化工原理課程設(shè)計(jì)

1、 化工原理課程設(shè)計(jì) 列 管 式 換 熱 器 院系：生化工程系 專業(yè)：環(huán)境監(jiān)測與治理 姓名：陳洛陽 學(xué)號：100501201 班級：環(huán)監(jiān)（2）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：列管式換熱器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件：氣體處理量：10000 kg/h氣體進(jìn)口溫度：110；氣體出口溫度：60循環(huán)水進(jìn)口溫度：25 ；出口溫度：48 壓力：氣體壓力3MPa；循環(huán)水壓力0.4 MPa混合氣體85下物性參數(shù)：密度9kg/m3；定壓比熱容3.297kJ/(kg)；導(dǎo)熱系數(shù)0.0279W/ MPa)；粘度1.510-5Pas設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 接受設(shè)計(jì)任務(wù)，熟悉與設(shè)計(jì)任務(wù)有關(guān)的圖書、資料、手冊。2. 工藝設(shè)計(jì) (1)選擇工藝流程 包括確

2、定換熱器類型；換熱器流體流動(dòng)空間的安排等。 (2)傳熱過程工藝計(jì)算 包括物料衡算確定各物料流率；熱量衡算，確定換熱器熱負(fù)荷以及冷卻水消耗量。 3. 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 包括換熱器殼體直徑、長度、厚度；管板尺寸、厚度和結(jié)構(gòu)；封頭尺寸和法蘭以及它們之間的連接和材料的選用等。 4. 選定主要附屬件5. 繪制列管式換熱器設(shè)備總裝配圖 參考設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的設(shè)備裝配參考圖，根據(jù)具體設(shè)計(jì)完成的換熱器，在3#紙上繪制換熱器總裝配圖。 6. 編寫設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)說明書應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想闡明設(shè)計(jì)觀點(diǎn)和特點(diǎn)；列出本設(shè)計(jì)主要技術(shù)數(shù)據(jù)。應(yīng)按設(shè)計(jì)過程列出計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果，對所選用的物性數(shù)據(jù)和使用的經(jīng)驗(yàn)公式、圖表應(yīng)注明來歷，有條件

3、的還應(yīng)注明其誤差范圍。 設(shè)計(jì)時(shí)間2012年 6 月10 日 至2012年 6月 15 日指導(dǎo)老師：周世美 目錄1. 前言（概述） 1.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求（簡述） 1.3工藝流程簡圖及方案論證2. 換熱器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 傳熱面積的初定 2.2 主要工藝尺寸的確定 2.3 確定準(zhǔn)確的管子數(shù)2.4 流體流動(dòng)阻力的計(jì)算 2.5 總傳熱系數(shù)的校核 2.6 傳熱面積的校核3. 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 殼體壁厚的計(jì)算3.2 管板結(jié)構(gòu)和尺寸的確定3.3 管板與殼體、封頭的連接 3.4 溫差應(yīng)力補(bǔ)償4. 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總（列表）5. 設(shè)計(jì)評述（結(jié)束語）6. 參考資料1前言1.1設(shè)計(jì)依據(jù)選用固定

4、管板式換熱器，水走管程，空氣走殼程，管內(nèi)流速為0.5m/s,空氣是加熱劑，水是冷卻劑，循環(huán)水的進(jìn)口溫度為25；出口溫度為45，材質(zhì)選擇的為碳鋼。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)： 換熱器的工藝設(shè)計(jì) 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 設(shè)計(jì)評述（結(jié)束語） 參考資料

