化工原理課程設(shè)計任務(wù)書用水冷卻煤油產(chǎn)品的列管式換熱器的設(shè)計

1、化工原理課程設(shè)計設(shè)計題目：用水冷卻煤油產(chǎn)品的列管式換熱器的設(shè)計目錄（1） 綜述.2 1.換熱器類型.2 2.換熱器的主要用途. .2（二）課程任務(wù)設(shè)計書.3 1.設(shè)計題目.3 2.設(shè)計條件.3（三）設(shè)計方案簡介.4 1.流動空間的確定.4 2.定性溫度.4 3.水和煤油的物理性質(zhì).4（4） 計算總的傳熱系數(shù).4 1.熱流量及溫度計算.4 2.平均溫度校正.5 3.確定總的傳熱系數(shù)k.5 4.選擇換熱器類型.5（5） 換熱總傳熱系數(shù)核算.6 1.殼程對流傳熱系數(shù).6 2. 管程對流傳熱系數(shù).7 3. 污垢熱阻.8 4.傳熱系數(shù)k.8（6） 計算傳熱面積裕度.8 1.換熱器實際面積.8 2.面積裕

2、度.8（7） 核算壓強降.8 1.管程壓力降的核算.8 2.殼程壓力降核算.9（8） 設(shè)計結(jié)果總覽.11（9） 實驗心得.11（10） 參考文獻.12（一）綜述 換熱器的分類與比較，根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式，器基本上可分為三大類即間壁式混合式和蓄熱式，其中間壁式換熱器應(yīng)用最多，所以主要討論此類換熱器。1.換熱器的主要類型表面式換熱器 表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。表面式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先

3、通過加熱固體物質(zhì)達到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。流體連接間接式換熱器 流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。直接接觸式換熱器 直接接觸式換熱器是兩種流體直接接觸進行換熱的設(shè)備，例如，冷水塔、氣體冷凝器等。2.換熱器的用途加熱器加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。預(yù)熱器預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標準的工藝參數(shù)。過熱器過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到

4、過熱狀態(tài)。蒸發(fā)器蒸發(fā)器用于加熱流體，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。3.換熱器的結(jié)構(gòu)類型可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、u形管板換熱器、板式換熱器等。蛇管換熱器 這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器想適應(yīng)的形狀并沉浸在容器內(nèi)的液體中。蛇管換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕性材料制造；其缺點是容器內(nèi)液體湍流程度低，管外對流傳熱系數(shù)小。套管式換熱器 套管式換熱器 是用兩種尺寸不同的標準管連接稱為同心圓的套管，外面的叫殼程 內(nèi)部的叫管程。兩種不同介質(zhì)可在殼程和管程內(nèi)逆向流動(或同向)以達到換熱的效果。列管式換熱器 列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換

5、熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進行換熱時，一種流體由封頭的連結(jié)管處進入，在管流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程 。列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補償結(jié)構(gòu)來分，主要有以下幾種：a.固定管板式換熱器：這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的

6、，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。 b.浮頭式換熱器： 換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。c. u型管式換熱器：u形管式換熱器，每根管子都彎成u形，兩端固定在同一塊管板上，每根

7、管子皆可自由伸縮，從而解決熱補償問題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。（二）課程設(shè)計任務(wù)書1.題目: 用水冷卻煤油產(chǎn)品的列管式換熱器的設(shè)計2.設(shè)計條件: 處理能力 1.188×105噸/年煤油 設(shè)備型式 列管式換熱器 操作條件a.煤油：入口溫度120，出口溫度50b.冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度15，出口溫度45c.允許壓強降：不大于1.5×105pa每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行（3） .設(shè)計方案簡介： 1.流動空間的確定 從增加兩物流的傳熱膜

8、系數(shù)看，應(yīng)使煤油走管程，冷卻水走殼程。但由于冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降；又被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱。所以從總體考慮，應(yīng)使冷卻水走管程，煤油走殼程。選用25×2.5的碳鋼管2、定性溫度： 可取流體進口溫度的平均值作為定性溫度殼程煤油的定性溫度：=85 管程冷卻水的定性溫度： 3.水和煤油在定性溫度下的物理性質(zhì)（查工程常用物質(zhì)的熱物理性質(zhì)手冊）密度比熱容）熱導率w（）黏度u（ps)水（35）995.74.1740.617680.07x10煤油（85）8122.080.1410.82x10（4） 計算總傳熱系數(shù)1、 熱流量及溫度計算 熱流

9、量q=606666.67 冷卻水的流量： 計算兩液體平均溫度 2.平均溫度校正 該換熱器是單殼程，雙管程，由圖可知校正系數(shù) 0.94 3. 確定總的傳熱系數(shù)k 初選換熱器規(guī)格，根據(jù)的流體情況，假設(shè)) = 4. 選擇換熱器類型 =55> 50，需要考慮熱補償。采用浮頭式換熱器。根據(jù)換熱面積的需要選擇下面類型的浮頭式換熱器（圖附在最后）殼徑/mm500管子規(guī)格/公稱壓強/mpa1.5×105管長/4.5計算傳熱面積/40.1管子總數(shù)116管程流通面積/0.0091管子排列方式正方形旋轉(zhuǎn)中心管數(shù)9（5） 換熱總傳熱系數(shù)核算1. 殼程對流傳熱系數(shù)流通截面積 采用組合排列發(fā)，既每管程內(nèi)均

10、按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用方形排列，取管心距t=1.25 則 =0.032m取折流擋板間距 b=0.4d , 則 b=0.40.5=0.2mm，則流體通過的最大截面積a=bd(1-)=0.20.5(1-)=0.02188m當量直徑=0.020m殼程內(nèi)流體流速4.17kg/s=0.23m/s雷諾系數(shù)=4555普蘭特數(shù)pr=12.1黏度校正由于殼程煤油是被冷卻的，所以取=0.95對流傳熱系數(shù)對于圓缺型擋板殼程，且2000<re=4555<1,選擇公式： =0.360.95=5642. 管程對流傳熱系數(shù)查表得換熱器管程面積a=0.0091m管程流速u=0.535m/s雷諾系數(shù)d=(0.

