化工原理課程設(shè)計---列管式換熱器設(shè)計 (2)

1、<p>　　一、設(shè)計題目： 列管式換熱器設(shè)計 二、設(shè)計任務(wù)及操作條件 1、設(shè)計任務(wù)   處理能力： 17噸/小時 </p><p>　　設(shè)備型式： 固定管板式換熱器 </p><p><b>　　2、操作條件</b></p><

2、;p>　?。?）煤 油：入口溫度 160℃ 出口溫度 60℃ </p><p>　?。?）冷卻介質(zhì)：循環(huán)水入口溫度 15℃ 出口溫度 28℃ </p><p>　?。?）允許壓降：管程不大于0.1MPa</p><p>　　殼程不大于30KPa</p><p><b>　　三、設(shè)計內(nèi)容</b>

3、;</p><p><b>　?。ㄒ唬⒏攀?lt;/b></p><p>　　目前板式換熱器產(chǎn)品達到了一個成熟階段,憑借其高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢,在各行業(yè)領(lǐng)域中被頻繁使用, 并被用以替換原有管殼式和翅片式換熱器,取得了很好的效果。</p><p>　　板式換熱器的優(yōu)點(1) 換熱效率高,熱損失小  

4、60;     在最好的工況條件下, 換熱系數(shù)可以達到6000W/ m2K, 在一般的工況條件下, 換熱系數(shù)也可以在3000～4000 W/ m2K左右,是管殼式換熱器的3～5倍。設(shè)備本身不存在旁路,所有通過設(shè)備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流,進行充分的換熱。完成同一項換熱過程, 板式換熱器的換熱面積僅為管殼式的

5、1/ 3～1/ 4。(2) 占地面積小重量輕        除設(shè)備本身體積外, 不需要預(yù)留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為0. 6～0. 8mm。同樣的換熱效果, 板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。(3) 污垢系數(shù)低  

6、      流體在板片間劇烈翻騰形成湍流, 優(yōu)秀的板片設(shè)計避免了死區(qū)的存在, 使得雜質(zhì)不易在通道中沉積堵塞,保證了良好的換熱效果。(4) 檢修、清洗方便        換熱板片通過夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起,當(dāng)檢修、清洗時, 僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進

7、行沖刷清洗。(5) 產(chǎn)品適用面廣        設(shè)備最高耐溫可達180 ℃, 耐壓2. 0MPa , 特別適</p><p>　　板式換熱器的類型及工作原理        板式換熱器按照組裝

8、方式可以分為可拆式、焊接式、釬焊式等形式;按照換熱板片的波紋可以分為人字波、平直波、球形波等形式; 按照密封墊可以分為粘結(jié)式和搭扣式。各種形式進行組合可以滿足不同的工況需求,在使用中更有針對性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結(jié)式還是搭扣式密封墊而有所不同, 采用搭扣式密封墊可以有效的避免膠水中可能含有的氯離子對板片的腐蝕, 并且設(shè)備拆裝更加方便。又如焊接式板式換熱器的耐溫耐壓明顯好于可拆式板式換熱器,

9、 可以達到250 ℃、2. 5MPa 。因此同樣是板式換熱器, 因其形式的多樣性,可以應(yīng)用于較為廣泛的領(lǐng)域,在大多數(shù)熱交換工藝過程都可以使用。 雖然板式換熱器有多種形式, 但其工作原理大致相同。板式換熱器主要是通過外力將換熱板片夾緊組裝在一起, 介質(zhì)通過換熱板片上的通孔在板片表面進行流動, 在板片波紋的作用下形成激烈的湍流, 猶如用筷子攪動

10、杯中的熱水, 加大了換熱的面積。冷熱介質(zhì)分別在換熱板片的兩側(cè)流動,湍流形成的大量換熱面與板片接觸, 通過板片來進行充分的熱傳遞,達到最終的換熱效果。冷熱介質(zhì)的隔離主要通過密封墊的</p><p><b>　?。ǘ?、設(shè)計參數(shù)</b></p><p><b>　　確定物性參數(shù)</b></p><p>　　

11、煤油的定性溫度：      密度          ρ0＝780kg/m3 定壓比熱容    Cp0＝2.20kJ/kg℃ 熱導(dǎo)率        λ0＝0.138W/m℃ 粘度&#

12、160;         μ0＝0.536mPa﹒s 水的定性溫度： 密度          ρi＝997.7kg/m3  定壓比熱容    Cpi＝4.183kJ/kg℃ 熱導(dǎo)率 &#

13、160;      λi＝0.601W/ m℃ 粘度         μi＝0.955m Pa﹒s</p><p>　?。ㄈ?、計算總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　1、熱流量</b></p><p>

14、　　kJ/h=1038.8 KW</p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　△tm1=(△t1-△t2)/㏑(△t1/△t2)=(132-45)/㏑(132/45)</p><p><b>　　式中：℃ ,℃</b></p><p><b>　　求得℃</

15、b></p><p><b>　　冷卻水用量</b></p><p><b>　　(kg/h)</b></p><p>　　3、流計算平均溫差、校正系數(shù)</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù)</p><p><b>　　R=</b></p

16、><p>　　按單殼程，偶數(shù)管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)查有關(guān)圖表，可得</p><p><b>　　ψ=0.96</b></p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　△tm=ψ△tm1=0.96X80.84=77.61℃</p><p><b>　

17、　4、計算傳熱面積</b></p><p>　　求傳熱面積需要先知道K值，根據(jù)資料查得煤油和水之間的傳熱系數(shù)在350 W/(㎡.℃)左右，先取K值為300W/(㎡.℃)計算</p><p>　　由Q=KA△tm 得</p><p><b>　　(㎡)</b></p><p><b>　　5、工藝結(jié)構(gòu)

