管殼式換熱器的課程設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)管殼式換熱器的選型一.設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1. 已知熱流體熱量已知熱流體熱量 ，溫度，溫度 、 ， 冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì) 溫度溫度2. 確定換熱面積及選定換熱器確定換熱面積及選定換熱器3. 選用一臺(tái)合適的離心泵選用一臺(tái)合適的離心泵1t1mq1T2Tqm1T1qm1T2t1t2二.設(shè)計(jì)步驟1.求出換熱器的熱流量求出換熱器的熱流量2.作出適當(dāng)?shù)倪x擇并計(jì)算作出適當(dāng)?shù)倪x擇并計(jì)算mt 3.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)傳熱系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)傳熱系數(shù) ，計(jì)算傳熱面積，計(jì)算傳熱面積估估KA4.計(jì)算冷、熱流體與管壁的計(jì)算冷、熱流體與管壁的 5.壓降校核壓降校核6.計(jì)算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積計(jì)算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積7. 選用一

2、臺(tái)合適的離心泵選用一臺(tái)合適的離心泵8. 實(shí)例實(shí)例三三. . 設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)結(jié)果 換熱器的型號(hào)換熱器的型號(hào) 離心泵的型號(hào)離心泵的型號(hào) 流程安排流程安排.求出換熱器的熱流量求出換熱器的熱流量根據(jù)已知條件根據(jù)已知條件 、 、 、 、 ，求求 2111TTCqQpm 1T2T2Cp1Cp1mqQ.作出適當(dāng)?shù)倪x擇并計(jì)算作出適當(dāng)?shù)倪x擇并計(jì)算mt 流向的選擇流向的選擇確定確定冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)出口溫度出口溫度 ，求對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力，求對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力對(duì)對(duì) 進(jìn)行進(jìn)行 修正修正2t 22112211lntTtTtTtTtm 逆逆逆逆mt 2121ttTTR 1212tTttP 查圖得到查圖得到 逆逆mmtt 一般逆流優(yōu)

3、于并流一般逆流優(yōu)于并流.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) ， 計(jì)算傳熱面積計(jì)算傳熱面積估估KA 逆逆估估估估m(xù)mtAKTTCpq 2111根據(jù)根據(jù) 初選初選換熱器換熱器估估A.計(jì)算冷、熱流體與管壁的計(jì)算冷、熱流體與管壁的確定冷、熱流體走管程或殼程確定冷、熱流體走管程或殼程確定管內(nèi)流速確定管內(nèi)流速根據(jù)所選換熱管確定根據(jù)所選換熱管確定管子的排列管子的排列目前我國(guó)國(guó)標(biāo)采用目前我國(guó)國(guó)標(biāo)采用 和和mmmm5 . 225 mmmm219 管長(zhǎng)管長(zhǎng) 有有1.5、2、3、4.5、6、9mlPiviNndqu2785. 0 nPN核定管殼式換熱器內(nèi)常用流速范圍核定管殼式換熱器內(nèi)常用流速范圍管程數(shù)管程數(shù)管

4、子數(shù)管子數(shù)折流擋板折流擋板安裝折流擋板的目的安裝折流擋板的目的是為了提高管外是為了提高管外國(guó)標(biāo)擋板間距：國(guó)標(biāo)擋板間距：取殼體內(nèi)徑的取殼體內(nèi)徑的20%和和25%固定管板式：固定管板式：100、150、200、300、450、600、700mm 浮頭式：浮頭式：100、150、200、250、300、350、450 （或（或480）、）、600mm裝有圓缺折流板的列管換熱器 圓缺折流板管板對(duì)圓缺形擋板，弓形缺口的常見(jiàn)高度對(duì)圓缺形擋板，弓形缺口的常見(jiàn)高度管程給熱系數(shù)管程給熱系數(shù)i 1000Re 4 . 03 . 08 . 0023. 0 CpuddiiiinNdquPivi 2785. 08 . 0

5、PiN 若若 ，則改變管程數(shù)重新計(jì)算或重新估計(jì)，則改變管程數(shù)重新計(jì)算或重新估計(jì)估估Ki 估估K物性系數(shù)在定性溫度下物性系數(shù)在定性溫度下求得求得14. 0 m 殼程給熱殼程給熱系數(shù)系數(shù)2000Re 36. 00 ed 55. 0Re31Pr14. 0 w 200010Re 5 . 00 ed 507. 0Re31Pr14. 0 w 若若 太小，則可減少擋板間距太小，則可減少擋板間距0 當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑de.壓降校核壓降校核 管程阻力校核管程阻力校核23iPttuNfdlP :PN:tf3PtNP 允允PPt 管程數(shù)管程數(shù)管程結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)三角形排列取管程結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)三角形排列取1.5，正方