11、025-0.00252)=0.02mre=13316普朗特數(shù)=5.41對流傳熱系數(shù)=0.023=0.023=27803. 污垢熱阻查閱得自來水的污垢熱阻rs=0.00034m 煤油的污垢熱阻rs=0.00017179m4. 傳熱系數(shù)k 采用碳鋼材質(zhì)的管子，管壁厚度：則查資料其熱傳導系數(shù)：k= =347w/(m)（六）計算傳熱面積裕度1.換熱器實際換熱面積s=33.3m2.計算面積裕度查選擇的換熱器的參數(shù)表得，換熱器的換熱面積=20.4%<25%換熱器的裕度合適，能完成生產(chǎn)任務(wù)，該換熱器選擇合適。（七）.核算壓強降1. 管程壓力降核算（ n管程數(shù) ，n殼程數(shù) ，f結(jié)垢校正系數(shù)）已知管程數(shù)n

12、=4,殼程數(shù)查資料得結(jié)垢校正系數(shù)的管子?。褐惫茏枇σ阎猺e=13316,傳熱管相對粗糙度=0.0005，查圖可得摩擦系數(shù)w/(m),換熱器管子長度為l=4.5m。=0.027=865pa回彎管阻力計算 管程流動阻力 （865+427）1.414=7325.2pa<1.5pa2. 殼程壓力降核算 擋板數(shù) 采用弓形擋板，取擋板高度為殼徑的，則被切去的高度h=d=0.5=0.1m擋板間距為b=0.4d=0.4×0.5=0.2m，則擋板數(shù)為： =22塊流經(jīng)管束流體壓力降（f結(jié)垢校正系 ，n管程數(shù) ）經(jīng)查資料結(jié)垢校正系數(shù)，管程數(shù)由于換熱管是正三角形排列，查表得校正系數(shù)：f=0.5殼程流體

13、摩擦系數(shù)=5re=5=0.73已知該換熱器的中心管束=9 則流過管束壓力降為：=0.50.739（22+1）=1622.7pa流體流經(jīng)折流擋板處的壓力降已知殼徑d=0.5m,擋板間距b為0.2m=1275.8pa殼程總的壓強降=（）=（1622.7+1275.8）11=2898.5pa<1.5pa殼程流動壓力降在合理范圍內(nèi)。經(jīng)核算，管程和殼程的壓力降均在合理范圍內(nèi)，該換熱器能滿足生產(chǎn)任務(wù)，可以應(yīng)用。（八）設(shè)計結(jié)果總覽換熱器型式：浮頭式換熱器換熱面積（m²）:40.1m工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱自來水煤油操作溫度，進15/出45進120/出50流量，kg/h1744115000

14、流體密度，kg/m³995.7812流速，m/s0.230.535傳熱量，kw606666.67總傳熱系數(shù)，w/m²·k347對流傳熱系數(shù)，w/m²·k5642780污垢系數(shù)，m²·k/w0.000343940.00017197阻力降，mpa7.3252.898程數(shù)41推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格25×2.5管數(shù)116管長，mm4500管間距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距，mm200切口高度20%殼體內(nèi)徑，mm500（九）實驗心得 初次接觸化工原理課程設(shè)計，還荒謬地以為是像其他課程一樣是實驗類的，聽課

15、的時候也一頭霧水，根本不知道該做什么，該怎么做，無從下手，只是覺得好難。有一段時間都在觀望。所以自己設(shè)計的時候只能是根據(jù)老師提供的模板，用新的數(shù)據(jù)代替舊的數(shù)據(jù)，其他的公式完全照抄，花了一天時間，終于把計算部分完成了。裕度15，在合理范圍內(nèi)，但是，一看壓力降，徹底崩潰了，12多千帕，天啊，完全不合理。再細看模板和自己的設(shè)計的時候，發(fā)現(xiàn)了很多問題，我的設(shè)計根本是行不同，果真用這設(shè)計的話，也是謀財害命。 所以我決定重新來過。這時離交作業(yè)還有三天，做出來的裕度居然一直都在50以上，重新分析計算的過程中也出現(xiàn)了幾次錯誤，由于急于求成，算出來后的結(jié)果偏離太多，檢查才發(fā)現(xiàn)部分數(shù)據(jù)出現(xiàn)了錯誤，而且老師給的模板

16、里面也有一些錯誤，這樣照搬下去的一些公式就除了問題了，只好靜下來認真地理解和消化原有的一些公式，這樣又一次重新算過。因此，有花了一天的時間在計算上。那么接下來就是畫圖了，由于在學cad制圖，以為畫圖比較簡單，5個小時左右可以完成，誰知道，畫圖更難，這主要是因為在設(shè)計的時候，沒有兼顧考慮到畫圖，因此設(shè)計出來的管數(shù)很難安排，冥思苦想了好久，換了好多方案，查了好多資料，換了多種排列方法，還是行不通。最終，只好把管數(shù)安排成易于排列的數(shù)目，才解決了這個問題。其實，在整個過程中，雖然遇到了很多問題，也犯了不少錯誤，但是自己真的學到了很多東西，比如word文檔公式的運用，比如如何使自己的設(shè)計更加合理，這就要求自己在設(shè)計前要詳細的考慮各種可能出現(xiàn)的問題和解決辦法，才能達到事半功倍的效果。我覺得，如何查找數(shù)據(jù)也很重要，假如自己查不到