化工原理課程設(shè)計(jì)02482.doc

1、前言熱交換器是進(jìn)行熱量之間傳遞的通用工藝設(shè)備 ,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門(mén) ,如化工、食品、電力。換熱器分類(lèi)方式多樣 ,按照其工作原理可分為 :直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類(lèi) ,其中間壁式換熱器用量最大,據(jù)統(tǒng)計(jì) ,這類(lèi)換熱器占總用量的 99 %。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類(lèi) ,其中管殼式換熱器使用量最大，以其在高溫、高壓和其他大型的換熱設(shè)備中性能良好， 因此被廣泛操作使用。 管殼式換熱器類(lèi)型也有多種，如，固定管板式換熱器、浮頭式換熱器及填料函式換熱器。近年來(lái)盡管管殼式換熱器倍受新型換熱器的挑戰(zhàn) ,但由于管殼式熱交換器具結(jié)效率高、便于清洗拆卸、操作彈性大、應(yīng)用材

2、料廣等優(yōu)點(diǎn),管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類(lèi)型換熱器。如何優(yōu)化改造管殼式換熱器，提高其換熱效率，便于操作，是現(xiàn)在換熱器優(yōu)化最關(guān)注的問(wèn)題。本說(shuō)明書(shū)目的是對(duì)有機(jī)物進(jìn)行冷卻，通過(guò)對(duì)管路進(jìn)行一系列設(shè)計(jì)，尋求一種較優(yōu)的方法。共享知識(shí)分享快樂(lè)2.52.1課題52.2553.153.2.53.3.5665.165.265.375.47887.187.28卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)7.3.97.4.107.5107.6.107.7.11.118.1118.1.1118.1.2 .128.1.3138.1.4138.1.5138.1.61415.17. 參考文獻(xiàn).20卑微如螻蟻

3、、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)二 課題及工藝要求2.1課題管殼式換熱器的設(shè)計(jì)選型2.2工藝要求要求將溫度為 90的某液態(tài)有機(jī)物冷卻到 70，此有機(jī)物的流量為 10.5 /s?，F(xiàn)擬用溫度為 t 1=30的冷水進(jìn)行冷卻。要求管殼式換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應(yīng)超過(guò)0.1MPa。已知有機(jī)物在特征溫度下的物性數(shù)據(jù)如下：=997kg/m =0.6mPa.scp=2.22kj/kg. =0.16w/m. 三 選定設(shè)計(jì)方案3.1 換熱器類(lèi)型的選擇液體有機(jī)物溫度變化情況： 90-70 .管殼式換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不超過(guò)0.1MPa。因此，估計(jì)冷、熱兩流體的溫差不大、 壓力不高，于是初步選定固定管板式換熱器。3.2

4、 確定流動(dòng)空間冷卻水為防結(jié)垢走管程，液體有機(jī)物為便于散熱走殼程。選用 25mm2.5mm的碳鋼管。3.3 流速的確定卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)初設(shè)管程流速 ui=1m/s四 確定物性數(shù)據(jù)冷卻劑：河水，從tm10及防止水中鹽類(lèi)析出為原則, 選擇出口溫度： t 2=40循環(huán)水的定性溫度為 t m4030 /235 C液體有機(jī)物的定性溫度為T(mén) =907080m2兩流體的溫差 Tm t m 803545 C50 C兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下物溫度 t比熱容 cp密粘度kJ/(kg導(dǎo)熱系數(shù)性kg/m3mPas)W/(m )流體有機(jī)物699970.62.220.16冷卻水359940.7

5、254.080.626五計(jì)算總傳熱系數(shù)5.1 熱流量Q0=m0cpt o=10.5 2.22 (90-70)=466.2kw5.2 平均傳熱溫差并流時(shí)，t1903060 Ct 2704030 C卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)t1t 26030t mt1ln 6043.3 Clnt230逆流時(shí)， t1904050 Ct 2 70 30 40 Ct1t 25040t m逆t144.8 Cln50t2ln40選擇逆流傳熱。5.3 冷卻水的用量Q0466.2 3600wi41135kg / hcpi t2 - t14.08 (40 30)5.4 總傳熱系數(shù)5.4 1 總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值見(jiàn)課本附

6、錄，選擇時(shí)除要考慮流體的物性和操作條件外，還應(yīng)考慮換熱器的類(lèi)型。總傳熱系數(shù)的選擇高溫流體低溫流體總傳熱系數(shù) /W/3（m）水水14002840甲醇、氫水14002840有 機(jī)物 水4308500.5mPas220570有 機(jī)物 冷凍鹽水0.5mPas280710有機(jī)物 (0.5-1)水Pas有 機(jī)物 水28 4300.5mPas氣體水12 280水冷凍鹽水5701200水冷凍鹽水230580硫酸水870卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)四氯化碳氯化鈣溶液76氯化氫氣（冷卻除鹽水35 175外）35 175氯氣（冷卻除外）水焙燒 SO2氣體水230465氮水66水水41011605.4 2根

