課程設(shè)計(jì)---列管式換熱器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　項(xiàng)目類別： 化工原理課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目： 列管式換熱器的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一

2、 設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件，確定設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　1.1 選擇換熱器的類型2</p><p>　　1.2 管程安排3</p><p>　　二. 確定物性數(shù)據(jù)3</p><p>　　三. 計(jì)算總傳熱系數(shù)4</p><p><b>　　3.1熱流量4</b></p>

3、<p>　　3.2平均傳熱溫差5</p><p>　　3.3冷卻水用量5</p><p>　　3.4殼程數(shù)的確定5</p><p>　　四. 計(jì)算殼程的傳熱系數(shù)和傳熱面積5</p><p>　　4.1殼程傳熱系數(shù)5</p><p>　　4.2確定污垢熱阻6</p><p>

4、;　　4.3總傳熱系數(shù)7</p><p>　　4.4計(jì)算傳熱面積7</p><p>　　五. 工藝結(jié)構(gòu)尺寸7</p><p>　　5.1管徑和管內(nèi)流速7</p><p>　　5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)7</p><p>　　5.3傳熱管排列和分程方法8</p><p><b>

5、　　5.4殼體內(nèi)徑8</b></p><p><b>　　5.5折流板8</b></p><p><b>　　5.6接管9</b></p><p>　　六．計(jì)算管程的對(duì)流傳熱系數(shù)9</p><p>　　七．殼程矯正和欲度計(jì)算10</p><p>　　7.

6、1 殼程流體流通截面積10</p><p>　　7.2確定污垢熱阻11</p><p>　　7.3總傳熱系數(shù)K11</p><p>　　八.計(jì)算壓強(qiáng)降11</p><p>　　8.1計(jì)算管程壓強(qiáng)降11</p><p>　　8.2 計(jì)算課程壓降強(qiáng)12</p><p>　　九 換熱器的

7、部分結(jié)構(gòu)圖13</p><p>　　9.1管子在管板上的排列14</p><p><b>　　9.2殼體圖15</b></p><p>　　9.3 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表：16</p><p>　　十 設(shè)計(jì)心得：17</p><p>　　十一 參考文獻(xiàn)：17</p&g

8、t;<p>　　一 設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件，確定設(shè)計(jì)方案</p><p>　　某生產(chǎn)過程的流程，用自來水將煤油從140℃冷卻至40℃，而水從入口溫度30℃到出口溫度為40℃。已知煤油的流量為19.8×10噸/年，壓力不大于105Pa ,每年按330天計(jì)，每天24h連續(xù)運(yùn)行。試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。</p><p>　　1.1 選擇換熱器的類型</p

9、><p>　　兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度140℃ 出口溫度40℃；冷流體進(jìn)口溫度30℃，出口溫度為40℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻。初步思考運(yùn)用固定管板式的</p><p>　　兩端管板和殼體制成一體。因此它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低的優(yōu)點(diǎn)。但是殼程清洗和檢修困難，殼程流體必須是潔凈而不易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩流體的溫差較大時(shí)，應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，當(dāng)外殼和管束熱膨脹不同

10、時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形（拉伸或壓縮），以適應(yīng)外殼和管束不同的熱膨脹程度。這種補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單。</p><p><b>　　1.2 管程安排</b></p><p>　　從兩物流的操作壓力看，且由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，煤油走殼程。</p><p><

11、b>　　二. 確定物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度為</p><p><b>　　T= =90℃ </b></p><p>　　管程流體的定性溫度為</p><p><b>　　t=℃&

12、lt;/b></p><p>　　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)。對(duì)煤油來說，最可靠的無形數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。若不具備此條件，則應(yīng)查取煤油的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　煤油在90℃下的物性數(shù)據(jù)如下（來自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）：</p><p>　　密度 </p><p>　　定壓比熱容 =2

13、.22kJ/kg.℃</p><p>　　熱導(dǎo)率 =0.14w/m.℃</p><p>　　粘度 </p><p>　　循環(huán)水在35℃ 下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　密度=994㎏/m3</p><p>　　定壓比熱容=4.174kJ/kg℃</p>&l

14、t;p>　　熱導(dǎo)率 =0.626w/m℃</p><p>　　粘度 </p><p>　　三. 計(jì)算總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　3.1熱流量 </b></p><p><b>　　Q1=</b></p><p>　　=

15、19.8×10×2.22×(140-40)=5.55×106kj/h =1541.7kw</p><p>　　3.2平均傳熱溫差 先按照純逆流計(jì)算，得</p><p><b>　　=℃</b></p><p>　　3.3冷卻水用量 </p><p><b>　　ω

16、i==</b></p><p><b>　　3.4殼程數(shù)的確定</b></p><p><b>　　R=.0</b></p><p><b>　　P=</b></p><p>　　由R、P值查圖2-13a得</p><p>　　>0.8

17、,故可選用單殼程的列管式換熱器。</p><p>　　==0.95×39.1℃=37.1℃</p><p>　　四. 計(jì)算殼程的傳熱系數(shù)和傳熱面積 </p><p><b>　　4.1殼程傳熱系數(shù)</b></p><p>　　換熱器中心附近管排中流體流通截面積為</p><p>　　A=

18、hD(1－)＝0.2×0.6（１－）＝0.02625m</p><p>　　式中 h――折流擋板間距，取200mm;</p><p>　　t――管中心距，對(duì)Φ25×2.5傳熱管，t=32mm。</p><p>　　因?yàn)閃=19.8×10×10/330×24×3600=6.944kg/s，所以</p

