化工原理課程設(shè)計(jì)---列管式換熱器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　生命科學(xué)學(xué)院</b></p><p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　（2010級(jí)）</b></p><p>　　題 目 甲醇冷凝冷卻器的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　目錄<

2、;/b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)書······························

3、83;·······························3</p><p>　　方案簡(jiǎn)介

4、83;····································&

5、#183;··························4</p><p>　　方案設(shè)計(jì)·····&

6、#183;····································

7、;······················7</p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案·········

8、83;····································&

9、#183;··············7</p><p>　　確定物性數(shù)據(jù)·················

10、;····································

11、83;·······7</p><p>　　計(jì)算總傳熱系數(shù)························

12、···································7</p>

13、;<p>　　計(jì)算傳熱面積·································&#

14、183;···························8</p><p>　　工藝結(jié)構(gòu)尺寸····

15、····································

16、3;····················8</p><p>　　換熱器核算···········

17、83;····································&

18、#183;··············10</p><p>　　設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表················

19、83;····································&

20、#183;····13</p><p>　　五、對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述··························&#

21、183;·································14</p><

22、p>　　六、參考文獻(xiàn)··································

23、83;·····························15</p><p>　　七、主要符號(hào)說(shuō)明·

24、3;····································&#

25、183;·····················16</p><p>　　八、附圖··········&

26、#183;····································

27、;·····················17</p><p>　　1. 摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及相對(duì)粗糙的關(guān)系圖········

28、·····························17</p><p>　　2.換熱管排列方式··

29、····································

30、3;···················17</p><p>　　3.折流擋板形式············

31、;····································

32、83;···········18</p><p>　　4. 溫度校正系數(shù)圖···················&#

33、183;····································

34、·19</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　甲醇冷凝冷卻器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</b></p><p>　　處理能力 12000

35、kg/h甲醇。</p><p>　　設(shè)備形式 列管式換熱器</p><p><b>　　操作條件</b></p><p>　?、偌状迹喝肟跍囟?4℃，出口溫度50℃，壓力為常壓。</p><p>　?、诶鋮s介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30℃。出口溫度40℃，壓力為0.3MPa。</p><p>　　

36、③允許壓降：不大于Pa。</p><p>　?、苊磕臧?30天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)作。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算。</p><p><b>　　二、方案簡(jiǎn)介</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)是利

37、用冷流體（水）給甲醇降溫。利用熱傳遞過(guò)程中對(duì)流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產(chǎn)中用到的列管式換熱器.</p><p>　　選擇換熱器時(shí),要遵循經(jīng)濟(jì),傳熱效果優(yōu),方便清洗,復(fù)合實(shí)際需要等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場(chǎng)合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用

38、。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。</p><p><b>　　表2-1.</b></p><p>　　表2-2.列管式換熱器內(nèi)的適宜流速范圍 </p><p>　　表2-3.不同粘度液體的流速（以普通鋼壁為例）</p>

39、<p><b>　　三、方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1．確定設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　（1）選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：</p><p>　　熱流體進(jìn)口溫度64℃，出口溫度50℃冷流體。</p><p>

40、　　冷流體進(jìn)口溫度30℃，出口溫度40℃。</p><p>　　從兩流體溫度來(lái)看，估計(jì)換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會(huì)很大，因此初步確定選用列管式換熱器。</p><p>　　（2）流動(dòng)空間及流速的確定 </p><p>　　由于甲醇的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，甲醇走殼程。另外，這樣的選擇可以使甲醇通過(guò)殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時(shí)，在此選擇逆流。

41、選用ф25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/ｓ。 </p><p><b>　　2、確定物性數(shù)據(jù) </b></p><p>　　定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 </p><p>　　殼程硝基苯的定性溫度為：</p><p>　　管程流體的定性溫度為： </p><p>

42、　　根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 </p><p>　　甲醇在57℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： </p><p>　　密度　　 ρo=791 kg/m3</p><p>　　定壓比熱容　 cpo=2.495kJ/(kg·℃)</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)　　 λo=0.212W/(m·℃)<

