化工原理課程設計--用水冷卻乙酸甲酯列管式換熱器設計

1、<p>　　課程設計說明書（論文）</p><p>　　題目 用水冷卻乙酸甲酯列管式換熱器設計任務書</p><p>　　課 程 名 稱 化工原理 </p><p>　　院 (系、部、中心) 資環(huán)學院 </p><p>　　專 業(yè) 生物工程 </

2、p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　符號說明</b></p><p>　　1.1物理量（英文字母）.................................................................1</p><p>　　1.2物理量（希臘字母

3、）.................................................................1</p><p>　　設計目的 .................................................................1</p><p>　　設計實例 .....................

4、............................................2</p><p>　　確定設計方案 .................................................................2</p><p>　　4.1.1選擇換熱器的類型 ..................................

5、..............................3</p><p>　　4.1.流動空間及流速的測定………………………………. 3</p><p>　　五．確定物性數據 ... ............................................................3</p><p><b>　　六．計算

6、總傳熱系數</b></p><p>　　6.1.熱流量…………………………………………………..4</p><p>　　6.2. 平均傳熱溫差…………………………………………4 </p><p>　　6.3 .冷卻水用量……………………………………………..4</p><p>　　6.4.總傳熱系數K……………………………………

7、………..4</p><p>　　七．計算傳熱面積 ...............................................................5</p><p>　　八. 工藝結構尺寸………………………………………………..5</p><p>　　5.1.1 管徑和管內流速 ......................

8、.....................................5</p><p>　　5.1.2 殼程數和傳熱殼數 .........................................................6</p><p>　　5.1.3 平均傳熱溫差校正及殼程數 ........................................

9、.....6</p><p>　　5.1.4 傳熱管排列和分程方法 .............................................6</p><p>　　5.1.5 殼體內徑 .............................................................8</p><p&

10、gt;　　5.1.6 折流板 ...........................................................8</p><p>　　5.1.7 接管 .............................................................8</p><p>　　九．換

11、熱器核算 ............................................................9</p><p>　　6.1.1 熱量核算 .............................................................9</p><p>　　6.1.2換熱器內流體的流動阻力

12、 ..................................................11</p><p>　　十．設計結果一覽表………………………………………………..12</p><p>　　十一.總結……………………………………………………………….13</p><p><b>　　一、符號說明：</b></p>

13、;<p>　　1.1物理量（英文字母）</p><p>　　B 折流板間間距，m n 指數</p><p>　　Cp 定壓比熱容，kJ/(kg·℃） N 管數</p><p>　　d 管徑，m S 傳熱面積

14、，m2</p><p>　　D 換熱器內徑，m t 管心距，m</p><p>　　f 摩擦因數 u 流速，m/s</p><p><b>　　F 系數</b></p><p>　　G 重力加速度，m

15、/s2</p><p>　　P 壓力，pa；</p><p>　　1.2 物理量（希臘字母）</p><p>　　ɑ 對流傳熱系數，W/(m2·℃） ρ 密度，Kg/m3</p><p>　　λ 導熱系數，W/(m2·℃） Δ 有限差值 </p>

16、;<p>　　μ 粘度 Pa·s</p><p><b>　　下標</b></p><p>　　О 管外 m 平均</p><p><b>　　設計目的</b></p><p>　　通過課題設計進一

17、步鞏固課程所學內容，培養(yǎng)學生運用理論知識進行化工單元過程設計的能力，使學生能夠系統(tǒng)的運用知識。通過本次設計，學生應該了解設計的內容，方法及步驟，使學生具有調研技術資料，自行確定設計方案，獨自設計計算，準確繪制圖樣，編寫設計說明。 </p><p><b>　　（三）設計實例</b><

18、/p><p><b>　　操作條件：</b></p><p>　　1、處理能力：二萬噸/年乙酸甲酯。</p><p>　　2、熱流體：入口溫度88℃，出口溫度42℃。</p><p>　　3、冷卻介質：循環(huán)水，入口溫度28 ℃，出口溫度36℃。</p><p>　　4、允許壓強降：不大于10kPa。&

19、lt;/p><p>　　殼程總壓力降小于5kpa, 管程總壓力降小于10kpa</p><p>　　5、每天24h連續(xù)運行。（每年按 300天計）</p><p><b>　　（四）確定設計方案</b></p><p>　　1 選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體（乙酸甲

20、酯）進口溫度88℃，出口溫度42℃；冷流體（循環(huán)水）進口溫度28℃，出口溫度36℃。改換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較小，因此初步確定選用不帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。</p><p>　　2 流動空間及流速的測定</p><p>　　由于循環(huán)冷卻水較易結垢，為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，熱水（乙酸甲酯）走殼程。選用25×

21、2.5的碳鋼管，管內流速取ui=0.5m/s。</p><p><b>　?。ㄎ澹┐_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>　　殼程乙酸甲酯的定性溫度為： </p><p>　　管程流體的定性溫度為： </p><p>　　根據定性溫度，分

22、別查取殼程和管程流體的有關物性數據。</p><p>　?。┯嬎憧倐鳠嵯禂?lt;/p><p><b>　　1.熱流量</b></p><p>　　Wo=1×20000×1000÷300÷24≈2777.78kg/h</p><p>　　Qo=WocpoΔto=2777.78

23、15;1.97×(88-42)=251722.22 kJ/h=69.923 kW</p><p><b>　　2. 平均傳熱溫差</b></p><p>　　熱 冷</p><p>　　3 .冷卻水用量 88 36</p&g

