><b>　　(3)蛇管式換熱器</b></p><p><b>　　(4)板式換熱器</b></p><p><b>　　(5)板翅式換熱器</b></p><p>　　(6)螺旋板式換熱器</p><p><

27、b>　　(7)空冷式換熱器</b></p><p><b>　　(8)熱管</b></p><p><b>　　(9)列管式換熱器</b></p><p>　　列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的換熱器設(shè)備，它與前幾種換熱器相比較，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造較容易、操作彈性較大等優(yōu)點(diǎn)，更重

28、要的是單位體積所具有的傳熱面積大且傳熱效果好，尤其適用于高壓、高溫和大型裝置中使用。</p><p>　?、?固定管板式換熱器</p><p>　　固定管板式換熱器主要由殼體、管板、管束、封頭和折流板等部件組成，其兩端管板和殼體制成一體，管束兩端采用脹接法或焊接法固定在管板上。該類換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，但殼程清洗和檢修困難，因此一般要求殼程流體必須是清潔而不易結(jié)垢的物料。&l

29、t;/p><p><b>　　② 浮頭式換熱器</b></p><p>　　這種換熱器有一端管板不與殼體相連，可沿軸向自由伸縮。這種結(jié)構(gòu)不但可完全消除熱應(yīng)力，而且在清洗和檢修時(shí)，整個(gè)管束可以從殼體中抽出。因此，盡管其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)較高，但應(yīng)用仍很普遍。</p><p><b>　?、?U型管式換熱器</b></p>

30、;<p>　　U型管式換熱器的每根管子都彎成U形，流體進(jìn)出口安裝在同一端兩側(cè)，封頭內(nèi)用隔板分成兩室。由于每根管子的兩端固定在同一塊管板上，因此每根管子皆可自由伸縮，與其他管子與殼體無(wú)關(guān)，從而解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。</p><p>　　§1.5傳熱設(shè)備的選型</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的是帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。</p><p>　　操作時(shí)

31、，管壁溫度是管程與殼程共同控制的，而殼壁溫度只與殼程流體有關(guān)，與管程流體無(wú)關(guān)。管壁與殼壁溫度不同，二者線膨脹不同，又因整體是固定結(jié)構(gòu)的，必產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力大時(shí)可能使管子壓彎或把管子從管板處拉脫。所以冷熱流體溫差超過(guò)50℃時(shí)應(yīng)有減小熱應(yīng)力的措施，稱“熱補(bǔ)償”。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)由于冷熱流體溫差超過(guò)了50℃，所以需加膨脹節(jié)，當(dāng)殼體與管束之間有溫差時(shí)，依靠補(bǔ)償圈的彈性變形來(lái)適應(yīng)它們之間不同的熱膨脹。<

32、;/p><p><b>　　§1.6 符號(hào)說(shuō)明</b></p><p>　　ρ—流體的密度，kg/ α―對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m²·℃)</p><p>　　μ—流體的粘度，Pa·s Δ—溫度差損失，℃</p><p>　　—流體的比

33、熱容，kJ/(kg·℃) Re―雷諾數(shù)</p><p>　　λ—流體的熱導(dǎo)率，W/(m·℃) R―污垢熱阻，（m²·℃)/W</p><p>　　― 管子的熱導(dǎo)率，W/(m·℃) Ft―結(jié)垢矯正系數(shù)</p><p>　　T—煤油的溫度，℃

34、 F―壓降矯正因數(shù)　 </p><p>　　t—水的溫度，℃ Pr―普朗特?cái)?shù) </p><p>　　Q―熱流量，kW </p><p>　　W―流體的質(zhì)量流量，kg/h ―溫差矯正因數(shù)</p><

35、p>　　v―流體的體積流量，m³/h 標(biāo)注：1,2―進(jìn)出口的標(biāo)號(hào)　</p><p>　　u―流體的流速，m/s i―內(nèi)側(cè) </p><p>　　K―總傳熱系數(shù)，W/（m²·℃) o―外側(cè)</p><p>　　ΔP―流程壓降

36、，Pa m―平均</p><p>　　D―殼體內(nèi)徑，m </p><p><b>　　―殼程接管內(nèi)徑，m</b></p><p>　　―管程接管內(nèi)徑 ,m </p><p><b>　　d―管子的直徑，m</b></p