7、據(jù)管程走循環(huán)水，殼程走有機(jī)物，總傳熱系數(shù)K現(xiàn)暫?。篕 570W/m 2 C六 . 計(jì)算傳熱面積A 0Q466.210318.26m2Kt m 逆57044.8面積裕度=15%，A=A01.15=21 m2根據(jù) A可以選擇下述標(biāo)準(zhǔn)換熱器（查附錄得） ：（排列方式：正三角形）公稱(chēng)直公稱(chēng)壓管程數(shù)管子根中心排管程流換熱管管心距換熱徑力N數(shù)管數(shù)通面積長(zhǎng)度/mm面積DN/mmPN/nN T/m 2L/mm/m 2MPa252.5mm4004294110.014845003232.5七.工藝結(jié)構(gòu)尺寸7.1 管徑及管內(nèi)流速選取 =25X2.5mm碳鋼管；管內(nèi)水流速u(mài)=1m/S;7.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù) :nv

8、41135/(994 3600)370.7850.02 236.621根4d i卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)按單管程計(jì)算時(shí)，所需傳熱管長(zhǎng)為A21L7.23md 0 ns3.14 0.025 37因此按單程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，可以采用多管程設(shè)計(jì)。若換熱管長(zhǎng)L=4.5, 管程數(shù)為 NP=2 時(shí)，則A21ns59.4 60d0 L3.14 0.025 4.5每程管數(shù)為60/2=30uiv41135/(994 3600)管內(nèi)流速0.7850.0220.62604d ins7.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)T1T29070R=t1402t 230P=4030o.179030根據(jù)

9、如下溫差校正系數(shù)圖表單殼程卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)得：t =0.98平均傳熱溫差t m =ttm逆0.98 44.843.904o c7.4 傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用矩形排列。取管心距 t=1.25do=1.25X25=31.25 32mm 橫過(guò)管束中心線(xiàn)的管數(shù)cns 1.19 60 =9.22n =1.19圓取整 nc=107.5 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.75殼體內(nèi)徑 D=1.05t N /= 1.053260 / 0.75 =300.5mm圓整可取D=400mm7.6 折流擋板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺

10、高度為殼體內(nèi)徑的28%。卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)則切去的圓缺高度為h=0.28X400mm=112mm折流擋板間距B=0.6D=0.6X0.4=0.24mm折流擋板數(shù) NB=傳熱管長(zhǎng) / 折流板間距 =4500/240-1=18 塊采用折流板圓缺面水平裝配.相鄰兩折流板間距D=400mm管心距 t= 32mm查表得得折流板厚度為5mm折流板厚度與殼體內(nèi)徑及折流板間距有關(guān)見(jiàn)表5.5.1 所列數(shù)據(jù)。表 5.5.1.折流板厚度 / mm殼體公稱(chēng)相鄰兩折流板間距 /mm內(nèi)徑300300450450600600750750/mm2002503561010400700561010127006

11、8101216100010006101216167.7 接管管程流體出口接管：取接管內(nèi)流速u(mài)=1m/s 則接管內(nèi)徑為4v441135=0.121m圓整取 130mmd 23600994 3.14 1u1殼程流體出口接管：取接管內(nèi)流速u(mài)2=1.5m/s 則接管內(nèi)徑為卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)d14v441135圓取整 100mmu10.0988m3600 994 3.14 1.5八換熱器核算8.1 熱量核算8.1.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)采用弓形折流板，殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算式0.36o0.55pr1/30.14( o / w)oReode由三角形排列得當(dāng)量直徑43 t 24d02430

12、.03220.785 0.0025 2d e220.020d 03.140.0025殼程流通截面積s0 BD 1d00.240.0252t0.4 10.021m0.032殼程流體流速及雷諾數(shù)：qm110.50.502 m su00.021 997A2有deu0有0.0200.502 9971.7 104Re0=有0.6 10 3Cp2.221030.610 3Pr00.168.325黏度校正0.140.95w卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)10.140.36 Re0.550Pr 3deW0.360.16170000.5510.958.325 30.0201177W / m2C8.1.2

13、. 管程對(duì)流傳熱系數(shù)管程流通面積si 0.7850.02260107.910 3 m22管程流體流速41135/ 36009941.46m/ sui0.00790.021.4699440034Re1030.725普蘭特?cái)?shù)Cp4.0810 30.725103Pr0.6264.73i 0.023 Re i 0 .8 Pr 0.4 di0.0230.626400340.84.73 0.40.026444W / m2C8.1.3污垢熱阻Rsi0.000172m 2 O C / W ；Rso0.00022 OC/Wm熱導(dǎo)率w45W m 1 K 18.1.4傳熱系數(shù)卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)K