19、><p>　　V===0.0084m/s</p><p>　　U==0.32m/s</p><p><b>　　由正三角形排列，得</b></p><p><b>　　d==</b></p><p>　　R==7458.46</p><p>　　因?yàn)镽在2

20、范圍內(nèi)，故可用下式計(jì)算</p><p><b>　　=0.36</b></p><p>　　液體被冷卻，取=1.0，所以</p><p><b>　　4.2確定污垢熱阻</b></p><p>　　R=0.00021 （水）</p><p>　　R=0.000172（煤油）&

21、lt;/p><p><b>　　4.3總傳熱系數(shù)K</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=549w/m2.oc</p><p><b>　　4.4計(jì)算傳熱面積</b></p><p>　　由K值計(jì)算傳熱面積S</p>

22、;<p><b>　　=71.82 m</b></p><p>　　考慮到15%的面積欲度，S=1.15S=1.1571.82=82.6 m</p><p><b>　　五. 工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　5.1管徑和管內(nèi)流速 </p><p>　　選用Φ25×

23、;2.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速u1=1.0m/s。</p><p>　　5.2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><b>　　ns=</b></p><p>　　按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 </p><p><b>

24、　　L=</b></p><p>　　按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為</p><p><b>　　Np=</b></p><p>　　傳熱管總根數(shù) N=118×4=236 ，查表修正為232.</p><

25、;p>　　5.3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=1.25dO，則 </p><p>　　t=1.25×25=31.25≈32㎜</p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù)</p><p>　　nc=1.19=1.19=18(根),取標(biāo)準(zhǔn)

26、值16根.</p><p>　　5.4殼體內(nèi)徑 </p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu),取管板利用率η=0.8，則殼體內(nèi)徑為</p><p><b>　　D=1.05t</b></p><p>　　圓整可取D=600mm</p><p><b>　　5.5折流板 </b>

27、;</p><p>　　采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為</p><p>　　h=0.25×600=150m，故可取h=150mm</p><p>　　取折流板間距B=0.3D，則 B=0.3×600=180mm，可取B為200mm。</p><p><b>　　折流板

28、數(shù)目NB=</b></p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p><p><b>　　5.6接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水流速為u=1.0m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　圓整后可取管內(nèi)徑為100mm。</p><p>　　管程流體進(jìn)出口

29、接管：取接管內(nèi)液體流速u2=1.0m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　圓整后去管內(nèi)徑為207mm</p><p>　　六．計(jì)算管程的對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　七．殼程矯正和欲度計(jì)算 </p><p>　　7.1 殼程流體流通截面積&l

30、t;/p><p>　　V===0.0084m/s</p><p>　　u==0.23m/s</p><p><b>　　由正三角形排列，得</b></p><p><b>　　d==</b></p><p><b>　　R==5360.8</b></p

31、><p>　　因?yàn)镽在2范圍內(nèi)，故可用下式計(jì)算</p><p><b>　　=0.36</b></p><p>　　液體被冷卻，取=1.0，所以</p><p><b>　　7.2確定污垢熱阻</b></p><p>　　R=0.00021 （水）</p><

32、p>　　R=0.000172（煤油）</p><p><b>　　7.3總傳熱系數(shù)K</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=482.9w/m2.oc</p><p>　　所選用換熱器要求傳熱系數(shù)為482.9 w/m2.oc，在傳熱任務(wù)所規(guī)定的流動(dòng)條件下，計(jì)算出的

33、傳熱系數(shù)為549w/m2.oc，所選的換熱器的安全系數(shù)為：</p><p>　　則該換熱器傳熱面積的欲度符合要求。</p><p><b>　　八.計(jì)算壓強(qiáng)降</b></p><p>　　8.1計(jì)算管程壓強(qiáng)降</p><p><b>　　前面已算出:</b></p><p>

34、<b>　　(湍流)。</b></p><p>　　取管壁粗糙度為0.1mm，則，由摩擦系數(shù)圖查出</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　對(duì)于的管子，所以</b></p><p>　　=（6532+1491）1.421</p>&l

35、t;p><b>　　22464pa</b></p><p>　　8.2 計(jì)算課程壓降強(qiáng)</p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　管子為正三角形排列，取F=0.5</p><p>　　折流板間距 h=0.2m</p><p><b

36、>　　折流板數(shù)</b></p><p>　　u==0.23m/s</p><p><b>　　R==5360.8</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　從上面計(jì)算可知，該換熱器管程與課程的壓強(qiáng)降均滿足題設(shè)不大于的要求，故所選換熱器合適。<

37、;/p><p>　　九 換熱器的部分結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　9.1管子在管板上的排列</p><p>　　9.2殼體圖 </p><p><b>　　固定管板式</b></p><p>　　9.3 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表：</p&

38、gt;<p><b>　　十 設(shè)計(jì)心得：</b></p><p>　　這次設(shè)計(jì)，重新算了許多次，真所謂累的你不得不理解里面的許多知識(shí)點(diǎn)啊。全身疲憊的狠，這樣也讓自己增加了不少的知識(shí)，特別是做完的時(shí)候超有成就感。</p><p>　　過程很重要，結(jié)果也重要，只要你理解了，你就會(huì)設(shè)計(jì)自己的換熱器。</p><p><b>　

39、　十一 參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1． 王明輝主編，《化工單元過程課程設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年</p><p>　　2． 柴誠(chéng)敬 王軍 張纓編，《化工原理課程設(shè)計(jì)》，天津科學(xué)技術(shù)出版社，2006年</p><p>　　3． 秦叔經(jīng) 葉文邦等編，《換熱器》，化學(xué)工業(yè)出版設(shè)，2003年</p><p>　　4．