37、><p><b>　　b―管子的壁厚，m</b></p><p>　　L―傳熱管的長(zhǎng)度，m</p><p><b>　　n―傳熱管的根數(shù)</b></p><p><b>　　―殼程數(shù)</b></p><p><b>　　―管程數(shù)</b>

38、</p><p><b>　　S―傳熱面積，m²</b></p><p><b>　　Pt―管心距，m</b></p><p>　　h―折流板圓缺高度，m</p><p><b>　　B―折流板間距,m</b></p><p>　　J―列管換熱

39、器的總費(fèi)用，元/a</p><p>　　E―按單位傳熱面積計(jì)的功率損失，kW/m²</p><p>　　θ―工作時(shí)間，h/a</p><p>　　C―單位動(dòng)力費(fèi)，元/(kW·h)</p><p>　　―單位質(zhì)量換熱介質(zhì)的費(fèi)用，元/kg</p><p>　　―列管換熱器的壓力矯正因數(shù)</p>

40、;<p>　　―列管換熱器的材料矯正因數(shù)　</p><p>　　a、b―換熱器回歸系數(shù)</p><p><b>　　―換熱器年折舊率</b></p><p><b>　　§1.7流程簡(jiǎn)圖</b></p><p><b>　　換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算</b><

41、;/p><p>　　§2.1 選擇水的出口溫度</p><p>　　首先假設(shè)水的出口溫度，并控制使得，</p><p><b>　　計(jì)算公式: </b></p><p>　　按單殼程偶數(shù)管程公式計(jì)算溫度修正系數(shù)：</p><p><b>　　令</b></p>

42、;<p><b>　　設(shè)計(jì)程序如下：</b></p><p>　　#include <stdio.h></p><p>　　#include <math.h></p><p>　　double fa(double t)</p><p>　　{double a,b,c,d,e,p,r;

43、</p><p>　　p=(t-30)/110;</p><p>　　r=100/(t-30);</p><p>　　a=sqrt(r*r+1)/(r-1)*log((1-p)/(1-p*r));</p><p>　　b=2-p-p*r+p*sqrt(r*r+1);</p><p>　　c=2-p-p*r-p*sqrt

44、(r*r+1);</p><p>　　d=log(b/c);</p><p><b>　　e=a/d;</b></p><p>　　return(e);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main ()</p><p&g

45、t;　　{ double t,e;</p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　for(i=0;i<=100;i++)</p><p>　　{t=35+i*0.1;</p><p><b>　　e=fa(t);</b></p><p>　　if

46、(e<0.8) break;}</p><p><b>　　t=t-0.1;</b></p><p><b>　　e=fa(t);</b></p><p>　　printf("t=%f,e=%f\n",t,e);</p><p><b>　　}</b>

47、</p><p><b>　　程序運(yùn)行結(jié)果為：</b></p><p>　　程序計(jì)算結(jié)果，溫度控制范圍在35℃至41.2℃。即最大溫度不得超過(guò)41.2℃</p><p>　　§2.2確立設(shè)計(jì)方案</p><p>　　根據(jù)所假定的出口溫度，設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)為設(shè)計(jì)一個(gè)管式換熱器，把年處理量為4.0噸的煤油從140℃冷卻

48、到40℃。冷卻介質(zhì)為水，進(jìn)口溫度為30℃，根據(jù)溫度的控制計(jì)算假定出口溫度為理論值最大溫度41℃。</p><p>　　選擇換熱器的類型 兩流體的溫度變化情況：</p><p>　　熱流體煤油的進(jìn)口溫度140℃，出口溫度為40℃；</p><p>　　冷卻介質(zhì)水的進(jìn)口溫度30℃，出口溫度為41℃。</p><p>　　該換熱器用循環(huán)水冷卻，由

49、于平均溫差ca ： ， </p><p>　　初步確定采用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。</p><p>　　管程安排 由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速較低，將會(huì)加快污垢的增長(zhǎng)速度，使換熱器流量下降，而且固定管板式換熱器殼程清洗較困難，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，煤油走殼程。</p><p>

