化工原理課程設計--列管換熱器的工藝設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.概述1</b></p><p>　　2.設計方案分析2</p><p>　　2.1換熱器的類型2</p><p>　　2.2設計方案簡介3</p><p>　　2.2.1 換熱器類型的選擇3

2、</p><p>　　2.2.2流徑的選擇 4</p><p>　　2.2.3流速的選擇5</p><p>　　2.2.4材質(zhì)的選擇6</p><p>　　2.2.5管程結構6</p><p>　　2.2.6殼程結構與相關計算公式6</p><p>　　3.工藝及結構尺寸計算8<

3、;/p><p>　　3.1物性數(shù)據(jù)的確定8</p><p>　　3.2 估算傳熱面積8</p><p>　　3.2.1熱流量8</p><p>　　3.3工藝結構尺寸9</p><p>　　3.3.1管徑和管內(nèi)流速 9</p><p>　　3.3.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)9</p>

4、<p>　　3.3.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)9</p><p>　　3.3.4傳熱管排列和分程方法10</p><p>　　3.3.5 殼體內(nèi)徑10</p><p>　　3.3.7 其他附件11</p><p>　　3.3.8 接管11</p><p><b>　　4換熱器核算11

5、</b></p><p>　　4.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 11</p><p>　　4.2 污垢熱阻和管壁熱阻12</p><p>　　4.3傳熱系數(shù)K13</p><p>　　4.3.1傳熱面積裕度 14</p><p>　　4.4 壁溫核算 14</p><p>　　4.

6、5 換熱器內(nèi)流體的流動阻力15</p><p>　　4.5.1 管程流體阻力15</p><p>　　4.5.2 殼程阻力15</p><p><b>　　5.結果匯總17</b></p><p><b>　　6.文獻參考18</b></p><p><b&

7、gt;　　7.編者小結19</b></p><p>　　化工原理課程設計任務書</p><p>　　一 設計題目：列管換熱器的工藝設計</p><p><b>　　二 設計條件</b></p><p>　　某生產(chǎn)過程中，反應器的混合氣體經(jīng)與進物料換熱后，用循環(huán)冷卻水將其從105℃進一步冷卻到55℃后，進入吸

8、收塔吸收其中的可溶組分。已知混合氣體的流量為320000kg/h，壓力為7MPa，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4 MPa，循環(huán)冷卻水的入口溫度為20℃，出口溫度36℃。</p><p>　　已知該混合氣體在此溫度范圍內(nèi)的物性數(shù)據(jù)：密度9kg/m3；定壓比熱容3.297kJ/(kg℃)；熱導率0.0279W/(m℃)；黏度1.5*10-5Pas.</p><p><b>　　設計任務&l

9、t;/b></p><p>　　設計一列管換熱器。設計一列管換熱器。</p><p>　　1 根據(jù)生產(chǎn)任務的要求確定設計方案</p><p>　　(1)換熱器類型的選擇</p><p>　　(2)換熱器內(nèi)流體流入空間的選擇</p><p><b>　　2 化工計算</b></p>

10、<p>　　(1)傳熱面積的計算</p><p>　　(2)管數(shù)、管程數(shù)及管子排列，管間距的確定</p><p>　　(3)殼體直徑及殼體厚度的確定</p><p>　　3 換熱器尺寸的確定及有關構件的選擇</p><p>　　4 換熱器流體阻力的計算及其輸送機械的選擇（選做）</p><p><b

11、>　　四 設計結果總匯</b></p><p>　　1、設計說明書（目錄、概述、工藝設計計算（包括選擇結構，傳熱計算，壓力核算等）、結構設計與說明、設計總結、參考文獻）</p><p>　　2、工藝流程示意圖（手繪于設計說明書中）。</p><p>　　3、工藝條件圖（A2）。</p><p><b>　　五 參考

12、文獻</b></p><p>　　［1］ 賈紹義，柴誠敬.化工原理課程設計.天津：天津大學出版社，2002</p><p>　?。?］ 大連理工大學化工原理教研室.化工原理課程設計.大連：大連理工大學出版社，1994</p><p>　?。?］ 譚天恩，麥本熙，丁惠華.化工原理（第二版）.北京：化學工業(yè)出版社，1998</p><p&