6、形排列取正方形排列取1.4改變管程數(shù)，應(yīng)兼顧傳熱與流體壓降兩方面改變管程數(shù)，應(yīng)兼顧傳熱與流體壓降兩方面的損失的損失必須調(diào)整管程數(shù)目重新計(jì)算必須調(diào)整管程數(shù)目重新計(jì)算 殼程阻力損失殼程阻力損失允允PPs 225 . 31200ufDBNNNFfPsBBTCs 可增大擋板間距可增大擋板間距:0u:BN:TCN:B:D:F:0f折流板數(shù)目折流板數(shù)目橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)折流板間距折流板間距殼體內(nèi)徑殼體內(nèi)徑按殼程流動(dòng)面積按殼程流動(dòng)面積 計(jì)算所得的殼程流速計(jì)算所得的殼程流速 00dNDBATC 管子排列形式對(duì)壓降的校正系數(shù)管子排列形式對(duì)壓降的校正系數(shù)殼程流體摩擦系數(shù)殼程流體摩擦系數(shù).

7、計(jì)算傳熱系數(shù)計(jì)算傳熱系數(shù) 校核傳熱面積校核傳熱面積根據(jù)流體的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)母鶕?jù)流體的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)?垢層熱阻垢層熱阻R0111 RKi估估m(xù)tKQA 計(jì)計(jì)ldNAT0 25. 110. 1 計(jì)計(jì)AA否則重新估計(jì)否則重新估計(jì) ，重復(fù)以上計(jì)算，重復(fù)以上計(jì)算估估K 冷卻介質(zhì)的選擇是一個(gè)經(jīng)濟(jì)上的權(quán)衡問(wèn)題，按設(shè)冷卻介質(zhì)的選擇是一個(gè)經(jīng)濟(jì)上的權(quán)衡問(wèn)題，按設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用的最低原則確定冷卻介質(zhì)的最優(yōu)出備費(fèi)用和操作費(fèi)用的最低原則確定冷卻介質(zhì)的最優(yōu)出口溫度口溫度C 453CaCO3MgCOoptt2Ctm 10 根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)過(guò)程要有一定的推動(dòng)力，根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)過(guò)程要有一定的推動(dòng)力， 冷卻介質(zhì)若是工業(yè)用水，含有冷卻

8、介質(zhì)若是工業(yè)用水，含有 、 等等鹽類，其溶解度隨著溫度上升而降低，為了防止鹽類鹽類，其溶解度隨著溫度上升而降低，為了防止鹽類析出，形成垢層，工業(yè)冷卻水出口溫度應(yīng)小于析出，形成垢層，工業(yè)冷卻水出口溫度應(yīng)小于 若根據(jù)若根據(jù) 、 在圖上找不到相應(yīng)的點(diǎn)，表明在圖上找不到相應(yīng)的點(diǎn)，表明此種流型無(wú)法完成指定換熱任務(wù)，應(yīng)改為其他流此種流型無(wú)法完成指定換熱任務(wù)，應(yīng)改為其他流動(dòng)方式。動(dòng)方式。 若若 ，經(jīng)濟(jì)上不太合理，且操作溫度變，經(jīng)濟(jì)上不太合理，且操作溫度變化時(shí)，可能使化時(shí)，可能使 急劇下降，影響操作的穩(wěn)定性，急劇下降，影響操作的穩(wěn)定性，應(yīng)改為其他流動(dòng)方式。應(yīng)改為其他流動(dòng)方式。P R8 . 0原則：原則： 不潔

9、凈和易結(jié)垢的液體宜在管程不潔凈和易結(jié)垢的液體宜在管程 腐蝕性流體宜在管程腐蝕性流體宜在管程 壓強(qiáng)高的流體宜在管程壓強(qiáng)高的流體宜在管程 飽和蒸汽宜走殼程飽和蒸汽宜走殼程 被冷卻的流體宜走殼程被冷卻的流體宜走殼程 若兩流體溫差較大，對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱若兩流體溫差較大，對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱 器，宜將給熱系數(shù)大的流體通入殼程器，宜將給熱系數(shù)大的流體通入殼程 流量小而粘度大的液體一般以殼程為宜流量小而粘度大的液體一般以殼程為宜 流體種類流體種類 流速流速管程管程殼程殼程一般流體一般流體0.530.21.5易結(jié)垢流體易結(jié)垢流體 10.5氣體氣體530315列管式換熱器內(nèi)常用的流速范圍列管式換熱器內(nèi)常用的流速