5、設(shè)計(jì)參數(shù)：氣體處理量：15000 kg/h ；氣體進(jìn)口溫度：110氣體出口溫度：60 循環(huán)水進(jìn)口溫度：28 ；出口溫度：45 壓力：氣體壓力3MPa；循環(huán)水壓力0.4 MPa要求： 設(shè)計(jì)說明書體現(xiàn)設(shè)計(jì)思路和具體的設(shè)計(jì)方法 換熱器裝配圖（3#）一份2.換熱器的工藝計(jì)算物性參數(shù):殼體混合氣體的定性溫度：T = (110+60)/2 = 85管程水的定性溫度：t = (45+28)/2 = 36.5根據(jù)定性溫度查取管程流體的物性參數(shù)，并結(jié)合已知?dú)こ塘黧w的物性參數(shù)如下：混合氣體85下的物性參數(shù)： 密度9 kg/m3 ；定壓比熱容3.297 kJ/(kg)；導(dǎo)熱系數(shù)0.0279 W/(m)； 粘度1.5

6、 10-5 Pas水35下的物性參數(shù)： 密度994kg/m3 ；定壓比熱容4.08 kJ/(kg)；導(dǎo)熱系數(shù)0.626W/(m)； 粘度7.25 10-4 Pas2.1傳熱面積的初定計(jì)算熱負(fù)荷 無相變 Q放 =m1 Cp1 (T1-T2 )=(100003600)3.297103 （110-60）=411250W又因?yàn)镼=(1.051.10)Q放 取Q=1.05Q放 所以Q=1.05411250W=431812.5 W冷卻水的用量qm2 =QCP2 (t1-t2 )=431812.5 4.08 (40-25)=6.09kgs計(jì)算兩流體的平均溫度t逆 =（t1-t2 ）In(t1 t2 )(11

7、0-40)-(60-25)In(110-40)(60-25)47.8而P=(t2-t1) (T1-t1 )=(40-25) (110-25)=0.21 R=(T1 T2 ) (t2-t1)=2.9查表得0.84 所以tm =t t逆 =0.8447.8=40.2根據(jù)兩流體的情況 假設(shè)K估 =200（m2 k） 故 A0 =Q(K估tm )= 411250(20040.2)=51.4 m2 2.2主要工藝尺寸的確定 由于Tm-tw =8536.5=48.555所以以選用固定管板式列管換熱器由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中選定固定式換熱器有關(guān)參數(shù)如下殼徑mm500管子尺寸mm252.5公稱壓力MPa25管長m6

8、公稱面積m270管子總數(shù)152管程數(shù)4管子排列方法正三角形實(shí)際傳熱面積A=ndo L=2423.140.025(3-0.1)=70.4m2 2.4流體流動(dòng)阻力的計(jì)算 管程壓強(qiáng)降 pi=（p1+p2 ）FtNpSt 管程流通面積Ai =24240.7850.022 =0.011932m2 管內(nèi)水的流速ui = qm2（3600Ai ）=6.09（9947.22510-4）=0.85ms Rei=diui=0.020.4994(7.2510-4 )=15959 設(shè)管壁粗糙度為0.1 則d=0.120=0.05 查表得摩擦系數(shù)=0.028 所以p1 =(Ldi )( ui2)=0.028(60.02

9、) (9940.852 2)=1404.4Pap2 =3ui 2 2=39940.852 2=501.6Pa而Ft=1.4 Np=4 Ns=1所以pi =(1404.4+501.6) 1.44=10673.6pa0.4Mpa管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程壓強(qiáng)降 po =(p1 +p2 )FSNS 其中FS =1 NS =1p1 =Ffonc(NB+1) u2 2 因?yàn)楣茏訛檎切闻帕?F=0.5 取折流板間距h=0.3m 擋板數(shù)NB =Lh -1=30.3-1=19 nc=1.1nT 12 =1.1915212 =14.67 殼程流通面積 AO =h(D- ncdO)=0.3(0.5-14

10、.670.025)=0.04m2 uO=10000 (360090.04)=9.12ms ReO= dOuO=0.0259.259(1.510-5)=138750 fo =5.0Re-0.228 =5.0138750-0.228 =0.338p1 =0.50.33614.67(19+1)(99.25 /2)=18978 Pap2 = NB(3.5-2BD)=19(3.5-20.150.5) 99.252 2=21215Pa 總阻力po =（21215+18978）11=40193pa3Mpa 所以殼程流動(dòng)阻力也比較合適。2.5總傳熱系數(shù)的校核 .管程對流傳熱系數(shù)2u=0.85ms Re=159