43、;/p><p>　　粘度　　 μo=0.000597 Pa·s</p><p>　　冷卻水在35℃下的物性數(shù)據(jù)： </p><p>　　密度　　 ρi=994kg/m3</p><p>　　定壓比熱容　 cpi=4.08 kJ/(kg·℃)</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)　　 λi=0.6

44、26 W/(m·℃)</p><p>　　粘度　　　　 μi=0.000725 Pa·s</p><p>　　3．計(jì)算總傳熱系數(shù) </p><p><b>　?。?）熱流量 </b></p><p>　　Qo=WocpoΔto=12000×2.495×(64-50)=4.19

45、15;10^5kJ/h=116.4 kW</p><p>　?。?）平均傳熱溫差 </p><p><b>　?。?）冷卻水用量 </b></p><p>　　（4）總傳熱系數(shù)K </p><p><b>　　管程傳熱系數(shù) </b></p><p><b>　　殼程

46、傳熱系數(shù) </b></p><p>　　假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)αo=6000 W/(m2·℃)； </p><p>　　污垢熱阻Rsi=0.000344 m2·℃/W , Rso=0.00017197 m2·℃/W</p><p>　　管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45 W/(m·℃)</p><p>&l

47、t;b>　　4、計(jì)算傳熱面積 </b></p><p>　　考慮 15％的面積裕度，S=1.15×S''=1.15×9.8=11.27m2</p><p><b>　　5、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 </b></p><p>　　（1）管徑和管內(nèi)流速及管長(zhǎng) </p><p>　　選

48、用ф25mm×2.5mm傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=0.5m/s，選用管長(zhǎng)為6m</p><p>　?。?）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>　　按單程管計(jì)算其流速為</p><p>　　（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) </p><p>　　平

49、均傳熱溫差校正系數(shù) </p><p>　　按單殼程，單管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表?？傻?lt;/p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　（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)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，則 <

50、/p><p>　　t=1.25×25=31.25≈32(mm)橫過(guò)管束中心線的管數(shù)</p><p><b>　?。?）殼體內(nèi)徑 </b></p><p>　　采用單管程結(jié)構(gòu)，則殼體內(nèi)徑為 </p><p>　　圓整可取D＝250mm </p><p><b>　?。?）折流板 &

51、lt;/b></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35％，則切去的圓缺高度為h＝0.35×250＝70mm，故可取h＝87.5 mm。 </p><p>　　取折流板間距B＝0.6D，則B＝0.6×250＝150mm，可取B為150。 </p><p>　　折流板數(shù) NB=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距-1=6000/

52、150-1=39(塊)</p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。 </p><p><b>　?。?）接管 </b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)硝基苯流速為 u＝15m/s，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為19mm。 </p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管

53、：取接管內(nèi)冷卻水流速 u＝1.5 m/s，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　取內(nèi)徑為49mm無(wú)縫鋼管。</p><p><b>　　6．換熱器核算 </b></p><p><b>　?。?）熱量核算 </b></p><p>　?、贇こ虒?duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式 </p&

54、gt;<p>　　當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 </p><p><b>　　殼程流通截面積 </b></p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 </p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù) </b></p><p><b>　　粘度校正 </b></p&

55、gt;<p>　　②管程對(duì)流傳熱系數(shù) </p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p><b>　　管程流體流速 </b></p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>　?、蹅鳠嵯禂?shù)K</b>&

56、lt;/p><p><b>　?、軅鳠崦娣eS</b></p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp</p><p>　　該換熱器的面積裕度為 </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>　　（2）換熱器內(nèi)流體的壓力降 </p><p>

57、;<b>　?、俟艹塘鲃?dòng)阻力 </b></p><p>　　∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp</p><p>　　Ns=1, Np=2, Ft=1.4</p><p>　　由Re＝135647，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01/20＝0.0005，查莫狄圖得λi＝0.0 25W/m·℃， </p><p>　　