50、;　　§2.3 估算傳熱面積 </p><p>　?。?）物性數(shù)據(jù)的確定</p><p><b>　　水的定性溫度：</b></p><p>　　查得定性溫度下水的物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　煤油的定性溫度： </p><p>　　查得定性溫度下煤油的物性數(shù)據(jù)如下：</p

51、><p><b>　　(2)傳熱量：</b></p><p><b>　　煤油的流量：</b></p><p>　　(4)冷卻水用量： </p><p>　　(5)平均傳熱溫差，按純逆流計(jì)算：</p><p>　?。?）選取傳熱系數(shù)：</p><p>&l

52、t;b>　　根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)取</b></p><p><b>　　初步計(jì)算傳熱面積：</b></p><p>　　考慮安全系數(shù)，取傳熱面積</p><p>　　§2.4 確定標(biāo)準(zhǔn)工藝結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　?。?）根據(jù)已經(jīng)估算的傳熱面積，初步選定</p><p>&l

53、t;b>　　換熱面積: </b></p><p>　　公稱直徑 DN900 JB/T 4715―92</p><p>　　總管數(shù)：n=554 </p><p><b>　　中心排管數(shù)：</b></p><p><b>　　管程數(shù)：4</b></p><p>

54、;<b>　　殼程數(shù)：</b></p><p><b>　　管子規(guī)格尺</b></p><p>　　取折流板間距B=0.3D,則</p><p><b>　　折流板數(shù)目 </b></p><p><b>　　折流板厚度 </b></p>&

55、lt;p><b>　　折流板直徑 </b></p><p><b>　　折流板上管孔 </b></p><p>　　§2.5校核傳熱系數(shù)K</p><p>　?。?）管程傳熱膜系數(shù)</p><p>　　管程流體流通截面積 </p><p>　　管程流

56、體流速和雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)</b></p><p>　?。?）殼程傳熱膜系數(shù) </p><p>　　管子按正三角形排列，傳熱當(dāng)量直徑為</p><p><b>　　殼程流通截面積</b></p><p>　　殼程流通截面積及其雷諾數(shù)分別為&

57、lt;/p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)</b></p><p><b>　　黏度校正 </b></p><p><b>　　殼程傳熱膜系數(shù)</b></p><p>　　(3)污垢熱阻和管壁熱阻 </p><p>　　管外側(cè)污垢熱阻，管內(nèi)側(cè)污垢熱阻

58、 。已知管壁厚b=0.0025m,碳鋼在該條件下的熱 導(dǎo)率為。</p><p><b>　　(4)總傳熱系數(shù)K</b></p><p>　　§2.6校核平均溫差</p><p>　　假設(shè)，則P=0.1，R=9.09，計(jì)算得</p><p><b>　　平均傳熱溫差 </b></p

59、><p>　　§2.7 校核傳熱面積</p><p><b>　　計(jì)算傳熱面積</b></p><p>　　換熱器的實(shí)際傳熱面積S為</p><p><b>　　換熱器的面積裕度為</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&g

60、t;<p>　　§2.8校核流體壓力降</p><p>　　管程阻力 按下式計(jì)算</p><p>　　由Re=43340.72,傳熱管相對(duì)粗糙度0.01，查閱參考文獻(xiàn)[1]中λ-Re雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖得，流速</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)

61、。</p><p>　　殼程阻力 按下式計(jì)算</p><p><b>　　其中</b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力，流過(guò)折流板缺口的阻力和總阻力</p><p><b>　　換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)</b></p><p>　　§3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)思路<

62、;/p><p>　　根據(jù)前面假定水的出口溫度為設(shè)計(jì)計(jì)算得到的一系列參數(shù)值,將這些參數(shù)代入列管換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)中，并把水的出口溫度作為未知值，將目標(biāo)函數(shù)化成列管換熱器總費(fèi)用關(guān)于水的出口溫度的函數(shù)，利用編程求在允許的水的出口溫度范圍內(nèi)總費(fèi)用取最小值時(shí)的值，然后與假定溫度相比較，看溫差是否在誤差允許范圍內(nèi)，如在溫差允許范圍內(nèi)，則假定溫度即為最佳溫度值，如不在，則用程序得出的出口溫度重新設(shè)計(jì)計(jì)算，再進(jìn)行優(yōu)化。這就是本次