14、 c1d0d 0d0d 01RsiRsoi d id i2 wIndi010.0250.000172 0.0250.025 In 25164440.0200.02245241177787.4W /(m 2O C)8.1.5傳熱面積SpQ466.4 103214.79mK t m711 44.352該換熱器的實(shí)際傳熱面積為Sp2d0 LN T =3.14 0.025 (4.5-0.06)(60-10)=17.427 m換熱器的面積裕度SSP100%17.427 14.79HS100% 17.8%14.79所以該換熱器可行。8.1.6換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力1）管程流體阻力計(jì)算公式pi( p1p2

15、)Fs N s N pNs1,N p2, Fs1.5，3 由 Re 53605.07P(PiP)NNFtrsp s本換熱器設(shè)計(jì)中N S1, N P 2, Ft 1.43Pilu2i2di取鋼的管壁粗糙度為0.1mm卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)Re 40034 ，傳熱管相對(duì)粗糙度=0.10.005 ，查莫迪圖得0.033，d 20ui=1.46m/s，994Kg/ m3所以lu24.5 994 1.462p1i d20.0330.0227866Pau 22p23 9941.463178 Pa22pi(78663178)121.430923 Pa0.1MPa管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。2

16、）.殼程流體阻力pi( p0p1 )Ft N sN S1, Ft 12Poouo minFf oNTC (NB 1)2正三角形排列時(shí)， F=0.5f 05.0R 0.2285.0(1.710 4 ) 0.2280.54n =10,N =18 ,u =0.502m/scB0PO 0.50.549970.502210 (18 1)26445 Pa流體流過(guò)折流缺口的阻力2B2u0p1 N B 3.52DB=0.24mD=0.4mp1 140.2429970.50223.54045Pa0.42卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)總阻力pi =6445+4045=10409Pa九 換熱器主要計(jì)算結(jié)果匯

17、總參數(shù)管程殼程進(jìn)/ 出口溫度 / 30/4090/70定性溫度 / 3580物密度 / （Kg/）994997定壓比熱容4.082.22KJ/(Kg.K)性黏度 /Pa.s0.0007250.0006熱導(dǎo)率 w/(m.k)0.6260.16普朗特?cái)?shù)4.738.325設(shè)形式固定管臺(tái)數(shù)1備板式結(jié)殼體內(nèi)徑 /mm400殼程數(shù)1構(gòu)管徑 /mm25X2.5管心距 /mm32參管長(zhǎng) /mm4500管子排列正三角形數(shù)管數(shù)目 /根60折流板數(shù) / 個(gè)18傳熱面積 /17.427折流板間距240/mm管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象共享知識(shí)分享快樂(lè)主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速 /(m/s)1.460.502表

18、面?zhèn)鳠嵯禂?shù)64441177/w/(污垢熱阻 /(阻力 /Pa熱流量 /kw傳熱溫差 /k傳熱系數(shù) /w/(裕度 /%八主要符號(hào)說(shuō)明符號(hào)T 1T 2t1t 2oCPOo0.000210.0001723092510409466.244.325787.417.8意義及單位殼程流體進(jìn)口溫度殼程流體出口溫度管程流體進(jìn)口溫度管程流體出口溫度殼程流體密度 Kg/ m3殼程流體定壓比熱容Kj/（Kg.）殼程流體熱導(dǎo)率w/ （m.k）卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象oiCPiiiQ0tmK cA0nNpLnstDBNBuoPro共享知識(shí)分享快樂(lè)殼程流體黏度 mpa.s管程流體密度 Kg/ m3管程流體定壓比熱容Kj/（Kg.）管程流體熱導(dǎo)率w/ （m.k）管程流體黏度 mpa.s熱流量 Kw平均傳熱溫差k總傳熱系數(shù) w / (m2 ? k )估計(jì)得出的傳熱面積m2單管程管數(shù)管程數(shù)傳熱管長(zhǎng) m總管數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)管心距 mm殼體內(nèi)徑 mm管板利用率折流板間距 mm折流板數(shù)管內(nèi)流體流速 m/s殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)w / ( m2 ? k )殼程流體普朗特?cái)?shù)卑微如螻蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象deRe oiRePrR0RiRwAcHPtPiPrNsFsPsPop1foui共享知識(shí)分享快樂(lè)殼程當(dāng)量直徑 mm殼程流體雷諾數(shù)管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)w / ( m2 ? k