化工原理課程設(shè)計方案左子玲

1、*化工原課程設(shè)計*換熱器工藝初步設(shè)計學生姓名：左子玲學號:09040070專業(yè)：環(huán)境工程班級:09402成績：指導教師：柯斌清老師設(shè)計時間：2018年10月25日至2018年12_月13日環(huán)境與生命科學系目錄1 設(shè)計題目 2 2 設(shè)計條件 23 設(shè)計內(nèi)容和要求 34 設(shè)計內(nèi)容 34.1 選擇換熱器的類型 34.2 流動方向 44.3 估算傳熱面積 44.3.1. 熱流量 44.3.2. 平均傳熱溫差 44.3.3. 傳熱面積 44.3.4 冷卻水用量 44.4 主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸 54.4.1 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 54.4.2 平均傳熱溫差校正 54.4.3 傳熱管的排列 54.4.4 殼體

2、內(nèi)徑 54.4.5 折流板 64.4.6 計算接口直徑 64.5 換熱器主要傳熱參數(shù)核算 74.5.1 熱量核算 74.5.2 壁溫核算 94.5.3 換熱器內(nèi)流體的流動阻力 ( 壓降95 計算結(jié)果總匯 10設(shè)計感想 11參考文獻 12附錄 :131設(shè)計題目管殼式臥式換熱器設(shè)計2設(shè)計條件某廠用循環(huán)冷卻水甲苯從80冷卻到50,甲苯年處理能力為 44500t/a，壓力為6.5MPa,循環(huán)冷卻水的入口溫度為25,出口溫度為35,要求冷凝器允許壓降不大于500000Pa;試設(shè)計一臺管殼式臥式換熱器完成該生產(chǎn)任務(wù)。每年按330天計算，每天24h連續(xù)運行。表1主要物性參數(shù)流體定性溫度/C密度kg/m3粘度

3、mPa- s比熱容熱導率甲苯708660.4551. 91 kJ/(kg - K0.1273W/(m - K循環(huán)冷卻水30994.30.7424.174kJ/(kg -C 0.624W/(m -C 3設(shè)計內(nèi)容和要求(1標題頁(2目錄(3確定設(shè)計方案(4傳熱面積計算(5工藝結(jié)構(gòu)尺寸計算(6換熱器校核(7換熱器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計結(jié)果一覽表(8換熱器工藝條件圖(9自設(shè)計使用該換熱器的工藝流程圖(10對本設(shè)計的評價(11參考文獻4設(shè)計內(nèi)容4.1選擇換熱器的類型本設(shè)計中循環(huán)冷卻水甲苯選用帶有折流擋板的固定管板式換熱器，這種換熱器適用于 下列情況：溫差不大；溫差較大但是殼程壓力較?。粴こ滩灰捉Y(jié)構(gòu)或能化學清

4、洗。 本次設(shè)計條件滿足第種情況。另外，固定管板式換熱器具有單位體積傳熱面積大，結(jié)構(gòu) 緊湊、堅固，傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適用性較強，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡 單，造價低廉，且適用于高溫、高壓的大型裝置中。采用折流擋板，可使作為冷卻劑的水容易形成湍流，可以提高對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提 高傳熱效率。4.2流動方向本冷卻器的管程走循環(huán)冷卻水，殼程走甲苯。熱空氣和冷卻水逆向流動換熱。4.3估算傳熱面積4.3.1. 熱流量甲苯的質(zhì)量流3W=44500t/a=44500 X 10/(330 X 24=5618.687 kg/h熱流量為Q=Wp(T i T2 =5618.687 X 1.91X4.4.3傳熱

5、管的排列采用組合排列法，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。其中，每 程內(nèi)的正三角形排列，其優(yōu)點為管板強度高，流體走短路的機會少，且管外流體擾動較 大，因而對流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多的管子。4.4.4殼體內(nèi)徑取管間距：t = 32 mm，則得 D=489.38mm可取D為509mm4.4.5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%則取折流板數(shù)12,則折流板間隔：h= 尸 =0.234.4.6計算接口直徑1.計算循環(huán)冷卻水進出口管徑 巨，設(shè)流速u=0.5m/s所以選用直徑為65mm的管子。2.計算甲苯進出口管徑LHJ所以選用直徑為70mnm勺管子。

6、4.5換熱器主要傳熱參數(shù)核算4.5.1熱量核算(1殼程對流傳熱系數(shù)對于圓缺形折流板，可采用克恩公式ho =|其中： 當水做冷卻劑時，粘度校正為上J =1.05 當量直徑，管子為正三角形排列時，=0.0202 m 殼程流通截面積S=hD(1 | =0.23 X 0.509 X 心-=PR=2696 普朗特準數(shù)Pr =上| =因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)ho為0 551/3ho = 0.36 X 0.1273/0.0202 X 2696 X 6.83 X 1.02 。=329.6 W/(m C (2管程對流傳熱系數(shù)其中：hi =管程流通截面積S= I=0.0066 m2-m管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別

