化工原理課程設(shè)計-- 用水冷卻25%甘油的列管式換熱器設(shè)計

1、<p>　　列管式換熱器設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、設(shè)計題目------------------------------------------------------- 1</p><p>　　二、設(shè)計條件---------------------------------------

2、---------------- 1</p><p>　　三、相關(guān)物性數(shù)據(jù)------------------------------------------------- 1</p><p>　　四、設(shè)備形式------------------------------------------------------- 2</p><p>　　五、流動空間安排及流向

3、的選擇---------------------------- -- 2</p><p>　　六、設(shè)計計算------------------------------------------------------- 3</p><p>　　1.熱力設(shè)計------------------------------------- 3</p><p>　　2.初選換熱器

4、規(guī)格------------------------------- 4</p><p>　　3.總傳熱系數(shù)的核算 ---------------------------- 4</p><p>　　4.污垢熱阻------------------------------------- 6</p><p>　　5.計算總傳熱系數(shù)---------------------

5、---------- 6</p><p>　　6.傳熱面積裕度--------------------------------- 6</p><p>　　7.壁溫計算------------------------------------- 6</p><p>　　8.核算壓強降----------------------------------- 7</p&

6、gt;<p>　　七、輔助設(shè)備的計算及選型------------------------------------ 9</p><p>　　八、設(shè)計結(jié)果一覽表--------------------------------------------- 11</p><p>　　九、附錄-----------------------------------------------

7、------------- 12</p><p><b>　　任務(wù)書</b></p><p><b>　　設(shè)計題目</b></p><p>　　用水冷卻25%甘油的列管式換熱器設(shè)計</p><p><b>　　二、設(shè)計條件</b></p><p><

8、;b>　　甘油</b></p><p><b>　　處理量：</b></p><p><b>　　進口溫度：</b></p><p><b>　　出口溫度：</b></p><p><b>　　壓強降：</b></p>&l

9、t;p><b>　　冷卻水</b></p><p><b>　　進口溫度：</b></p><p><b>　　出口溫度：</b></p><p><b>　　壓強降：</b></p><p><b>　　三、相關(guān)物性數(shù)據(jù)</b>

10、;</p><p><b>　　1.計算定性溫度</b></p><p><b>　　殼程甘油定性溫度：</b></p><p>　　管程循環(huán)水定性溫度：</p><p>　　2.根據(jù)定性溫度查詢相關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　?。?）甘油70℃下的物性數(shù)據(jù)：</

11、p><p><b>　　密度：</b></p><p><b>　　定壓比熱容：</b></p><p><b>　　熱導率：</b></p><p><b>　　粘度：</b></p><p>　?。?）循環(huán)冷卻水在25℃下的物性數(shù)據(jù)

12、：</p><p><b>　　密度：</b></p><p><b>　　定壓比熱容：</b></p><p><b>　　熱導率：</b></p><p><b>　　粘度：</b></p><p>　　循環(huán)冷卻水在下的比熱容：

13、</p><p>　　根據(jù)，其中是水溶液的比熱，為無水甘油的比熱，為水的比熱，為溶液中甘油的質(zhì)量分數(shù)，則25%甘油的定壓比熱容為：</p><p>　　3.每年按356天計，每天24小時連續(xù)運行。</p><p><b>　　四、設(shè)備形式</b></p><p>　　浮頭式換熱器管束膨脹不受殼體約束，所以殼體與管束之間不

14、會由于膨脹量的不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。而且在清洗和檢修時，僅需將管束從殼體中抽出即可，所以能適用于管殼壁間溫差較大，或易于腐蝕和易于結(jié)垢的場合。由于該過程溫差較大，所以綜合各個換熱器的特點，確定選用浮頭式換熱器。</p><p>　　流動空間安排及流向的選擇</p><p>　　因被冷卻的流體走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。再加上甘油水溶液屬于粘度較大的液體，在有折流擋板的殼程

