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文檔簡介
1、<p> 化工原理課程設計說明書</p><p> 題目名稱:列管式換熱器</p><p> 系 部:化學與環(huán)境工程系</p><p> 專業(yè)班級:應用化工技術12-班(民)</p><p><b> 摘要</b></p><p> 本次課程設計是列管式換熱器的設計。列
2、管式換熱器的設計和分析包括熱力設計、流動設計、結構設計以及強度設計,其中以熱力設計最為重要。列管式的換熱器的設計內容主要包括根據(jù)換熱任務和有關要求確定設計方案,試算和初選換熱器的規(guī)格(包括計算熱負荷和冷卻油流量,計算兩流體的平均溫度差,初選換熱器規(guī)格);核算管程、殼程壓強降;核算總傳熱系數(shù)。本組選擇的換熱器為型換熱器,計算結果為:K的估計值為145,的計算值是169,,在1.15-1.25范圍內,所選換熱器合適。</p>
3、<p> 關鍵詞:列管式換熱器;設計;計算;結論</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 1前言1</b></p><p> 1.1 固定管板式換熱器2</p><p> 1.2 浮頭式換熱器2</p><p>
4、 1.3 U型管式換熱器2</p><p> 2列管式換熱器的工藝設計2</p><p> 2.1試算和初選換熱器的規(guī)格3</p><p> 2.1.1計算熱負荷和冷卻油的流量3</p><p> 2.1.2計算兩流體的平均溫度差4</p><p> 2.1.3初選換熱器規(guī)格4</p>
5、<p> 2.2核算壓強降5</p><p> 2.2.1管程壓強降5</p><p> 2.3核算總傳熱系數(shù)8</p><p> 2.3.1管程對流傳熱系數(shù) αi8</p><p> 2.3.2殼程對流傳熱系數(shù) αo8</p><p> 2.3.3污垢熱阻10</p>
6、<p> 2.3.4總傳熱系數(shù) KO10</p><p> 2.4設計結果匯總表11</p><p><b> 3.參考文獻12</b></p><p><b> 4.設計自評12</b></p><p><b> 1前言</b></p&g
7、t;<p> 換熱設備是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設備,是在化工、石油、輕工、食品、動力、制藥、冶金等許多工業(yè)部門中廣泛應用的一種工藝設備。在煉油、化工裝置中,換熱器占設備數(shù)量的40%左右,占總投資的30%-45%。隨著環(huán)境保護要求的提高,近年來,加氫裝置的要求越來越多,如加氫裂化,煤油加氫,汽油、柴油加氫和潤滑油加氫等,所需的高溫、高壓的換熱設備的數(shù)量隨之加大,在這些場合,換熱設備通常占總投資的50%以上。換熱設備
8、也是回收余熱、廢熱,特別是地位熱能的有效裝置。</p><p> 列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質可分別采用普通碳鋼、紫銅或不銹剛制作。在進行換熱時,一種流體由封頭的連接管處進入,在管內流動,從封頭另一端的出口管流出,這稱為管程;另一種流體由殼體的接管進入,從殼體上的另一接管處流出,這稱為殼程。</p><p&
9、gt; 列管式換熱器種類很多,目前廣泛使用的按其溫差補償結構來分,主要有以下幾種。</p><p> 1.1 固定管板式換熱器</p><p> 這類換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜,但管外不能機械清洗。此類換熱器管束連接在管板上,管板分別焊在外殼兩邊,并在其上連接有頂蓋,頂蓋和殼體裝有流體進出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時,管子和管板于外殼的連接都是剛性的,
10、而管內、管外是兩種不同溫度的流體。因此,當管壁與殼壁溫差較大時,由于兩者的熱膨脹不同,產(chǎn)生了很大的溫差應力,以至管子扭彎或使管子從管板上松脫,甚至毀壞換熱器。</p><p> 為了克服溫差應力,必須有溫差補償裝置。一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時,為了安全起見,換熱器應有溫差補償裝置。但補償裝置(膨脹節(jié))只能用在殼壁與管壁溫差低于60-70℃和殼程流體壓強不高的情況。一般殼程壓強超過0.6Mpa時,由于補
11、償圈過厚,難以伸縮,失去溫差補償?shù)淖饔?,就應考慮其他結構。</p><p> 1.2 浮頭式換熱器</p><p> 換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接,另一塊管板不與外殼連接,以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮,但在這塊管板上連接一個頂蓋,稱之為“浮頭”,所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點是:管束可以拉出,以便清洗,但是結構較復雜,造價比固定管板式的高20%左右。</p>
12、;<p> 1.3 U型管式換熱器</p><p> U型管式換熱器,每根管子都彎成U型,兩端固定在同一塊管板上,每根管子皆可自由伸縮,從而解決熱補償問題。管程至少為2程,管束可以抽出清洗,管子可以自由膨脹。其缺點是:管子內壁清洗困難,管子更換困難,管板上排列的管子少。優(yōu)點是:結構簡單、質量輕、適用于高溫高壓條件。</p><p> 2列管式換熱器的工藝設計</p