13、gt;　?。?］ 時鈞 主編.化學工程手冊（第二版）.北京：化學工業(yè)出版社，1996</p><p>　?。?］ 潘國昌，郭慶豐.化工設備設計.北京：清華大學出版社，1996</p><p>　?。?］ 上海醫(yī)藥設計院.化工工藝設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2000</p><p>　　［7］ 路秀林，王者相 等.塔設備.北京：化學工業(yè)出版社，2004 

14、</p><p>　?。?］化工設備技術全書編輯委員會. 化工設備全書—換熱器設備設計. 上海：上海科學技術出版1988</p><p>　?。?］陳敏恒，叢德茲等. 化工原理(上、下冊)(第二版). 北京：化學工業(yè)出版社，2000</p><p>　?。?0］柴誠敬，劉國維，李阿娜. 化工原理課程設計. 天津：天津科學技術出版社，1995</p>&

15、lt;p><b>　　1.概述</b></p><p>　　在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱為換熱器。換熱器是化學、石油化學劑石油煉制工業(yè)中以及其他一些行業(yè)中廣泛使用的熱量交換設備，它不僅可以單獨作為加熱器、冷卻器等使用，而且是一些化工單元操作的附屬設備，因此在化工生產(chǎn)中占重要地位。通常在化工廠的建設中換熱器的投資比例為11%，在煉油長高達40%。</p>

16、<p>　　在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。35％～40％。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設計、制造、結構改進及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點，性能各異。在換熱器設計中，首先應根

17、據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結構尺寸。 </p><p>　　完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下各項基本要求：</p><p>　?。?）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件  ：傳熱量、流體的熱力學參數(shù)（溫度、壓力、流量、相態(tài)等）與物理化學性質(zhì)（密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過程所規(guī)定的條件。 </p><p&

18、gt;　　（2）安全可靠：換熱器是壓力容器，在進行強度、剛度、溫差應力以及疲勞壽命計算時，應遵照我國《鋼制石油化工壓力容器設計規(guī)定》與《鋼制管殼式換熱器設計規(guī)定》等有關規(guī)定與標準。這對保證設備的安全可靠起著重要的作用。  </p><p>　　（3）有利于安裝、操作與維修：直立設備的安裝費往往低于水平或傾斜的設備。設備與部件應便于運輸與裝拆，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添

19、置氣、液排放口，檢查孔與敷設保溫層。  </p><p>　?。?）經(jīng)濟合理：評價換熱器的最終指標是：在一定的時間內(nèi)（通常為1年）固定費用（設備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費等）的總和為最小。動力消耗與流速的平方成正比，而流速的提高又有利于傳熱，因此存在一最適宜的流速。傳熱面上垢層的產(chǎn)生和增厚，使傳熱系數(shù)不斷降低，傳熱量隨之而減少，故有必要停止操作進行清洗。在清洗時不僅無

20、法傳遞熱量，還要支付清洗費，這部分費用必須從清洗后傳熱條件的改善得到補償，因此存在一最適宜的運行周期。  嚴格地講，如果孤立地僅從換熱器本身來進行經(jīng)濟核算以確定適宜的操作條件與適宜的尺寸是不夠全面的，應以整個系統(tǒng)中全部設備為對象進行經(jīng)濟核算或設備的優(yōu)化。但要解決這樣的問題難度很大，當影響換熱器的各項因素改變后對整個系統(tǒng)的效益關系影響不大時，按照上述觀點單獨地對換熱器進行經(jīng)濟核算仍然是可行的。</p>&

21、lt;p>　　綜上所述，對列管式換熱器進行工藝設計。</p><p><b>　　2.設計方案分析</b></p><p><b>　　2.1換熱器的類型</b></p><p>　　列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體

22、在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。</p><p>　　其主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結構堅固，可選用的結構材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。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)定路徑多次錯流通過管束，使湍流程

23、度大為增加。</p><p>　　列管式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體溫差較大（50℃以上）時，就可能由于熱應力而引起設備的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。</p><p><b>　　2.1.1換熱器</b></p><p>　　換熱器是化工、石油、食品及

24、其他許多工業(yè)部門的通用設備，在生產(chǎn)中占有重要地位。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。</p><p>　　按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式。</p><p>　　間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。在這類換熱器中，冷、熱流體被固體壁面隔開，互不接觸

25、，熱量從熱流體穿過壁面?zhèn)鹘o冷流體。該類換熱器適用于冷、熱流體不允許直接接觸的場合。間壁式換熱器的應用廣泛，形式繁多。將在后面做重點介紹。</p><p>　　直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器。在此類換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互混合傳遞熱量。該類換熱器結構簡單，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合的場合。常見的設備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。</p><p>　　

