化工原理課程設計---列管式換熱器設計

1、<p><b>　　生命科學學院</b></p><p><b>　　化工原理課程設計</b></p><p><b>　?。?010級）</b></p><p>　　題 目 甲醇冷凝冷卻器的設計 </p><p><b>　　目錄<

2、;/b></p><p>　　一、設計任務書······························

3、83;·······························3</p><p>　　方案簡介

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

5、#183;··························4</p><p>　　方案設計·····&

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

7、;······················7</p><p>　　確定設計方案·········

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

9、#183;··············7</p><p>　　確定物性數據·················

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

11、83;·······7</p><p>　　計算總傳熱系數························

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

13、;<p>　　計算傳熱面積·································&#

14、183;···························8</p><p>　　工藝結構尺寸····

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

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

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

18、#183;··············10</p><p>　　設計結果一覽表················

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

20、#183;····13</p><p>　　五、對設計的評述··························&#

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

22、p>　　六、參考文獻··································

23、83;·····························15</p><p>　　七、主要符號說明·

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

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

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

27、;·····················17</p><p>　　1. 摩擦系數與雷諾數及相對粗糙的關系圖········

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. 溫度校正系數圖···················&#

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

34、·19</p><p><b>　　設計任務書</b></p><p><b>　　設計題目</b></p><p>　　甲醇冷凝冷卻器的設計</p><p><b>　　設計任務及操作條件</b></p><p>　　處理能力 12000

35、kg/h甲醇。</p><p>　　設備形式 列管式換熱器</p><p><b>　　操作條件</b></p><p>　　①甲醇：入口溫度64℃，出口溫度50℃，壓力為常壓。</p><p>　　②冷卻介質：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，每天24小時連續(xù)運作。</p><p><b>　　設計要求</b></p><p>　　選擇適宜的列管式換熱器并進行核算。</p><p><b>　　二、方案簡介</b></p><p>　　本設計任務是利

37、用冷流體（水）給甲醇降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，制成換熱器，以供生產需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產中用到的列管式換熱器.</p><p>　　選擇換熱器時,要遵循經濟,傳熱效果優(yōu),方便清洗,復合實際需要等原則。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合。而列管式換熱器在生產中被廣泛利用

38、。它的結構簡單、堅固、制造較容易、處理能力大、適應性大、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計基礎。</p><p><b>　　表2-1.</b></p><p>　　表2-2.列管式換熱器內的適宜流速范圍 </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、方案設計</b></p><p><b>　　1．確定設計方案</b></p><p>　?。?）選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：</p><p>　　熱流體進口溫度64℃，出口溫度50℃冷流體。</p><p>

40、　　冷流體進口溫度30℃，出口溫度40℃。</p><p>　　從兩流體溫度來看，估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會很大，因此初步確定選用列管式換熱器。</p><p>　?。?）流動空間及流速的確定 </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殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時，在此選擇逆流。

41、選用ф25×2.5的碳鋼管，管內流速取ui=0.5m/ｓ。 </p><p><b>　　2、確定物性數據 </b></p><p>　　定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 </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、　　根據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數據。 </p><p>　　甲醇在57℃下的有關物性數據如下： </p><p>　　密度　　 ρo=791 kg/m3</p><p>　　定壓比熱容　 cpo=2.495kJ/(kg·℃)</p><p>　　導熱系數　　 λo=0.212W/(m·℃)<

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

44、26 W/(m·℃)</p><p>　　粘度　　　　 μi=0.000725 Pa·s</p><p>　　3．計算總傳熱系數 </p><p><b>　　（1）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K </p><p><b>　　管程傳熱系數 </b></p><p><b>　　殼程

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

47、t;b>　　4、計算傳熱面積 </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、工藝結構尺寸 </b></p><p>　?。?）管徑和管內流速及管長 </p><p>　　選

48、用ф25mm×2.5mm傳熱管(碳鋼)，取管內流速ui=0.5m/s，選用管長為6m</p><p>　?。?）管程數和傳熱管數 </p><p>　　依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數 </p><p>　　按單程管計算其流速為</p><p>　?。?）平均傳熱溫差校正及殼程數 </p><p>　　平

49、均傳熱溫差校正系數 </p><p>　　按單殼程，單管程結構，溫差校正系數應查有關圖表?？傻?lt;/p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　?。?）傳熱管排列和分程方法 </p><p>　　采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，則 <