13、><p> 第五小組 設計任務和設計條件</p><p> 流量為30kg/s的某油品從150℃降到110℃,將原油從25℃加熱到60℃,已知定性溫度下兩流體的物性如下表:</p><p> 試選用合適型號的換熱器。</p><p> 2.1試算和初選換熱器的規(guī)格</p><p> 本題為兩流體均不發(fā)生相變的傳熱
14、過程,根據(jù)兩流體的情況,因原油的對流傳熱系數(shù)一般較大,且易結垢,故選擇原油走換熱器的管程,油品走殼程。</p><p> 2.1.1計算熱負荷和冷卻油的流量</p><p><b> W</b></p><p><b> kg/s</b></p><p> 2.1.2計算兩流體的平均溫度差&
15、lt;/p><p> 暫按單殼程、多管程進行計算。逆流時平均溫度差為</p><p><b> ℃ </b></p><p><b> 而 </b></p><p> 由圖3-24查得 </p><p><b> 所以 </b></p
16、><p><b> ℃</b></p><p> 2.1.3初選換熱器規(guī)格</p><p> 根據(jù)兩流體的情況,假設 W/(㎡·℃)</p><p><b> 故 </b></p><p><b> m2</b></p>&
17、lt;p> 由于 ℃﹥ ℃,因此需考慮熱補償。據(jù)此,由換熱器系列標準(參見附錄中選定的型換熱器)。有關參數(shù)如下:</p><p><b> 實際傳熱面積 </b></p><p><b> ㎡</b></p><p> 若采用此傳熱面積的換熱器,則要求過程中的總傳熱系數(shù)為 W/(㎡·℃)。<
18、;/p><p><b> 2.2核算壓強降</b></p><p> 2.2.1管程壓強降</p><p><b> 式中 </b></p><p><b> 管程流通面積 </b></p><p><b> ㎡</b>&
19、lt;/p><p><b> m/s</b></p><p><b> (湍流)</b></p><p> 設管壁粗糙度 mm , ,由關系圖中查得:</p><p><b> 所以</b></p><p><b> Pa </b
20、></p><p><b> Pa</b></p><p><b> 則</b></p><p><b> Pa</b></p><p> 2.2.2殼程壓強降</p><p><b> 其中 </b></p&
21、gt;<p> 管子為正方形斜轉45°排列,</p><p> 取折流擋板間距 m</p><p><b> 殼程流通面積</b></p><p><b> ㎡</b></p><p><b> m/s</b></p><
22、;p><b> ?。?</b></p><p><b> 所以</b></p><p><b> Pa</b></p><p><b> Pa</b></p><p><b> Pa</b></p><
23、;p> 計算表明,殼程和殼程壓強降都能滿足要求。</p><p> 2.3核算總傳熱系數(shù)</p><p> 2.3.1管程對流傳熱系數(shù) αi </p><p><b> (湍流)</b></p><p><b> W/(㎡·℃)</b></p><p&g
24、t; 2.3.2殼程對流傳熱系數(shù) αo</p><p><b> 即 </b></p><p> 取換熱器列管之中心距 mm。流體通過管間最大截面積為</p><p><b> ㎡</b></p><p><b> ?。?s</b></p><p&g
25、t;<b> ?。?lt;/b></p><p> 殼程中油品被冷卻,取 。</p><p><b> 所以 </b></p><p><b> W/﹙㎡·℃﹚</b></p><p><b> 2.3.3污垢熱阻</b></p>
26、<p> 參見表3-16,管內、外測污垢熱阻分別取為 </p><p><b> ㎡·℃/W</b></p><p><b> ㎡·℃/W</b></p><p> 2.3.4總傳熱系數(shù) KO</p><p> 管壁熱阻可忽略時,總傳熱系數(shù) 為</p
27、><p><b> W/﹙㎡·℃﹚</b></p><p> 由前面的計算可知,選用該型號換熱器時要的總傳熱系數(shù)為145 W/﹙㎡·℃﹚,在規(guī)定的流動條件下,計算出的 為 169 W/﹙㎡·℃﹚,故選擇的換熱器是合適的。安全系數(shù)為</p><p><b> % %</b></p
28、><p> 2.4設計結果匯總表</p><p><b> 3.參考文獻</b></p><p> [1] 陳敏恒,叢德滋,方圖南,齊鳴齋.《化工原理》上冊,第二版,北京,化學工業(yè)出版社,1999.</p><p> [2] 楊祖榮主編.《化工原理》,第一版,北京,高等教育出版社,2004.</p>&
29、lt;p><b> 4.設計自評</b></p><p> 經(jīng)過一個星期的設計,讓我受益匪淺。通過一個星期的大量計算和查閱資料,大體上將換熱器的設計成功完成。雖然當中還存在少量問題,但這次設計對我來說還是比較成功的。在這次設計過程中,我學到了很多東西,感受也很深刻。</p><p> 這次的設計讓我明白了很多關于換熱器方面的知識,同時也讓我學會了怎樣去克服
30、困難,能夠讓我更加全面的去思考問題。在這次的設計過程中我遇到了不少困難,但通過詢問老師及和同組人的共同探討下,問題一一化解。與此同時,我學會了如何通過調節(jié)流速來改變流體湍動程度,使校正值符合要求,也學會了如何去確定管程、殼程以及怎樣核算、怎樣用公式等。在設計過程中,我更是加強了計算機的操作技術,特別是對公式編輯器的使用。</p><p> 總而言之,通過這次的設計,我收獲了很多。這真的是一次很好的鍛煉自己的機會
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