26、蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。此類換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱體，將熱量由熱流體傳給冷流體。當蓄熱體與熱流體接觸時，從熱流體處接受熱量，蓄熱體溫度升高后，再與冷流體接觸，將熱量傳給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而達到換熱的目的。此類換熱器結構簡單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點是設備的體積龐大，且不能完全避免兩種流體的混合。</p><p>　　工業(yè)上最常見的換熱器是間壁式換熱器。根據(jù)

27、結構特點，間壁式換熱器可以分為管殼式換熱器和緊湊式換熱器。</p><p>　　緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。</p><p>　　管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、套管式、蛇管式等類型的換熱器。其中，列管式換熱器被作為一種傳統(tǒng)的標準換熱設備，在許多工業(yè)部門被大量采用。列管式換熱器的特點是結構牢固，能承受高溫高壓，換熱表面清洗方便，制造工藝成熟，選材范

28、圍廣泛，適應性強及處理能力大等。這使得它在各種換熱設備的競相發(fā)展中得以繼續(xù)存在下來。</p><p>　　使用最為廣泛的列管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上，而管板則安裝在殼體內(nèi)。因此，這種換熱器也稱為管殼式換熱器。常見的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節(jié)的固定管板式、浮頭式和U形管式等幾種類型。</p><p><b>　　2.2設計方案簡介</b></

29、p><p>　　2.2.1 換熱器類型的選擇</p><p>　　根據(jù)列管式換熱器的結構特點，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設計要求，介紹幾種常見的列管式換熱器。</p><p>　　(1) 固定管板式換熱器</p><p>　　這類換熱器如圖1-1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，它的結余構簡單；在相同的殼體直徑

30、內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結構式殼測清洗困難，所以殼程宜用于不易結垢和清潔的流體。當管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時，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><b>　　(2)U型管換熱器</b></p><p>　　U型管換熱器結構特點是只有一塊管板，換熱管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程。管束可以自

31、由伸縮，當殼體與U型環(huán)熱管由溫差時，不會產(chǎn)生溫差應力。U型管式換熱器的優(yōu)點是結構簡單，只有一塊管板，密封面少，運行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點是管內(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，因而報廢率</p><p>　　較高。此外，其造價比管定管板式高10%左右。</p><p>　　(3) 浮頭式換熱

32、器</p><p>　　浮頭式換熱器的結構如下圖1-3所示。其結構特點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，互不約束，不會產(chǎn)生溫差應力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi)管間的清洗。其缺點是結構較復雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮動管板間若密封不嚴，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。</p><p&

33、gt;　　(4)填料函式換熱器</p><p>　　填料函式換熱器的結構如圖1-4所示。其特點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，不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。填料</p><p>　　函式換熱器的優(yōu)點是結構較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價也比浮頭式的低;管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進行清洗，維修方便。其缺點是填料函乃嚴不高，殼

34、程介質(zhì)可能通過填料函外樓，對于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。</p><p>　　所設計的換熱器用于冷卻混合氣體且兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度110℃，出口溫度60℃；冷流體進口溫度29℃，出口溫度39℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。</p><p>　　2.2.2

35、流徑的選擇 </p><p>　　在具體設計時考慮到盡量提高兩側傳熱系數(shù)較小的一個，使傳熱面兩側傳熱系數(shù)接近；在運行溫度較高的換熱器中，應盡量減少熱量損失，而對于一些制冷裝置，應盡量減少其冷量損失；管、殼程的決定應做到便于清洗除垢和修理，以保證運行的可靠性。</p><p><b>　　參考標準：</b></p><p>　　不潔凈和易結垢的流

36、體宜走便于清洗管子，浮頭式換熱器殼程便于清洗。</p><p>　　腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。</p><p>　　壓強高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，其中冷卻介質(zhì)循環(huán)水操作壓力高，宜走管程。</p><p>　　飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關系不大。</p>

37、<p>　　被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，增強冷卻效果。</p><p>　　需要提高流速以增大其對流傳熱系數(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>　　粘度大的液體或流量較小的流體，宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。</p&g

38、t;<p>　　若兩流體的溫度差較大，傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程，因為壁溫接近傳熱膜系數(shù)較大的流體溫度，以減小管壁和殼壁的溫度差。</p><p>　　綜合考慮以上標準，確定混合氣應走殼程，循環(huán)冷卻水走管程。</p><p>　　2.2.3流速的選擇</p><p>　　表2-1換熱器常用流速的范圍</p><p>　　由于增