10、范圍液體粘度液體粘度最大流速最大流速 1500 0.6 1500500 0.75 500100 1.1 10035 1.5 351 1.8 1 2.4sm3102mSN sm不同粘度液體的流速不同粘度液體的流速較大較大給熱效果較差給熱效果較差管外清洗方便管外清洗方便大大. a. b. c14. 0 w 95. 005. 1114. 0www 高粘度液體被冷卻高粘度液體被冷卻高粘度液體被加熱高粘度液體被加熱低粘度低粘度d0tdo：換熱管外徑， t： 管中心距d0t2o2oe4234 dtdd正三角形排列時(shí)：oo22o2oe444 ddtdtdd正方形排列時(shí)：當(dāng)量直徑的計(jì)算：當(dāng)量直徑的計(jì)算： 0R

11、eude AVu 0 ldBDA01l為相鄰兩管的中心距為相鄰兩管的中心距,B為兩塊擋為兩塊擋板間距離，板間距離，D為殼體直徑為殼體直徑總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K K的經(jīng)驗(yàn)值范圍（列管）的經(jīng)驗(yàn)值范圍（列管）流體種類流體種類總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K K W/(mW/(m2 2K)K)水水氣體氣體12126060水水水水80080018001800水水煤油煤油350350左右左右水水有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑280280850850氣體氣體氣體氣體12123535飽和水蒸氣飽和水蒸氣水水1400140047004700飽和水蒸氣飽和水蒸氣氣體氣體3030300300飽和水蒸氣飽和水蒸氣油油6060350350飽和

12、水蒸氣飽和水蒸氣沸騰油沸騰油290290870870工藝要求工藝要求要求將溫度為要求將溫度為 的某液態(tài)有機(jī)物冷卻至的某液態(tài)有機(jī)物冷卻至 ，此有機(jī)物的流，此有機(jī)物的流量為量為 ?，F(xiàn)擬用溫度為。現(xiàn)擬用溫度為 的冷水進(jìn)行冷卻。要求換的冷水進(jìn)行冷卻。要求換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應(yīng)超過(guò)熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應(yīng)超過(guò) 。已知有機(jī)物。已知有機(jī)物在在 時(shí)物性數(shù)據(jù)如下：時(shí)物性數(shù)據(jù)如下： Paat41081. 90 . 1 C 78C 60C 69hrT100Ct 101 3111997600162. 0215. 2mkgsPaKmWCkgkJCp 流程流程管路布置管路布置如圖如圖（參考圖），已知泵進(jìn)口段管長(zhǎng)（參考

13、圖），已知泵進(jìn)口段管長(zhǎng) ，泵出口段管長(zhǎng)泵出口段管長(zhǎng) 。（均不包括局部阻力損失）。（均不包括局部阻力損失）米米出出15 L米米進(jìn)進(jìn)5 Lhrkcal/1054. 95初選換熱器初選換熱器2111TTCpqQm607853. 0101003選冷凝水出口溫度選冷凝水出口溫度定性溫度定性溫度Ct 402Ctm 2521040 31119976 .9026078. 0179. 4mkgsPaKmWCkgkJCp 計(jì)算計(jì)算mt 據(jù)此定性溫度，查表得水的物性數(shù)據(jù)據(jù)此定性溫度，查表得水的物性數(shù)據(jù) CtTtTtTtTtm 7 .4310604078ln10604078ln12211221逆逆6 . 010366

14、0781221 ttTTR441. 0107810361112 tTttP97. 0 初擬定采用單殼程，偶數(shù)管程的浮頭式換熱器。初擬定采用單殼程，偶數(shù)管程的浮頭式換熱器。由圖查得由圖查得 修正系數(shù)修正系數(shù)。參照表參照表，初步估計(jì)，初步估計(jì) ，傳熱面積，傳熱面積254 .377 .4397. 070036008 .41861054. 9mtKQAm 逆逆估估估估 CmWK 2700估估由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初選由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初選 型換熱器型換熱器IES225/5 . 4436 . 1500B 外殼直徑外殼直徑D/mm500管程數(shù)管程數(shù)Np2管長(zhǎng)管長(zhǎng)l/m4.5公稱壓強(qiáng)公稱壓強(qiáng)P/Mpa1.6管子

15、排列方式管子排列方式正方形正方形管數(shù)管數(shù)NT124公稱面積公稱面積A/m2 243管子尺寸管子尺寸/mm252.5管中心距管中心距t/mm32根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)傳熱系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)傳熱系數(shù) ，計(jì)算傳熱面積，計(jì)算傳熱面積估估KA管程流動(dòng)面積管程流動(dòng)面積 管內(nèi)冷卻水流速管內(nèi)冷卻水流速 管程給熱系數(shù)管程給熱系數(shù) 22210195. 0212402. 0785. 04mNNdAPT 4611122512221004.1106 .90299746.002.0Re46.00195.0997360031860360086.31104041798 .41861054.9 iimimdsmAquhrTttCpQqi