11、59 Pr=CP=4.1741037.22510-40.626=4.812 =0.023 (d2 ) Re0.8Pr0.4 =0.0230.6260.02159590.84.810.4=3108.4W(m2k) .殼程對流傳熱系數(shù)1 1=0.36（de）(deu)0.55(CP）13(W )0.14 Smax=hD(1-d1t)=0.0328m2 u=qv1Smax =10000(360090.0328)=11.28 ms de=4(t2-4d12 ) (d1)=4(0.00322-40.02520.025=0.027m Re=deu=0.02018.829(1.510-5)=182736 P

12、r=CP=3.2971031.510-50.0279=1.77 黏度校正(W )0.14=0.951 所以1 =0.360.02790.0201827360.551.77131=334.9W(m2k) .污垢熱阻 參考表3-6，管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別取 RS2=0.00058m2kw RS1=0.00053 m2kw .總傳熱系數(shù) 管壁熱阻可忽略時(shí)，該換熱器的總傳熱系數(shù)K計(jì)為 K計(jì)=111 + RS1+ RS2 d1d2+d1(2d2)=11334.9+0.000532+0.00062520+25(2200 20)=220 W(m2k) K計(jì)K估=220200=1.1 所以說明K估 的設(shè)定值合

13、適。2.6傳熱面積的校核A計(jì)=Q(K計(jì)tm )=576975 （22045.5）=59.5 m2 AA計(jì)=70.459.5=1.18 所選換熱器的傳熱面積具有足夠的裕量，故該換熱器合適。 3.換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1殼體壁厚的計(jì)算 S=pD(2-p)+C=1040.5(2104 0.85-104)+0.2=0.91cm 所以殼體壁厚取1cm。3.2管板結(jié)構(gòu)和尺寸的確定管板結(jié)構(gòu)采用焊接法尺寸的確定 見下表公稱直徑DgDD1D2D3D4D5=D6D7bb1cdn500660615490-553500-4436-2724質(zhì)量kg74.13.3管板與殼體、封頭的連接 管板與殼體的連接采用兼作法蘭不可拆連接

14、。 管板與封頭的連接采用采用橢圓型封頭。3.4溫差應(yīng)力補(bǔ)償采用波形膨脹節(jié)。基本參數(shù)見下表公稱直徑Dgmm波的最大外徑DOmmRmmLmmS一個(gè)波的最大允許補(bǔ)償值一個(gè)波的質(zhì)量kg50075035160411.021.04.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總（列表）換熱器型式：固定管板式換熱器面積（m2）:70.4工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水空氣操作壓力，Mpa0.43操作溫度，284560110流量，kgs3837615000流體密度，kgm3994.59流速，ms0.859.12傳熱量，kw501.6總傳熱系數(shù)，W(m2k)299對流傳熱系數(shù)，W(m2k)4459485污垢系數(shù)，m2kw0.000580.00

15、053阻力降，pa1897821215程數(shù)41使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格 252.5 管數(shù)152管長mm 6000管子間距，mm32排列方式正三角形折流擋板型式上下間距 mm 300切口高度25殼體內(nèi)徑，mm500項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D(DN)500mm管尺寸252.5管程數(shù)Np(N)4管長1(L)6m管數(shù)n152管排列方式正三角形排列中心排管數(shù)nc14管心距32mm傳熱面積 70.4m25.設(shè)計(jì)評述（結(jié)束語） 化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)個(gè)人綜合運(yùn)用本門及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練，也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。 在換熱器的設(shè)計(jì)過程中，我感覺我的理論運(yùn)用于實(shí)際的能力得到了提升，主要有以下幾點(diǎn)：掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力樹立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性和可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)