50、/p><p>　　t=1.25×25=31.25≈32(mm)橫過管束中心線的管數</p><p><b>　?。?）殼體內徑 </b></p><p>　　采用單管程結構，則殼體內徑為 </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 NB=傳熱管長/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>　　殼程流體進出口接管：取接管內硝基苯流速為 u＝15m/s，則接管內徑為 </p><p>　　取標準管徑為19mm。 </p><p>　　管程流體進出口接管

53、：取接管內冷卻水流速 u＝1.5 m/s，則接管內徑為 </p><p>　　取內徑為49mm無縫鋼管。</p><p><b>　　6．換熱器核算 </b></p><p><b>　?。?）熱量核算 </b></p><p>　?、贇こ虒α鱾鳠嵯禂?對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 </p&

54、gt;<p>　　當量直徑，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分別為 </p><p><b>　　普蘭特準數 </b></p><p><b>　　粘度校正 </b></p&

55、gt;<p>　?、诠艹虒α鱾鳠嵯禂?</p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p><b>　　管程流體流速 </b></p><p><b>　　普蘭特準數</b></p><p><b>　?、蹅鳠嵯禂礙</b>&

56、lt;/p><p><b>　　④傳熱面積S</b></p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積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任務。 </p><p>　?。?）換熱器內流體的壓力降 </p><p>

57、;<b>　?、俟艹塘鲃幼枇?</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。</p><p><b>　?、跉こ虊毫?lt;/b></p><p>　　流體流經管束的阻力 </p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力 </p><p>　　殼程壓力降也在合理壓力降范圍內

59、。 </p><p><b>　　四、設計結果一覽表</b></p><p><b>　　表格 1</b></p><p><b>　　五、對設計的評述</b></p><p>　　初次接觸化工原理課程設計，還荒謬地以為是像其他課程一樣是實驗類的，聽課的時候也一頭霧水，根本不知

60、道該做什么，該怎么做，無從下手，只是覺得好難。有一段時間都在觀望。</p><p>　　所以自己設計的時候只能是根據老師提供的模板，用新的數據代替舊的數據，其他的公式完全照抄，花了一天時間，終于把計算部分完成了。裕度15％，在合理范圍內，但是，一看壓力降，徹底崩潰了，12多千帕，天啊，完全不合理。再細看模板和自己的設計的時候，發(fā)現了很多問題，我的設計根本是行不同，果真用這設計的話，也是謀財害命。</p>

61、;<p>　　所以我決定重新來過。這時離交作業(yè)還有三天，做出來的裕度居然一直都在50％以上，重新分析計算的過程中也出現了幾次錯誤，由于急于求成，算出來后的結果偏離太多，檢查才發(fā)現部分數據出現了錯誤，而且老師給的模板里面也有一些錯誤，這樣照搬下去的一些公式就除了問題了，只好靜下來認真地理解和消化原有的一些公式，這樣又一次重新算過。</p><p>　　因此，有花了一天的時間在計算上。</p>

62、;<p>　　那么接下來就是畫圖了，由于學過機械制圖，以為畫圖比較簡單，5個小時左右可以完成，誰知道，畫圖更難，這主要是因為在設計的時候，沒有兼顧考慮到畫圖，因此設計出來的管數很難安排，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，只好把管數安排成易于排列的數目，才解決了這個問題。</p><p>　　其實，在整個過程中

63、，雖然遇到了很多問題，也犯了不少錯誤，但是自己真的學到了很多東西，比如word文檔公式的運用，比如如何使自己的設計更加合理，這就要求自己在設計前要詳細的考慮各種可能出現的問題和解決辦法，才能達到事半功倍的效果。我覺得，如何查找數據也很重要，假如自己查不到數據，接下來的工作完全沒辦法做，假如查的數據是錯誤的，那設計出來的東西也是錯誤的，而且很可能導致嚴重的后果。</p><p><b>　　六、參考文獻&

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

65、><p>　　《石油化工基礎數據手冊 》《化學化工工具書》等.</p><p><b>　　七、主要符號說明</b></p><p><b>　　表格 2</b></p><p><b>　　八、附圖</b></p><p>　　摩擦系數與雷諾數及相對粗糙的