39、加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。故擬取循環(huán)水流速為1.1m/s。</p><p>　　2.2.4材質(zhì)的選擇</p><p>　　列管換熱器的材料應根據(jù)操作壓強、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機械性能及耐腐蝕性能要下降。

40、同時具有耐熱性、高強度及耐腐蝕性的材料是很少的。</p><p>　　目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據(jù)實際需要，可以選擇使用高級冷拔傳熱管（碳鋼）。</p><p><b>　　2.2.5管程結構</b></p><p>　　換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形

41、直列、三角形錯列和同心圓排列，如下圖所示。</p><p>　　(a) 正方形直列    （b）正方形錯列    (c) 三角形直列 </p><p>　　（d）三角形錯列  （e）同心圓排列 </p><p>　　正三角形排列結構緊湊；正方形排列便于機械清洗。對于

42、多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。</p><p>　　管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。管板與管子的連接可脹接或焊接。</p><p>　　2.2.6殼程結構與相關計算公式</p><p>　　介質(zhì)流經(jīng)傳熱管外面的通道部分稱為殼程。 殼程內(nèi)的結構，主要由折流板

43、、支承板、縱向隔板、旁路擋板及緩沖板等元件組成。由于各種換熱器的工藝性能、使用的場合不同，殼程內(nèi)對各種元件的設置形式亦不同，以此來滿足設計的要求。各元件在殼程的設置，按其不同的作用可分為兩類：一類是為了殼側介質(zhì)對傳熱管最有效的流動，來提高換熱設備的傳熱效果而設置的各種擋板，如折流板、縱向擋板。旁路擋板等；另一類是為了管束的安裝及保護列管而設置的支承板、管束的導軌以及緩沖板等。</p><p>　　殼體是一個圓筒形

44、的容器，殼壁上焊有接管，供殼程流體進人和排出之用。直徑小于400mm的殼體通常用鋼管制成，大于400mm的可用鋼板卷焊而成。殼體材料根據(jù)工作溫度選擇，有防腐要求時，大多考慮使用復合金屬板。</p><p>　　介質(zhì)在殼程的流動方式有多種型式，單殼程型式應用最為普遍。如殼側傳熱膜系數(shù)遠小于管側，則可用縱向擋板分隔成雙殼程型式。用兩個換熱器串聯(lián)也可得到同樣的效果。為降低殼程壓降，可采用分流或錯流等型式。</p&

45、gt;<p>　　殼體內(nèi)徑D取決于傳熱管數(shù)、排列方式和管心距t。計算式如下：</p><p><b>　　單管程 </b></p><p>　　D=t(nc-1)+(2~3)d0式中 t——管心距，mm；</p><p>　　d0——換熱管外徑，mm；</p><p>　　nc——橫過管束中心線的管數(shù)，該

46、值與管子排列方式有關。</p><p><b>　　正三角形排列： </b></p><p><b>　　正方形排列： </b></p><p><b>　　多管程 </b></p><p>　　式中 N——排列管子數(shù)目</p><p>　?。?η——

47、管板利用率。</p><p>　　正角形排列：2管程 η=0.7~0.85</p><p>　　>4管程 η=0.6~0.8</p><p>　　正方形排列：2管程 η=0.55~0.7</p><p>　　>4管程 η=0.45~0.65</p><p>　　殼體內(nèi)徑D的計算值最終應圓整到標準值。<

48、/p><p>　　在殼程管束中，一般都裝有橫向折流板，用以引導流體橫向流過管束，增加流體速度，以增強傳熱；同時起支撐管束、防止管束振動和管子彎曲的作用。</p><p>　　折流板的型式有圓缺型、環(huán)盤型和孔流型等. 圓缺形折流板又稱弓形折流板，是常用的折流板，有水平圓缺和垂直圓缺兩種。切缺率(切掉圓弧的高度與殼內(nèi)徑之比)通常為20％~50％。垂直圓缺用于水平冷凝器、水平再沸器和含有懸浮固體粒子

49、流體用的水平熱交換器等。垂直圓缺時，不凝氣不能在折流板頂部積存，而在冷凝器中，排水也不能在折流板底部積存。弓形折流板有單弓形和雙弓形，雙弓形折流板多用于大直徑的換熱器中。</p><p>　　折流板的間隔，在允許的壓力損失范圍內(nèi)希望盡可能小。一般推薦折流板間隔最小值為殼內(nèi)徑的1/5或者不小于50 mm，最大值決定于支持管所必要的最大間隔。</p><p>　　殼程流體進出口的設計直接影響換