63、優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法：示差法。</p><p>　　§3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程</p><p>　?。?）列管換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)</p><p>　　（2）目標(biāo)函數(shù)相關(guān)參數(shù)值：</p><p>　　I設(shè)計(jì)計(jì)算得到相關(guān)參數(shù)值</p><p><b>　　II經(jīng)濟(jì)參數(shù)</b></p>

64、<p>　?、贁M用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，根據(jù)相關(guān)表格：換熱器的回歸系數(shù) ，換熱器的壓力校正系數(shù)，材料校正系數(shù)；</p><p>　?、趽Q熱器的使用年限為八年，相應(yīng)的年折舊率</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　?、劾鋮s水費(fèi)用（不包括動(dòng)力費(fèi)）為，電費(fèi)為 ；</p><p&g

65、t;　?、軗Q熱器的年工作時(shí)間為</p><p><b>　　（3）代入數(shù)據(jù)計(jì)算</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　§3.3優(yōu)化程序</b></p><p>　　#include <stdio.h></p>

66、;<p>　　#include <math.h></p><p>　　void main ()</p><p>　　{ double a,b,c,e,f,min=10000000000,j,t,shu,she,dia;</p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　for

67、(i=0;i<=62;i++)</p><p>　　{t=35+i*0.1;</p><p>　　b=log(14-0.1*t)/(130-t);</p><p>　　c=917078.21*b;</p><p>　　e=432454.62*pow(b,0.73);</p><p>　　f=1063790.00/

68、(t-30);</p><p><b>　　j=c+e+f;</b></p><p>　　if(j<min){a=t;min=j;dia=c;shu=f;she=e;}</p><p><b>　　}</b></p><p>　　printf("\n t=%f \n min=%f,s

69、hu=%f,she=%f,dia=%f\n",a,min,shu,she,dia);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　§3.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果</p><p><b>　　程序運(yùn)行結(jié)果：</b></p><p><b>　　即程序運(yùn)行結(jié)果：&l

70、t;/b></p><p>　　出口溫度 </p><p>　　優(yōu)化后的列管換熱器總費(fèi)用</p><p>　　其中 水費(fèi)為94981.3元 </p><p>　　動(dòng)力費(fèi)為23655.2元</p><p>　　設(shè)備折舊費(fèi)為29946.7元</p><p><b

71、>　　制成表格如下：</b></p><p>　　由于程序運(yùn)行結(jié)果溫度與假定溫度差,所以假定溫度符合優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，即可作為最佳出口溫度。</p><p>　　換熱器的工藝結(jié)構(gòu)尺寸確定</p><p>　　§4.1 換熱管的排列與分程辦法</p><p>　　根據(jù)前面的選擇 無(wú)縫鋼管，總管數(shù) </p&g

72、t;<p>　　折流板 直徑 </p><p><b>　　圓缺高度 </b></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)采用正方型排列。</p><p><b>　　取管心距，則</b></p><p>　　隔板中心到離其最近的一

73、排管中心的距離</p><p><b>　　即管心距為44。</b></p><p><b>　　管子排列圖如下，</b></p><p>　　其中 拉桿 直徑 ，數(shù)量 </p><p><b>　　其中拉桿直徑 </b></p><p><b

74、>　　拉桿數(shù) </b></p><p><b>　　折流板上排管數(shù)</b></p><p><b>　　§4.2 接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油的流速為0.32m/s,則接管內(nèi)徑為</p><p>　　圓整后可取熱軋無(wú)縫鋼管，實(shí)際煤

75、油進(jìn)出口流速為</p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水的流速為1.57m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　圓整后可取熱軋無(wú)縫鋼管，實(shí)際水進(jìn)出口流速為</p><p>　　第五章 主要設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算及校核</p><p>　　§5.1 強(qiáng)度計(jì)算及校核主要公式</p><p><b&g

76、t;　　筒體厚度計(jì)算公式</b></p><p>　　橢圓形封頭厚度計(jì)算公式</p><p>　　式中P― 設(shè)計(jì)壓力，MPa 焊縫系數(shù)</p><p>　　筒體內(nèi)徑，mm , 材料的許用應(yīng)力，MPa </p><p><b>　　—腐蝕裕量</b>