7、為G =| =779115.2kg/(h mf=216.42 kg/(sRe= 兇=三J=5833.45普蘭特準數(shù)=0.029m=4.96因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為2=1548.64 W/(m C (3基于管內(nèi)表面積的總傳熱系數(shù)K污垢系數(shù):管內(nèi)側(cè)ro= 0.000344m2W管外側(cè) r = 0.0005191m2W管子材質(zhì)金屬的導熱系數(shù)入=116.3W- m1c -1=0.0048解得：=208W/ (m2 C 此計算值與前面的初設(shè)值K =200 W/ (m 2 C 的關(guān)系:滿足換熱器設(shè)計所要求的 5%之內(nèi)的范圍，初選的換熱器合適。(4傳熱面積換熱器的實際傳熱面積 Sp=3.14 X 0

8、.025 X 42X 2.9=9.56m該換熱器的面積裕度為=18 %滿足要求的30%以下的范圍，該換熱器符合實際生產(chǎn)要求。4.5.2壁溫核算因管壁很薄，且管壁熱阻很小，該換熱器用自來水作為冷卻水，設(shè)定冷卻水進口溫度為25C,出口溫度為 35 C來計算傳熱管壁溫度。傳熱管平均壁溫=38.4 C39 C查的在該溫度下甲苯的粘度，水的粘度對管側(cè)對殼側(cè)4.5.3換熱器內(nèi)流體的流動阻力（壓降（1管程流動阻力管內(nèi)流體在Re=5833.45時，查的摩擦阻力系數(shù)=0.011直管部分的壓降： pi=|=31.73=565.46Pa總壓降：刀 pi = + p2）= 殼程阻力：用概算法： p1=|=13.6kg

9、/m2）管側(cè)，殼側(cè)的壓力損失均滿足要求，該設(shè)計可行5計算結(jié)果總匯換熱器形式：管殼臥式換熱面積/m :8.65工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水甲苯操作壓力/MPa0.56.5操作溫度/C4590流量 /kg/h)5142.165618.687流體密度/0.50.5傳熱量/kw59.6259.62總傳熱系數(shù)/= 1208208傳熱系數(shù)/1 * 11548.64329.6污垢系數(shù)門上J0.00033440.0005159阻力降Pa876.46133.416程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格0 25 X 2.5管數(shù)38管長3000mm管間距/mm32排列方式正三角形折流板形式上下間距230mm殼體

10、內(nèi)徑/mm509切口咼度127.25mm設(shè)計感想此次化工原理課程設(shè)計題目是“空氣壓縮機后冷卻器設(shè)計”，因為上學期彭老師對傳熱與 換熱設(shè)備相關(guān)內(nèi)容講得很詳細，印象還比較深，加上這學期正好學習了過程設(shè)備設(shè) 計。另外，從圖書館借閱的幾本書也非常具有參考性，所以總體來說這次課程設(shè)計沒有 遇到太大的難題。但不可否認的是設(shè)計過程很磨練人的耐心和毅力。一 數(shù)據(jù)計算 這是設(shè)計第一階段的主要任務(wù)。數(shù)據(jù)計算的準確性直接影響到后面的各階段，這就需要我 們具有極大的耐心。從拿到原始設(shè)計數(shù)據(jù)到確定最終參數(shù)，持續(xù)了將近一個星期：確定需 要求的參數(shù)，查資料找公式、標準值等，一步一步進行計算。我在確定傳熱面積的時候， 因為取

11、的管數(shù)太多導致后面得到的傳熱面積裕度超出規(guī)定范圍，所以又得回去再算一遍， 可見在設(shè)計過程中，細心是非常重要的，因為它可以減少很多不必要的麻煩。二 查資料 以前有個錯誤的認識：查資料嘛，按部就班就可以了，簡單！但是這次課程設(shè)計卻完全改 變了我的認識。其實查資料是很講究技巧的，也是相對比較靈活的。另外，我這次用到的 參考資料有將近 10 種之多，這在之前是難以想象的。三 AutoCAD 繪圖 這是第一次嘗試用專業(yè)繪圖軟件 AutoCAD 進行繪圖。這個軟件我們很熟悉也很陌生，熟 悉是因為大一學工程制圖時有接觸到這個軟件，陌生是因為正真會用或用得好的同學是鳳 毛麟角。但是，沒有壓力哪來動力，在下定決

12、心之后，馬上借來幾 AutoCAD 學習的資 料，重溫各種操作工具及技巧等。在準備了幾天之后才開始正式畫圖，不斷修改，差漏補 缺，知道最后完成整個設(shè)計圖。四 完成設(shè)計說明書這是最后總結(jié)性的階段。需要對前面的數(shù)據(jù)進行整理歸納，需要一定的耐心。耐心、細心、決心是本次課程設(shè)計最大的感受。最后，再次感謝柯老師在整個設(shè)計過程中給予的悉心指導！參考文獻1】鐘理 , 伍欽，馬四朋 . 化工原理 上） . 北京，化學工業(yè)出版社， 2008.8.2】材料與零部件 上） . 上?？茖W技術(shù)出版社 . 1982.7.3】錢頌文 . 換熱器設(shè)計手冊，北京，化學工業(yè)出版社， 2002.84】匡國柱 . 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計 . 北京，化學工業(yè)出版社， 20025】陳錦昌 . 計算機工程制圖 . 廣州，華南理工大學出版社， 2006.8.6】鄭津洋，董其伍，桑芝富 . 過程設(shè)備設(shè)計