50、熱器的傳熱效率和換熱管的壽命。當加熱蒸汽或高速流體流入殼程時，對換熱管會造成很大的沖刷，所以常將殼程接管在入口處加以擴大，即將接管做成喇叭形，以起緩沖的作用；或者在換熱器進口處設置擋板。</p><p>　　3.工藝及結構尺寸計算</p><p>　　3.1物性數(shù)據(jù)的確定</p><p>　　定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進出口的平均值。

51、故課程混合氣體的定性溫度為</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　管程流體的定性溫度</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)。對混合氣體來說，最可靠的物性參數(shù)是實測值。

52、若不具備此條件，則應分別查取混合物各組分的有關物性參數(shù)，然后按相應的加和方法求出混合氣體的物性參數(shù)。</p><p>　　混合氣體在80℃下的有關物性數(shù)據(jù)如下： </p><p>　　循環(huán)冷卻水在28℃的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　3.2 估算傳熱面積</p><p><b>　　3.2.1熱流量</b>&

53、lt;/p><p>　　3.2.2平均傳熱溫差 先按純流體計算</p><p>　　3.2.3傳熱面積 由于殼程氣體的壓力較高，故可選去較大的K值。假設K=350W/(㎡.K)則估算的傳熱面積為</p><p>　　3.2.4冷卻水用量</p><p><b>　　3.3工藝結構尺寸</b></p><p

54、>　　3.3.1管徑和管內(nèi)流速 </p><p>　　選用較高級冷拔管（碳鋼），取管內(nèi)流速。</p><p>　　3.3.2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>　　按單管程計算，所需傳熱管長度為</p><p>　　按單管程設計，傳熱管過長，宜采用多管程

55、結構。根據(jù)本設計實際情況，采用非標設計，現(xiàn)取傳熱管長,則該換熱器的管程數(shù)為</p><p>　　傳熱管總數(shù) </p><p>　　3.3.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) </p><p>　　按單殼程，多管程結構，查溫差校正系數(shù)圖得</p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><

56、p>　　由于平均溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。</p><p>　　3.3.4傳熱管排列和分程方法 </p><p>　　采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形取管心距，則 </p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離 </p><p>　　各程相鄰管的管心距為44mm。</p>

57、<p>　　管束的分程方法，每程各有傳熱管637根，其前后官箱中隔板設置和介質(zhì)的流通順序化工單元過程設計及設備課程設計P68圖3-14選取的。</p><p>　　3.3.5 殼體內(nèi)徑 </p><p>　　采用多管程結構，殼體內(nèi)徑按下列公式估算。取管板利用率，則殼體內(nèi)徑為</p><p>　　按卷制殼體的進級擋，可取.</p><p

58、>　　3.3.6 折流板 </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>　　取折流板間距，則</b></p><p><b>　　折流板數(shù)</b></p><p>　　切缺率(切掉圓弧的高度與殼內(nèi)徑之比)通常為20％~

59、50％。</p><p><b>　　切缺率=</b></p><p>　　3.3.7 其他附件 </p><p>　　拉桿數(shù)量與直徑按標準選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為1450mm，故其拉桿直徑為拉桿數(shù)量不少于10個。</p><p>　　殼程入口處，應設置防沖擋板</p><p><b>

60、　　3.3.8 接管</b></p><p>　　殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)液體流速，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　圓整后取管內(nèi)經(jīng)為360mm。</p><p>　　管程流體進出口接管：取接管內(nèi)液體流體流速，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　圓整后取管內(nèi)徑為340mm。</p><p><b&

61、gt;　　4換熱器核算</b></p><p>　　4.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) </p><p><b>　　用克恩法計算</b></p><p><b>　　當量直徑</b></p><p><b>　　殼程流體通截面積 </b></p><p&

62、gt;　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特數(shù)</b></p><p><b>　　粘度校正</b></p><p><b>　　管內(nèi)表面積傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　管程流體流通截面積</b></p&

63、gt;<p><b>　　管程流體流速</b></p><p><b>　　普朗特數(shù)</b></p><p>　　4.2 污垢熱阻和管壁熱阻 </p><p>　　按表3-1，可取 </p><p>　　表3-1 一些物料的污垢熱阻大致數(shù)據(jù)范圍</p><p&g