15、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，可以提高對流傳熱系數(shù)。另一方面，由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，25%甘油走殼程，循環(huán)冷卻水走管程。</p><p>　　當冷、熱流體的進出口溫度相同時，逆流操作的平均推動力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體，所需的傳熱面積較小。逆流操作時，冷卻介質(zhì)溫升可選擇得較大因而冷卻

16、介質(zhì)用量可以較小。顯然在一般情況下，逆流操作總是優(yōu)于并流。故在此過程中采用逆流 。</p><p>　　___________________</p><p>　　①И.И.ГУБМАИ等.測定皂角甘油中油脂含量的快速方法[J].日用化學工業(yè)譯叢.1998,4(1):40-40</p><p><b>　　六、設(shè)計計算</b></p>

17、;<p><b>　　1、熱力設(shè)計</b></p><p>　?。?）傳熱速率（熱負荷）Q</p><p>　　已知液體的質(zhì)量流量，傳熱的冷、熱流體均沒有相變化，且忽略熱損失，則：</p><p><b>　　冷卻水用量</b></p><p><b>　?。?）平均溫度差&

18、lt;/b></p><p>　　暫按單殼程、多管程，且純逆流計算，此時：</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù)：</p><p>　　因R與P存在，按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查有關(guān)圖表判斷流動形式。以代替，代替,查同一圖線得。由于，故應(yīng)選用逆流傳熱。</p><p>　　表1 對數(shù)平均溫差校正系數(shù)</p><p>

19、;<b>　　初選換熱器規(guī)格</b></p><p>　　根據(jù)25%甘油的粘度，參照管殼式換熱器用作冷卻器時，可以將25%甘油看做中有機物，根據(jù)教材P64的表2-6可知，其傳熱系數(shù)K的大致范圍290—698，所以初取，估算傳熱面積：</p><p>　　據(jù)此，由換熱器系列標準中選定換熱器，有關(guān)參數(shù)見下表：</p><p>　　3.總傳熱系數(shù)的核

20、算</p><p><b>　　①管程傳熱系數(shù)：</b></p><p><b>　　水的質(zhì)量流速：</b></p><p><b>　　管程流通截面積：</b></p><p><b>　　循環(huán)水流速：</b></p><p>&

21、lt;b>　　，則：</b></p><p>　　故該流動屬于圓直管內(nèi)湍流，根據(jù)流體無相變時的對流體傳熱系數(shù)表，有</p><p>　　___________________</p><p>　?、陉惷艉?，叢德滋，方圖南，齊明齋：《化工原理（上冊）》第三版，化學工業(yè)出版社2013年版，第299頁及203頁。</p><p>

22、　?、垴R江權(quán)，冷一欣：《化工原理課程設(shè)計》第二版，中國石化出版社2014年版，第65頁。</p><p><b>　?、跉こ虃鳠嵯禂?shù)</b></p><p><b>　　管心距</b></p><p>　　由板間距一般為殼體內(nèi)徑的0.2~1.0倍，則選擇板間距為450mm，流體通過的橫截面面積為：</p>&

23、lt;p><b>　　流速：</b></p><p>　　因為采用正方形45°排列，管間距為50mm時，管群的當量直徑：</p><p>　　殼程中甘油被冷卻，，則</p><p><b>　　污垢熱阻</b></p><p>　　查閱資料得管側(cè)、殼側(cè)的污垢熱阻分別?。?lt;/p&

24、gt;<p><b>　　不銹鋼管：</b></p><p><b>　　計算總傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　故：</b></p><p><b>　　傳熱面積裕度</b></p><p><b>　　計算傳熱面積S

25、為</b></p><p>　　根據(jù)管子數(shù)量為n=472根，則該換熱器的實際傳熱面積：</p><p>　　該換熱器的面積裕度為</p><p>　　為保證換熱器操作的可靠性，一般使換熱器的面積裕度大于15％～25％?，F(xiàn)在該換熱器有21.1％的面積裕度，在15％～25％范圍，傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p&