77、;</p><p>　　壓力實(shí)驗(yàn)選用水壓實(shí)驗(yàn)，公式</p><p>　　容器有效厚度，mm 圓筒焊縫系數(shù)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)時(shí)容器承受壓力，MPa 設(shè)計(jì)溫度下屈服極限，MPa</p><p>　　§5.2換熱器（內(nèi)壓容器）</p><p>　　材料選取Cr18Ni9Ti，市場(chǎng)價(jià)格為1元/

78、Kg</p><p>　　前面所選管 DN900 JB/T4715-92,筒體長(zhǎng)L=6m</p><p>　　現(xiàn)在進(jìn)行校核，在設(shè)計(jì)溫度下Cr18Ni9Ti 查得</p><p>　　=137MPa,P=2.5MPA</p><p>　　焊接頭采用V型坡口雙面焊接，局部無(wú)損檢測(cè)，</p><p><b>　　腐

79、蝕裕量 ，則</b></p><p><b>　　根據(jù)負(fù)偏差 ，得 </b></p><p>　　根據(jù)及鋼板厚度規(guī)格表圓整為</p><p><b>　　有效厚度 </b></p><p><b>　　水壓實(shí)驗(yàn)： </b></p><p>

80、;<b>　　所以強(qiáng)度符合，即取</b></p><p><b>　　鋼板筒體</b></p><p><b>　　橢圓形封頭選擇</b></p><p>　　故封頭選=900mm，=12mm</p><p><b>　　選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭</b><

81、/p><p><b>　　曲面高度</b></p><p><b>　　查得直邊高度，厚度</b></p><p>　　上述字母所表示的含義如右圖：</p><p><b>　　第六章 總結(jié)</b></p><p>　　§6.1數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果匯總&l

82、t;/p><p><b>　　§6.2設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)列管式換熱器，年處理噸煤油的煤油冷卻器。水的最優(yōu)出口溫度為41℃,水走管程，油走殼程。換熱器采用公稱直徑為900mm的圓筒，冷卻管規(guī)格尺寸φ25Х2.5Х6000mm,總管數(shù)為554根，采用正三角形排列方式，使用年限8年。</p><p>　　從

83、整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)其計(jì)算步驟較為繁瑣，特別是在出口溫度優(yōu)化的求解過(guò)程中采用了多次的迭代反復(fù)計(jì)算，而且在計(jì)算的過(guò)程中很多數(shù)據(jù)的查找較為麻煩，通常不能得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，只是一些估算值，對(duì)計(jì)算產(chǎn)生很大的影響，進(jìn)而影響到設(shè)計(jì)效果。在流程圖和裝配圖的繪制過(guò)程中同樣存在參數(shù)難找的現(xiàn)象，僅憑手上現(xiàn)有資料往往不能得到完整的數(shù)據(jù)，還有有些管件在不通參考書上提供的信息不統(tǒng)一?？偟膩?lái)說(shuō)整個(gè)課程設(shè)計(jì)我們所遇到的最大問(wèn)題是尋找資料，這也是影響課程設(shè)計(jì)進(jìn)度和效果的最

84、大原因。</p><p>　　從整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，仍存在一定的不足之處，主要體現(xiàn)在水的優(yōu)化出口溫度的計(jì)算，根據(jù)資料和假設(shè)溫度所得經(jīng)濟(jì)衡算公式分析，水的費(fèi)用占了總費(fèi)用的主要部分，所以水的出口溫度高低決定了換熱器的費(fèi)用多少。出口溫度越高，換熱器的費(fèi)用越少。但由于規(guī)定換熱器的平均傳熱溫差校正因子，可得水的出口溫度最高為41℃，所得換熱器的費(fèi)用為條件最少。若主要考慮換熱器費(fèi)用，水的出口溫度還可以提高，則換熱器費(fèi)用降低還有余