24、t;<p>　　42 28</p><p>　　4. 總傳熱系數K </p><p><b>　　管程傳熱系數 </b></p><p><b>　　殼程傳熱系數 </b></p><p>　　假設殼程的傳熱系數αo=290 W/(m2·℃)；

25、</p><p>　　污垢熱阻Rsi=0.000344 m2·℃/W , Rso=0.000172 m2·℃/W</p><p>　　管壁的導熱系數λ=45 W/(m·℃)</p><p>　　初選總傳熱系數395K W/(m2·℃）</p><p>　?。ㄆ撸?、計算傳熱面積 </p>&

26、lt;p>　　考慮 15％的面積裕度，S=1.15×S''=1.15×6.11=7.03m2</p><p>　?。ò耍?、工藝結構尺寸 </p><p>　?。?）管徑和管內流速及管長 </p><p>　　選用ф25mm×2.5mm傳熱管(碳鋼)，取管內流速ui=0.5m/s，選用管長為L=6m</p>

27、;<p>　　表3-1 換熱器常用流速的范圍</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>　　按單管程設計，傳熱管過長，宜采用多殼管程結構。先取傳熱管長L=6m，則該換熱器殼程數為 (管程)<

28、;/p><p>　　傳熱管總根數N=15*1=15（根）</p><p>　?。?）平均傳熱溫差校正及殼程數 </p><p>　　平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>

29、<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 </p><p>　　t=1.25×25=31.25≈32(mm)橫過管束中心線的管數</p><p><b>　　· </b></p>&

30、lt;p>　　轉熱管排列方式——正方形直列</p><p><b>　?。?）殼體內徑 </b></p><p>　　采用單管程結構，取管板利用率η=0.7，則殼體內徑為 </p><p>　　精確公式D=t（Nc-1）+3do=32*（4-1）+3*25=171mm</p><p>　　圓整可取D＝200mm &

31、lt;/p><p>　　GB151－89《鋼制管殼式換熱器》(以下簡稱GB151)中的3.9.3.2條規(guī)定：“折流板的最小間距應不小于圓筒內直徑的五分之一，且不小于50mm。最大間距應不大于圓筒內直徑，且滿足表3－22的要求”。</p><p>　　表3－22　　　　　mm </p><p><b>　　（6）折流板 </b></p>

32、<p>　　采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25％，則切去的圓缺高度為h＝0.25×200＝50mm，故可取h＝100mm。 </p><p>　　取折流板間距B＝0.3D，則B＝0.3×200＝60mm，可取B為100mm。 </p><p>　　折流板數 NB=傳熱管長/折流板間距-1=6000/100-1=59(塊)</p>

33、<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：取接管內乙酸甲酯流速為 u＝1m/s，則接管內徑為 </p><p>　　取標準管管徑為30mm。 </p><p>　　管程流體進出口接管：取接管內冷卻水流速 u＝1.5 m/s

34、，則接管內徑為 </p><p>　　取標準管管徑為40mm。</p><p>　?。ň牛?、換熱器核算 </p><p><b>　　熱量核算 </b></p><p>　　圖 殼程摩擦系數f與Re的關系</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>

35、;<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>

36、;<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><

37、;/p><p><b>　?、軅鳠崦娣eS</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>&

38、lt;b>　?、俟艹塘鲃幼枇?</b></p><p>　　∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp</p><p>　　Ns=1, Np=1, Ft=1.4</p><p>　　由Re＝10455，傳熱管相對粗糙度0.01/20＝0.0005，查莫狄圖得λi＝0.0375W/m·℃， </p><p>　　流速u

39、i＝0.420m/s，ρ＝995.7 kg/m3，所以 </p><p>　　管程壓力降在允許范圍之內。</p><p><b>　　②殼程壓力降</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。

40、 </p><p><b>　　十、設計結果一覽表</b></p><p><b>　　表格 1</b></p><p><b>　　十一、總結</b></p><p>　　通過本次課程設計，我對換熱器的結構、性能都有了一定的了解，同時，在設計過程中，我也掌握了一定的工藝計算方

41、法。</p><p>　　換熱器是化工廠中重要的化工設備之一，而且種類繁多，特點不一，因此，選擇合適的換熱器是相當重要的。在本次設計中，我發(fā)現進行換熱器的選擇和設計是要通過反復計算，對各項結果進行比較后，從中確定出比較合適的或最優(yōu)的設計，為此，設計時應考慮很多方面的因素。</p><p>　　在滿足工藝條件的前提下選擇合適的換熱器類型，通過分析操作要求及計算，本次設計選用換熱器為上述計算結

42、果。</p><p>　　此外，其他因素（如加熱和冷卻介質用量，換熱器的檢修和操作等），在設計時也是不可忽略的。根據操作要求。</p><p>　　在檢修和操作方面，固定管板式換熱器由于兩端管板和殼體連接成一體，因此不便于清洗和檢修。</p><p>　　本次設計中，在滿足傳熱要求的前提下，考慮了其他各項問題，但它們之間是相互矛盾的。如：若設計換熱器的總傳熱系數較大

43、，將導致流體通過換熱器的壓強降（阻力）增大，相應地增加了動力費用；若增加換熱器的表面積，可能使總傳熱系數或壓強降減小，但卻又受到換熱器所能允許的尺寸限制，且換熱器的造價也提高了。因此，只能綜合考慮來選擇相對合適的換熱器。</p><p>　　然而在本次設計中由于經驗不足，知識有限，還是存在著很多問題。比如在設計中未考慮對成本進行核算，僅在滿足操作要求下進行設計，在經濟上是否合理還有待分析。在設計的過程中我發(fā)現板式