64、t;　　管外側污垢熱阻 </p><p>　　管內(nèi)側污垢熱阻 </p><p>　　管壁熱阻 依表3-2,碳鋼在該條件下的熱導率</p><p>　　表3-2 常用金屬材料的熱導率</p><p>　　碳鋼在該條件下的熱導率為50W/m·K。所以</p><p><b>　　4.3傳熱

65、系數(shù)Kc</b></p><p>　　4.3.1傳熱面積裕度 </p><p><b>　　傳熱面積Ac為</b></p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積</p><p>　　該換熱器的面積裕度計算</p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務。</p&g

66、t;<p>　　4.4 壁溫核算 </p><p>　　因管壁很薄，管壁熱阻很小，且由于該換熱器用循環(huán)冷卻水，冬季操作時，循環(huán)水的進口溫度將會降低。為確?？煽?，取循環(huán)冷卻水進口溫度為15℃，出口溫度為36℃計算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫上升，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可能較大。計算中，應按最不利的條件考慮，因此，取兩

67、側污垢熱阻為零件計算傳熱管壁溫。于是按</p><p>　　式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別為</p><p><b>　　傳熱管平均壁溫</b></p><p>　　殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=80℃.</p><p>　　殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為</p><p>　　

68、該溫差較大，故需設溫度補償裝置。由于換熱器殼程流體壓力較高，因此，需選用浮頭式換熱器較為適宜。</p><p>　　4.5 換熱器內(nèi)流體的流動阻力</p><p>　　4.5.1 管程流體阻力</p><p>　　由Re=27025,傳熱管對粗糙度，查莫狄圖得，流速u=1.100m/s，,所以 </p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之

69、內(nèi)</p><p>　　4.5.2 殼程阻力</p><p><b>　　流體流經(jīng)灌輸?shù)淖枇?lt;/b></p><p>　　流體流過折流板缺口阻力</p><p><b>　　總阻力</b></p><p>　　由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。

70、</p><p><b>　　5.結果匯總</b></p><p><b>　　結算結果一覽表</b></p><p><b>　　6.文獻參考</b></p><p>　?。?］ 賈紹義，柴誠敬.化工原理課程設計.天津：天津大學出版社，2002</p><

71、p>　?。?］ 大連理工大學化工原理教研室.化工原理課程設計.大連：大連理工大學出版社，1994</p><p>　?。?］ 譚天恩，麥本熙，丁惠華.化工原理（第二版）.北京：化學工業(yè)出版社，1998［4］ 時鈞 主編.化學工程手冊（第二版）.北京：化學工業(yè)出版社，1996</p><p>　?。?］ 潘國昌，郭慶豐.化工設備設計.北京：清華大學出版社，1996</p>

72、<p>　?。?］ 上海醫(yī)藥設計院.化工工藝設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2000</p><p>　?。?］ 路秀林，王者相 等.塔設備.北京：化學工業(yè)出版社，2004 </p><p>　?。?］化工設備技術全書編輯委員會. 化工設備全書—換熱器設備設計. 上海：上海科學技術出版1988</p><p>　?。?］陳敏恒，叢德茲等. 化工

73、原理(上、下冊)(第二版). 北京：化學工業(yè)出版社，2000</p><p>　　［10］柴誠敬，劉國維，李阿娜. 化工原理課程設計. 天津：天津科學技術出版社，1995</p><p>　　[11] 匡國柱，史啟才. 化工單元過程及設備課程設計.北京：化學工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[12] 李功祥，陳蘭英，崔英德.常用化工單元設備設計.廣州：華南理

74、工大學出版社，2003</p><p>　　[13] 陳志平，曹志錫，潘濃芬.過程設備設計與選型基礎.浙江：浙江大學出版社，2005</p><p><b>　　7.編者小結</b></p><p>　　兩周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過

75、程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解， </p><p>　　過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最終的核算環(huán)節(jié)，本身就是在踐行過而能改，善莫大焉的知行觀。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解.在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中,一定要不懈努力，

76、不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅,也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！</p><p>　　課程設計給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計使我充

77、分理解到化工原理課程的重要性和實用性，更特別是對精餾原理及其操作各方面的了解和設計，對實際單元操作設計中所涉及的個方面要注意問題都有所了解。通過這次對精餾塔的設計，不僅讓我將所學的知識應用到實際中，而且對知識也是一種鞏固和提升充實.</p><p>　　在此感謝我們的**老師，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；老師循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次課程設計的細節(jié)和每個數(shù)據(jù)，