85、地。還體現(xiàn)在傳熱系數(shù)K值的計(jì)算，初步計(jì)算換熱器的傳熱面積為240m²，優(yōu)化后為256.6m²,增加了7%。</p><p>　　其原因：（1）在查流體的相關(guān)物性時(shí)有一定的誤差，有些數(shù)據(jù)因?yàn)椴荒苡袦?zhǔn)確值，只是從圖表中大概的估讀，準(zhǔn)確度不高。（2）管程水的流速選擇只是憑借一些經(jīng)驗(yàn)值而確定的。這兩因素對(duì)K值的影響較大，進(jìn)而影響污垢熱阻、管程傳熱膜系數(shù)的計(jì)算，最后導(dǎo)致優(yōu)化前后的K相差較大，說(shuō)明迭代法存

86、在一定的缺陷，仍需完善。</p><p>　　對(duì)于材料的選擇，若僅按強(qiáng)度要求和腐蝕性有普通碳鋼即可，普通碳鋼對(duì)堿的腐蝕很穩(wěn)定，但我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中常會(huì)提高材料的要求，增強(qiáng)其安全性。我們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程中所選用的材料基本是優(yōu)質(zhì)碳鋼，如、16MnR。我們選擇這些材料的考慮因素是：從設(shè)計(jì)所用的量和價(jià)格差所造成費(fèi)用的增加并不多，總的費(fèi)用相比只是其很小的一部分，使用這些材料安全性更強(qiáng)、使用壽命更長(zhǎng)、減低設(shè)備的維修。</p>

87、;<p>　　本次課程設(shè)計(jì)從總的結(jié)果來(lái)看較為的順利，設(shè)計(jì)內(nèi)容較為適中，給同學(xué)們提供了很好的鍛煉機(jī)會(huì)。但由于對(duì)化工管件的裝配并不是很了解，設(shè)計(jì)設(shè)備裝配圖過(guò)程中總會(huì)存在一些考慮不周全的地方，所以希望在以后的這門課開設(shè)中能提供詳實(shí)的管件的資料，這樣能對(duì)同學(xué)們的課程設(shè)計(jì)起到極大的幫助。</p><p><b>　　§6.3心得體會(huì)</b></p><p&g

88、t;　　在8天的工廠實(shí)習(xí)和為期一周的化工基本技能實(shí)訓(xùn)后，我們又馬不停蹄的進(jìn)行3周的化工原理課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，我們初次嘗試了設(shè)計(jì)換熱器，體察了工程設(shè)計(jì)實(shí)際問(wèn)題的復(fù)雜性。在設(shè)計(jì)中，我們要自己確定方案、選擇工藝流程、查閱資料、進(jìn)行過(guò)程和設(shè)備計(jì)算，并對(duì)自己的選擇做出優(yōu)化和核算，確定最理想或合理的方案，設(shè)計(jì)工藝流程和設(shè)備裝配圖?；ぴ碚n程設(shè)

89、計(jì)，是對(duì)我們已學(xué)化工課程知識(shí)的整合和綜合利用，例如工程制圖、化工、化工原理、化工制圖、化工機(jī)械基礎(chǔ)等；課程設(shè)計(jì)是對(duì)AutoCAD軟件和C++編程的實(shí)際運(yùn)用；課程設(shè)計(jì)是查閱資料、整合資料和利用資料的過(guò)程；課程設(shè)計(jì)加深了我們對(duì)化工生產(chǎn)流程及設(shè)計(jì)的理解。本次課程中，前面的工廠實(shí)習(xí)和技能訓(xùn)練給我們的幫助很大，讓我們中設(shè)計(jì)過(guò)程有了一定的實(shí)物參考，少了許多陌生感和抽象感，特別是在畫流程圖和裝配圖中顯得更為順手。</p><p&g

90、t;　　我們組的成員有三人，我們認(rèn)識(shí)到任務(wù)的繁重性，為了順利完成此次課程設(shè)計(jì)，我們?nèi)朔止f(xié)作，充分分配好短短的三周時(shí)間。潘和汪主要負(fù)責(zé)前期的出口溫度經(jīng)濟(jì)衡算和公式編程，三人都不太會(huì)計(jì)算機(jī)繪圖，徐的計(jì)算機(jī)功底好，主要負(fù)責(zé)后期的帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，汪輔助徐繪圖，潘負(fù)責(zé)后期的設(shè)計(jì)說(shuō)明書電子版。在設(shè)計(jì)的頭兩天，我們充分利用現(xiàn)有條件查閱相關(guān)資料，網(wǎng)上下載軟件和論文、標(biāo)準(zhǔn)，圖書館也借了好幾本書，熟悉相關(guān)參數(shù)和工藝計(jì)算。在其后的五天中，我們分別假