26、gt;<b>　　壁溫計算</b></p><p>　　為檢驗所選換熱器的型式是否合適，是否需要加設(shè)溫度補償裝置等，所以要進行壁溫計算。</p><p>　　_______________</p><p>　　④馬江權(quán)，冷一欣：《化工原理課程設(shè)計》第二版，中國石化出版社2014年版，第66頁，表2-9</p><p>&

27、lt;b>　?。?）換熱管壁溫</b></p><p><b>　　已知 ，</b></p><p><b>　　由可得：</b></p><p><b>　　管體壁溫</b></p><p>　　殼體壁溫的計算方法與傳熱管壁溫的計算方法類似。</p&g

28、t;<p><b>　　已知 </b></p><p><b>　　根據(jù)，解得：</b></p><p>　　這里由于傳熱條件使殼體壁溫接近于熱流體溫度，所以殼體壁溫可取殼程流體的溫度。且殼體壁溫與傳熱管壁溫之差為：</p><p>　　該溫差小于50℃，故不需設(shè)置溫差補償裝置。</p>&l

29、t;p><b>　　核算壓強降</b></p><p><b>　?。?）管程壓力降</b></p><p>　　多管程列管換熱器，管程壓力降，</p><p>　?、贋橹惫苤心Σ磷枇σ鸬膲毫?，計算如下：</p><p>　　，其中，已求得，設(shè)，查莫狄圖得摩擦阻力系數(shù)，故：</p&g

30、t;<p>　?、趶澒茏枇σ鸬膲毫担?lt;/p><p>　　③為結(jié)垢校正系數(shù)，無因次，的換熱管取1.4</p><p>　　④為串聯(lián)的殼程數(shù)，為管程數(shù)，設(shè)計，</p><p><b>　　綜上，</b></p><p>　　管程流體壓強在規(guī)定范圍內(nèi)。</p><p><b&g

31、t;　　殼程壓力降</b></p><p>　　用Esso法計算，根據(jù)公式 </p><p>　　其中，由于循環(huán)水是液體，則</p><p>　　管子正方形45°排列，</p><p>　　取隔板間距450mm，則折流板數(shù)目為：</p><p><b>　　殼程流通面積：</

32、b></p><p><b>　　符合公式要求。</b></p><p>　　因此殼程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　輔助設(shè)備的計算及選型</p><p><b>　　1、管箱</b></p><p>　　因為該換熱器為固定板式換熱器，故采用固定式官箱，造

33、價便宜。</p><p><b>　　2、封頭</b></p><p>　　因為DN≥400mm，所以采用圓形封頭。</p><p><b>　　3、折流板</b></p><p>　　折流板采用缺25%的弓形折流板。</p><p>　　h = 0.25900 = 225m

34、m </p><p>　　取隔板間距B=450mm，則折流板數(shù)目</p><p><b>　　4、接管</b></p><p>　?。?）管程流體進出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速=4.0m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p>　?。?）殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)甘油流速=2.0m/s，則接管內(nèi)徑為</p>

35、<p>　　查取手冊--GB/T8163-2008無縫鋼管規(guī)格表</p><p>　　管程接管的規(guī)格選擇： </p><p>　　殼程接管的規(guī)格選擇：</p><p><b>　　5、導流筒</b></p><p>　　殼程流體的進出口和管板間必須存在有一段流體不能流動的空間（死角），為了提高傳熱效果，常

36、在管束外增設(shè)導流筒，使流體進出殼程時必然經(jīng)過這個空間。</p><p><b>　　6、放氣孔、排氣孔</b></p><p>　　換熱器的殼體上常設(shè)有放氣孔、排氣孔，以排除不凝氣體和冷凝液等。</p><p>　　_________________</p><p><b>　?、菀姼戒洝?lt;/b>&

37、lt;/p><p><b>　　八、設(shè)計結(jié)果一覽表</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]И.И.ГУБМАИ等.測定皂角中油脂含量的快速方法[J].日用化學工業(yè)譯叢.1998,4(1):40-40</p><p>　　[2]馬江權(quán)，冷一欣：《化工原理課程設(shè)計》