18、尺寸</b></p><p>　　在決定管數(shù)和管長時，首先要選定管內(nèi)流速ui，按書中表6-1冷卻水走管程的流速為1—3.5 m/s，取流速為ui=1.7m/s，設(shè)所需單管程數(shù)為n，選用¢ 25mmX2傳熱管（碳鋼）的內(nèi)徑為0.021m，從管內(nèi)體積流量</p><p><b>　　Vi=</b></p><p><b&

19、gt;　　計算求得n=33根</b></p><p>　　按單程計算，所需傳熱管長度為</p><p><b>　　L=</b></p><p>　　選用4.5m長的管，4管程，則一臺換熱器的總管數(shù)根。查附錄十九得相近固定管板式換熱器的主要參數(shù)</p><p>　　初選固定管板式換熱器的主要參數(shù)</p&

20、gt;<p>　　可對數(shù)據(jù)做如下核算：</p><p>　?。?）每程的管數(shù)你，管程流通面積，與查的的0.0125 m十分接近。</p><p>　?。?）傳熱面積A=n=，比查得的數(shù)據(jù)稍大，這是由于管長的一下部分要用于在管板上固定管子，應(yīng)以A=49.7m為準。</p><p>　?。?）中心排管數(shù)nc=1.1 =1.1，差別不大可取表中的15根。&l

21、t;/p><p><b>　　5、阻力損失計算</b></p><p><b>　?。?）管程</b></p><p><b>　　管程流體流速</b></p><p><b>　　= (m/s)</b></p><p><b&g

22、t;　　Re=</b></p><p>　　摩擦系數(shù) 傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得 W/(m.℃)</p><p><b>　　管程流動阻力</b></p><p>　　上式中：，,1.4，， </p><p>　　由Re=33608傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得 W/(m.℃)，流速 (m/s)， kg/m&

23、#179;，所以</p><p><b>　?。≒a）</b></p><p><b>　?。≒a）</b></p><p>　　（Pa）＜0.6MPa</p><p><b>　?。?）殼程</b></p><p>　　取折流板間距h=0.2m<

24、/p><p><b>　　計算截面積 </b></p><p><b>　　=m/s</b></p><p><b>　　Reo=</b></p><p><b>　　Reo＞500</b></p><p><b>　　摩擦

25、系數(shù) </b></p><p><b>　　折流擋板數(shù) </b></p><p><b>　　殼程阻力損失 </b></p><p><b>　　流經(jīng)管束的阻力</b></p><p>　　，,m/s F=0.5</p><p><

26、;b>　　故 （Pa） </b></p><p>　　流體流經(jīng)折流板口的阻力</p><p>　　上式中：h=0.2m,D=0.5 m</p><p><b>　　故 （Pa）</b></p><p><b>　　總阻力</b></p><p>&l

27、t;b>　　（Pa）</b></p><p>　　總的阻力損失大于10KPa小于設(shè)計壓力30KPa，壓力降合適。</p><p><b>　　6、傳熱計算</b></p><p>　　（1）管程給熱系數(shù)。以上已算出Re=33608</p><p><b>　　計算Pr=</b>&l

28、t;/p><p>　?。?）殼程=0.36RPr()</p><p><b>　　Reo=6185</b></p><p><b>　　普蘭特準數(shù)</b></p><p><b>　　Pr=</b></p><p><b>　　粘度校正 ()≈1&

29、lt;/b></p><p>　　故 =0.36XX6185X8.545 =494W/(㎡.℃)</p><p><b>　　傳熱系數(shù)K</b></p><p><b>　　K=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　

30、=317.5W/(㎡.℃)</p><p><b>　　傳熱面積A</b></p><p><b>　　A=（m）</b></p><p>　　與換熱器列出的面積A=49.7㎡比較，有17.9%的裕度。從阻力損失和傳熱面積的核算看，原選的換熱器經(jīng)過改動后，可以適用。</p><p>　?。ㄋ模Q熱器

31、主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計是培養(yǎng)個人綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練，也起著培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力的重要作用。</p><p>　　在換熱器的設(shè)計過程中,我感覺我的理論運用于實際的能力得到了提升，主要有以下幾點： </p>

32、<p>　　(1)掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集)的能力；</p><p>　　(2)樹立了既考慮技術(shù)上的先進性與可行性，又考慮經(jīng)濟上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護的正確設(shè)計思想，在這種設(shè)計思想的指導(dǎo)下去分析和解決實際問題的能力；</p><p>　　(3)培養(yǎng)了迅速準確的進行工程計算的能力；</p>&

33、lt;p>　　(4)學(xué)會了用簡潔的文字，清晰的圖表來表達自己設(shè)計思想的能力。</p><p>　　從設(shè)計結(jié)果可看出，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，折流板數(shù)越多、殼徑越大，這主要是因為煤油的出口溫度增高，總的傳熱溫差下降，所以換熱面積要增大，才能保證Q和K.因此，換熱器尺寸增大，金屬材料消耗量相應(yīng)增大.通過這個設(shè)計，我們可以知道，為提高傳熱效率，降低經(jīng)濟投入，設(shè)計參數(shù)的選擇十分重要.</p

34、><p><b>　　主要參考文獻</b></p><p>　　《化工原理》天津大學(xué)化工原理教研室編 天津：天津大學(xué)出版社. （1999）</p><p>　　《換熱器》秦叔經(jīng)、葉文邦等 ，化學(xué)工業(yè)出版社（2003）</p><p>　　《化工原理（第三版）上、下冊》譚天恩、竇梅、周明華等，化學(xué)工業(yè)出版社（2006）<