16、CmWdiii 24 . 08 . 02317PrRe023. 0 管程給熱系數(shù)計(jì)算管程給熱系數(shù)計(jì)算殼程給熱系數(shù)計(jì)算殼程給熱系數(shù)計(jì)算 2 . 83600/8 .418614. 0106 . 08 .418653. 0Pr1070. 5106 . 099727. 1027. 0Re027. 0025. 014. 3025. 0785. 0032. 044427. 19970219. 036001010036000219. 0032. 0025. 015 . 02 . 013432200222020232220202 CpdeumddtdesmAqumtdBDAm殼程中有機(jī)物被冷卻，取殼程中有機(jī)物

17、被冷卻，取 95. 014. 0 W CmWdeW 214. 03155. 001717PrRe36. 0 att0 . 1允許值允許值 ，可行，可行PauNfdliPtt3544232 取管壁粗糙度取管壁粗糙度 ， 查圖得查圖得管程壓降管程壓降mm15. 0 0075. 0/ d 04. 0 管程壓降的校核管程壓降的校核取折流擋板間距取折流擋板間距 ，因系正方形排列，因系正方形排列，管束中心線管數(shù)管束中心線管數(shù)殼程流動(dòng)面積殼程流動(dòng)面積因因 故故 46. 01045. 35Re5228. 04228. 00 f500Re0 43000322202021045. 3106 . 099783. 0

18、025. 0Re83. 00337. 099736001010036000337. 0025. 03 .135 . 02 . 0 udsmAqumdNDBAmTC 3 .1312419. 119. 15 . 05 . 0 TTCNNmB2 . 0 殼程壓降校核殼程壓降校核管子排列為正方形，斜轉(zhuǎn)安裝，取校正系數(shù)管子排列為正方形，斜轉(zhuǎn)安裝，取校正系數(shù)取垢層校正系數(shù)取垢層校正系數(shù)擋板數(shù)擋板數(shù)殼程壓降殼程壓降 ats0 . 1 kPaufDBNNNFfsBBTCs7 .45225 . 31200 2212 . 05 . 41 BlNB15. 1 sf4 . 0 F，可行，可行查表查表，取，取 ， 根據(jù)

19、所選換熱器根據(jù)所選換熱器WCmRi 200021. 0WCmR 2000018. 0 2522 .387 .4397. 036006858 .41861054. 96851717100018. 0450025. 000021. 0231711mtKQACmWKm 計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)15. 12 .388 .43 計(jì)計(jì)AAIES225/5 . 4436 . 1500B 傳熱面積校核傳熱面積校核208 .435 . 4025. 014. 3124mldNAT 符合要求符合要求型換熱器適合型換熱器適合 管徑初選管徑初選hrmqqskghrTqmvm311132360099785. 885. 886.31 初取

20、水經(jīng)濟(jì)流速初取水經(jīng)濟(jì)流速 由于由于87mm不是標(biāo)準(zhǔn)管徑，因此確定不是標(biāo)準(zhǔn)管徑，因此確定經(jīng)計(jì)算經(jīng)計(jì)算 符合經(jīng)濟(jì)流速范圍符合經(jīng)濟(jì)流速范圍故確定故確定 ，2220059. 05 . 199785. 8muqAml smu5 . 1 mmdl87 smu0 . 2075. 0785. 099785. 82 mmdl75 smu0 . 2 mmdl75 壓頭壓頭在水槽液面及壓力表在水槽液面及壓力表2處列柏努利方程處列柏努利方程 ，如圖，如圖feaHguzgpHgp 222 取取 ， ， mm15. 0 002. 0/ d 5107 . 1Re udl 查圖查圖得得 =0.025局部阻力局部阻力： 底閥底閥1個(gè)個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)90彎頭彎頭3個(gè)個(gè) 球心閥球心閥1個(gè)個(gè)5 . 8 375. 0 5 . 9 He 96. 05 . 0/075. 011222221 AA 49. 05 . 0/075. 015 . 015 . 02212 AA 7 .2149. 096. 05 . 9375. 05 . 8 Pat3544 mggudlHtf2 . 681. 9997354481. 920 . 27 .21075. 0515025. 0222 mHe4 .162 . 681. 920 . 2881. 999781. 9102 . 024 流入換熱器流入換熱器流出換熱器流出換