58、流速ui＝0.914m/s，ρ＝994 kg/m3，所以 </p><p>　　管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。</p><p><b>　?、跉こ虊毫?lt;/b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力 </p><p>　　流體流過(guò)折流板缺口的阻力 </p><p>　　殼程壓力降也在合理壓力降范圍內(nèi)

59、。 </p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</b></p><p><b>　　表格 1</b></p><p><b>　　五、對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述</b></p><p>　　初次接觸化工原理課程設(shè)計(jì)，還荒謬地以為是像其他課程一樣是實(shí)驗(yàn)類的，聽(tīng)課的時(shí)候也一頭霧水，根本不知

60、道該做什么，該怎么做，無(wú)從下手，只是覺(jué)得好難。有一段時(shí)間都在觀望。</p><p>　　所以自己設(shè)計(jì)的時(shí)候只能是根據(jù)老師提供的模板，用新的數(shù)據(jù)代替舊的數(shù)據(jù)，其他的公式完全照抄，花了一天時(shí)間，終于把計(jì)算部分完成了。裕度15％，在合理范圍內(nèi)，但是，一看壓力降，徹底崩潰了，12多千帕，天啊，完全不合理。再細(xì)看模板和自己的設(shè)計(jì)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，我的設(shè)計(jì)根本是行不同，果真用這設(shè)計(jì)的話，也是謀財(cái)害命。</p>

61、;<p>　　所以我決定重新來(lái)過(guò)。這時(shí)離交作業(yè)還有三天，做出來(lái)的裕度居然一直都在50％以上，重新分析計(jì)算的過(guò)程中也出現(xiàn)了幾次錯(cuò)誤，由于急于求成，算出來(lái)后的結(jié)果偏離太多，檢查才發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，而且老師給的模板里面也有一些錯(cuò)誤，這樣照搬下去的一些公式就除了問(wèn)題了，只好靜下來(lái)認(rèn)真地理解和消化原有的一些公式，這樣又一次重新算過(guò)。</p><p>　　因此，有花了一天的時(shí)間在計(jì)算上。</p>

62、;<p>　　那么接下來(lái)就是畫圖了，由于學(xué)過(guò)機(jī)械制圖，以為畫圖比較簡(jiǎn)單，5個(gè)小時(shí)左右可以完成，誰(shuí)知道，畫圖更難，這主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，沒(méi)有兼顧考慮到畫圖，因此設(shè)計(jì)出來(lái)的管數(shù)很難安排，冥思苦想了好久，換了好多方案，查了好多資料，換了多種排列方法，還是行不通。</p><p>　　最終，只好把管數(shù)安排成易于排列的數(shù)目，才解決了這個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　其實(shí)，在整個(gè)過(guò)程中

63、，雖然遇到了很多問(wèn)題，也犯了不少錯(cuò)誤，但是自己真的學(xué)到了很多東西，比如word文檔公式的運(yùn)用，比如如何使自己的設(shè)計(jì)更加合理，這就要求自己在設(shè)計(jì)前要詳細(xì)的考慮各種可能出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法，才能達(dá)到事半功倍的效果。我覺(jué)得，如何查找數(shù)據(jù)也很重要，假如自己查不到數(shù)據(jù)，接下來(lái)的工作完全沒(méi)辦法做，假如查的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，那設(shè)計(jì)出來(lái)的東西也是錯(cuò)誤的，而且很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)&

64、lt;/b></p><p>　　《化工原理》，王志魁 編，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》，潘國(guó)呂，郭慶豐 編著，清華大學(xué)出版社，1996.</p><p>　　《化工物性算圖手冊(cè)》，劉光啟等 編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　《生物工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)》，尹亮，黃儒強(qiáng) 編.</p

65、><p>　　《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) 》《化學(xué)化工工具書》等.</p><p><b>　　七、主要符號(hào)說(shuō)明</b></p><p><b>　　表格 2</b></p><p><b>　　八、附圖</b></p><p>　　摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及相對(duì)粗糙的