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文檔簡介
1 多殼程列管式換熱器的設計方案 一、 符號說明: 二、 理量(英文字母) C ) n 管數(shù) 容量流率比 N 程數(shù) d 管徑 ,m P 壓強 , 換熱器殼徑 ,m q 熱通量 ,W/m f 摩擦系數(shù) Q 傳熱速率或熱負荷 ,W F 系數(shù) r 汽化熱或冷凝熱 KJ/kg g 重力加速度 , m/s R 熱阻, m B 擋板間距 S 傳熱面積, m K 總傳熱系數(shù) ,W/(m T 流體溫度, C I 長度 ,m t 流體溫度, C L 長度 ,m v 流速 m/s 理量(希臘字母) 對流 傳熱系數(shù) ,W/(m 黏度, 導熱系數(shù) ,W/(m 密度 ,kg/m 傳熱系數(shù) 校正系數(shù) 2 二、設計目的 通過課程設計進一步鞏固本課程所學的內(nèi)容,培養(yǎng)學生運用所學理論知識進行化工單元過程設計的初步能力,使所學知識系統(tǒng)化。通過本次設計,應了解設計的內(nèi)容、方法及步驟,使學生有調(diào)研技術資料,自行確定設計方案,進行設計計算,并繪制設備條件圖、編寫設計說明書的能力。 三、參數(shù)與條件設置: 知參數(shù): ( 1 )熱流體(柴油): 80 , 30 ,6000kg/h; ( 2)冷流體(油品): 0 , 10 ,壓力 計條件: ( 1) 殼程數(shù): 2; ( 2) 壓力降 程流速 6 程數(shù)和傳熱管 根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 3600815/(40216422 (根 ) 按照單程管計算,所需的傳熱管長度為 = S , S= 因殼程 =2,管程 =1,所以 )(661 按單程管設計,傳熱管過長,則采用多管程結(jié)構(gòu)?,F(xiàn)在傳熱管長 L=6m,則該換熱管程數(shù)為 88881 N (根) 表 5計方案中選取的 4 種管程的管程布置 均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 011011 12 tT 0 1 3 01 8 012 21 因為殼程 = 2 按照多殼程,單管程結(jié)構(gòu),溫差校正應查有關圖表。但 R=1 程數(shù) 流動順序 管箱隔板 介質(zhì)返回側(cè)隔板 7 的點在圖上難以讀出, 由化工原理上冊232 19可得 : t 平均傳熱溫差 圖 殼程摩擦系數(shù) f 0與 的關系 熱管排列和分程方法 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。去管心距 t= 8 )( 橫過管束中心線的管數(shù) 體內(nèi)徑 采用多殼程結(jié)構(gòu),則殼體內(nèi)徑為 )( 20 2 12(323)1(0 圓整可取 D=350 折流板 采用弓形折流板 ,取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%,則切去的圓缺高度為 h ,故可取 h=90折流板間距 B= )(10 535 03.0 ,故取 B 為 110 折流板數(shù) (塊)折流板間距 傳熱管長 3 2 61 03 6 0 0 01- 折流板圓缺面水平裝配。 管 殼程流體進出口接管:取接管內(nèi)柴油流速為 u=s,則接管內(nèi)徑 )(0 1 7 1 53 6 0 0/(3 6 0 0 044 管程流體進出口接管:取接管內(nèi)原油流速為 u=s,則 )(0 1 1 8153 6 0 0/(4 0 2 1 64 熱器核算 量核算 9 ( 1)殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板,可采用克恩公式 ( 當量直徑,由正三角形排列得 )(0 2 2 (4)42 3(4 20202e 殼程流通截面積 : )( 300 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 )/(7153600/(36000 30 7913103 0 普蘭特準數(shù) 0 粘度校正 1)( w )./( (2)管程對流傳熱系數(shù) d 管程流通截面積 10 )(0 13 2 mS i 管程流體流速 )/(8153600/(40216 i 5 37 9103 8 普蘭特準數(shù) 031 0 0 )./( ( 3) 傳熱系數(shù) K )./(( 4) 傳熱面積 S )(01240 23 該換熱器的實際傳熱面積 (288(60 2 20 該換熱器的面積裕度為 %67%1 0 7 7%1 0 0 S p 傳熱面積合適,該換熱器能完成任務。 熱器內(nèi)流體的 流動阻力 ( 1) 管程流動阻力 ( 21 11 ,2 2,22221 由 379,傳熱管相對粗糙度 ,查莫狄圖得 i由 ,傳熱管相對粗糙度 ,查莫狄圖得 管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。 ( 2) 殼程阻力 ( ,2,10 N 流體流經(jīng)管束的阻力 2)1(20,1 1 35, )(12562 326(26,122,10c 流體流過折流板缺口的阻力 )()2,220,2 總阻力 12 殼程流動阻力也比較適宜。 ( 3) 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見表 5 5熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 換熱器型式:浮游器式換熱器 管口表 換熱面積 符號 尺寸 用途 連接型式 工藝參數(shù) a 名稱 管程 殼程 b 物料名稱 原油 煤油 c 操作壓力, d 操作溫度 , c 180/130 110/60 e 排氣口 流量, kg/h f 放凈口 流體密度, kg/825 附圖 流速, m/s 熱量, 總傳熱系數(shù), w/對流傳熱系數(shù), w/ 污垢系數(shù), m 阻力降, 程數(shù) 推薦使用材料 碳鋼 碳鋼 管子規(guī)格 管數(shù) 管間距, 排列方式 折流板型式 間距體內(nèi)徑 保溫層厚度, 六、本設計的個人小結(jié): 通過本次課程設計,我對換熱器的結(jié)構(gòu) 、 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法。 13 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(xiàn)進行換熱器的選擇和設計是要通過反復計算,對各項結(jié)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。 首先要滿足傳熱的要求,本次設計時,由于初選總傳熱系數(shù)不合適,使規(guī)定條件下的計算結(jié)果與初設值的比值不在要求范圍內(nèi),因此,經(jīng)過多次計算,才選擇到合適 的 K 值為 2/443,計算結(jié)果為2/360,安全系數(shù)為 滿足要求。 其次,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(jié)果。 再次,從壓強降來看,管程約為 10401程約為 4432低于要求值( 50因此,可適當加大流速,從而加大對流傳熱系數(shù),減少污垢在管子表面上沉積的可能性,即降低污垢熱阻,然而,流速增加,流動阻力也會隨之增大,動 南京工程學院課程設計說明書(化工原理課程設計 ) 力消耗就增多,因此,作出經(jīng)濟衡算在確定流速時是相當重要的。 此 外,其他因素(如加熱和冷卻介質(zhì)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(jù)操作要求。 14 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。 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(shù)較大,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(shù)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。 然而在本次設計中由于經(jīng)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(jīng)濟上是否合理還有待分析。在設計的過程中我發(fā)現(xiàn)板式換熱器采用同一板片組成不同幾何尺寸和形狀的流道(非對稱流道)解決了兩側(cè)水流量不等的問題,同時與對稱結(jié)構(gòu)相比具有相同的耐壓性和使用壽
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