91、設(shè)兩個(gè)水的出口溫度（40℃和38℃），計(jì)算出經(jīng)濟(jì)衡算的相關(guān)參數(shù)，再通過(guò)經(jīng)濟(jì)衡算公式編程驗(yàn)證水的最優(yōu)出口溫度是否為假設(shè)溫度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水的費(fèi)用占換熱器費(fèi)用的主要部分，水的出口溫度為其費(fèi)用的主要因素。這時(shí)我們想要知道，假設(shè)溫度是否為水出口的最高允許溫度。</p><p>　　第二周，在老師的指導(dǎo)下我們根據(jù)</p><p>　　,利用編程計(jì)算出水出口的最高允許溫度41.2℃。水的最優(yōu)出口溫度誤差

92、不大于1.0℃,假設(shè)水的出口溫度41℃，計(jì)算換熱器和經(jīng)濟(jì)衡算相關(guān)參數(shù)，編程經(jīng)濟(jì)衡算公式得出水的最優(yōu)出口溫度41.2℃,假設(shè)合理。我們隨后把優(yōu)化過(guò)程編寫成電子版，共用掉2天時(shí)間。緊接著我們進(jìn)行了換熱器的工藝結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)和主要設(shè)備強(qiáng)度核算，查閱化工制圖資料，進(jìn)行設(shè)備尺寸計(jì)算、設(shè)備管道材料選擇。</p><p>　　在最后一周多半天的時(shí)間里，我們組進(jìn)入了課程設(shè)計(jì)最后也最復(fù)雜的階段——主體設(shè)備裝備圖和工藝流程圖的繪制。在

93、設(shè)計(jì)主體設(shè)備裝配圖時(shí)，發(fā)現(xiàn)許多管件都沒有查到相應(yīng)的數(shù)據(jù)或者相應(yīng)管件相配，設(shè)計(jì)時(shí)頗費(fèi)時(shí)間和人力。潘編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書的電子版，從設(shè)計(jì)內(nèi)容可以看出有較多復(fù)雜的計(jì)算公式，只能在公式編輯器中編寫，使電子版的書寫正規(guī)化，盡管很麻煩，但提高了我們的編輯技術(shù)，增強(qiáng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作能力。</p><p>　　在這三周的化工原理課程設(shè)計(jì)中，我們組齊心協(xié)力、團(tuán)結(jié)合作、共同進(jìn)步，每人都充分分配好各自的特長(zhǎng)和時(shí)間，盡量在教室完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)

94、，可以與大家共同討論、共同提高。為了能按期完成任務(wù)，我們組不惜幾天晚上加班，計(jì)算和繪圖。這次課程設(shè)計(jì)，使我們對(duì)專業(yè)知識(shí)和計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)的運(yùn)用都有了很大提高和新的認(rèn)識(shí)，平常只是學(xué)習(xí)理論知識(shí)，而這次是對(duì)理論知識(shí)的綜合利用，我們深刻體悟到“紙上得來(lái)終覺淺，絕知此事要躬行”。我們組最后順利完成了化工原理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)，這既離不開大家的共同努力，也離不開何老師的辛勤指導(dǎo)，最后預(yù)祝我們組能取得圓滿的成績(jī)。</p><p>&

95、lt;b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 化工原理 崔鵬 魏玉鳳 合肥工業(yè)大學(xué)出版社</p><p>　　[2] 換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè) 錢頌文 化學(xué)出版社</p><p>　　[3] 化工原理課程設(shè)計(jì) 柴誠(chéng)敬 王軍 張纓 天津科學(xué)出版社</p><p>　　[4] 化工原理課程設(shè)計(jì) 申迎華 郝曉剛

96、化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 化工原理課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明教程 唐倫成 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社</p><p>　　[6] 化工原理課程設(shè)計(jì) 劉雪暖 湯景凝 中國(guó)石油大學(xué)</p><p>　　[7] AutoCAD實(shí)用教程 談?shì)碓?東華大學(xué)出版社</p><p>　　[8] 化工制圖 林大鈞 于傳浩 楊靜 高等教育出版社</p