化工原理課程設(shè)計(jì)-水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設(shè)計(jì)

化工原理課程設(shè)計(jì)水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設(shè)計(jì)目錄1說(shuō)明書 31.1 設(shè)計(jì)題目 31.2設(shè)計(jì)條件 31.3設(shè)計(jì)任務(wù) 32設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 32.1選擇換熱器的類型 32.2管程安排 42.3流向的選擇 43流體物性的確定 43.1流體定性溫度的確定 43.2定性溫度下流體的物性 44工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 54.1計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水量 54.2計(jì)算兩流體的對(duì)數(shù)平均溫度(暫按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算) 54.3初選換熱器規(guī)格 64.4折流板 75核算總傳熱系數(shù) 75.1管程傳熱系數(shù) 75.2殼程傳熱系數(shù) 75.3污垢系數(shù) 85.4總傳熱系數(shù)K 85.5傳熱面積裕度 95.6管壁溫度 96壓力損失的計(jì)算 96.1管程的壓力損失 96.2殼程的壓力損失 107輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 107.1管箱 107.2封頭 107.3旁路擋板 107.4接管 107.5導(dǎo)流筒 117.6放氣孔、排氣孔 118設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 129對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述 13參考文獻(xiàn) 141說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目用水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)條件(1)甘油處理量：Wc=58960kg/h、進(jìn)口溫度：100℃，出口溫度：40℃、壓強(qiáng)降：＜101.3kPa(2)冷卻水進(jìn)口溫度：25℃，出口溫度：35℃、壓強(qiáng)降：＜101.3kPa1.3設(shè)計(jì)任務(wù)(1)根據(jù)設(shè)計(jì)條件選擇合適的換熱器型號(hào)，并核算換熱面積、壓力降是否滿足要求，并設(shè)計(jì)管道與殼體的連接，管板與殼體的連接、折流板數(shù)目、形式等。(2)繪制列管式換熱器的裝配圖。(3)編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。2設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介2.1選擇換熱器的類型兩流體溫的變化情況:熱流體(甘油)進(jìn)口溫度100℃出口溫度40℃;冷卻流體(水)進(jìn)口溫度25℃出口溫度35℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷水，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之溫度之差較大，因此初步確定選定浮頭式換熱器。2.2管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使甘油走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降；又因?yàn)楸焕鋮s的流體走殼程，便于散熱。所以從總體上綜合考慮，應(yīng)使冷卻循環(huán)水走管程，甘油走殼程。2.3流向的選擇當(dāng)冷、熱流體的進(jìn)出口溫度相同時(shí)，逆流操作的平均推動(dòng)力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體，所需的傳熱面積較小。逆流操作時(shí)，冷卻介質(zhì)溫升可選擇得較大因而冷卻介質(zhì)用量可以較小。顯然，在一般情況下，逆流操作總是優(yōu)于并流。故選擇逆流為流向。3流體物性的確定3.1流體定性溫度的確定甘油的定性溫度為℃水的定性溫度為℃溫度差為℃3.2定性溫度下流體的物性查表可知，在定性溫度70℃時(shí)，100%甘油的比熱容為2.620KJ/(kg.℃)，水的比熱容為4.187KJ/(kg.℃)，甘油的熱導(dǎo)率為0.286W/(m.K)，水的熱導(dǎo)率為0.667W/(m.K)，30℃時(shí)水的比熱容為4.187KJ/(kg.℃)，水的熱導(dǎo)率為0.6171W/(m.K)。在定性溫度下25%甘油的比熱容為：KJ/(kg.℃)kmix、kg、kw分別為25%甘油水溶液、甘油、水的熱導(dǎo)率pg為甘油水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Tmix為混合甘油的溶液的溫度具體各個(gè)溫度下的各個(gè)物質(zhì)的物性參數(shù)如下表：表一流體T/℃ρ/(Kg/m3)μ/Pa.sCp/KJ/(kg.℃)]λ/[W/(m.℃)]甘油701228.3556.5*10-32.6200.286水70977.80.4061*10-34.1870.667水30995.70.8007*10-34.1780.61725%甘油701040.440.7225*10-33.800.5154工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型4.1計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水量熱負(fù)荷冷卻水量即4.2計(jì)算兩流體的對(duì)數(shù)平均溫度(暫按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算)℃圖SEQ圖表\*ARABIC1殼側(cè)單程、管側(cè)2程或2n程的換熱器溫差修正系數(shù)由上圖可查得溫度修正系數(shù)合理，故可用單殼程。矯正后的溫度℃4.3初選換熱器規(guī)格設(shè)總傳熱系數(shù)，故所需要傳熱面積為據(jù)此，由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)選定換熱器，相關(guān)參數(shù)如下表：殼徑（mm）1100管子直徑（mm）Φ25x2.5公稱壓強(qiáng)MPa2.5管長(zhǎng)（m）4.5管程數(shù)(N)4管子總數(shù)（n）716管子排列方法正方形斜轉(zhuǎn)45°換熱管材料碳鋼管管程流通面積（m2）0.0562表二BES1100-2.5-243.4--4Ⅰ型浮頭式換熱器根據(jù)上述所選換熱器，其總傳熱面積可以查得為，則在此條件下總傳熱面積4.4折流板本設(shè)計(jì)中采用圓缺形擋板，擋板切口高度與直徑之比一般是0.15~0.45之間，且常見的是0.20和0.25這兩種，故選用0.25型。即擋板高度擋板間距，折流擋板數(shù)。5核算總傳熱系數(shù) 5.1管程傳熱系數(shù)由圖表一可知30℃時(shí)水的物性常數(shù)；；每程管程的側(cè)面積：；管程冷卻水的體積流量：；管程冷卻水流速：之間，故符合要求；，故管程內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)屬于湍流區(qū)對(duì)于管程中的冷卻水來(lái)說(shuō)其被加熱，故管程傳熱系數(shù)5.2殼程傳熱系數(shù)取管心距為。則流體通過(guò)管間最大面積為管群排列方式為正方形斜轉(zhuǎn)45°，管群當(dāng)量直徑為de殼程中0.25%甘油被冷卻，故取，故5.3污垢系數(shù)得查閱相關(guān)資料可得，管內(nèi)外的污垢熱阻分別為5.4總傳熱系數(shù)K5.5傳熱面積裕度5.6管壁溫度根據(jù)相關(guān)資料查得時(shí)25%甘油的粘度為，時(shí)甘油的粘度為。對(duì)于殼體：故殼體壁溫可近似等于殼體流體的定性溫度即，殼體壁溫和傳熱管壁溫溫差，該溫差較大，需要溫度補(bǔ)償裝置，故選用浮頭式比較合理。6壓力損失的計(jì)算6.1管程的壓力損失設(shè)管壁粗糙度為，則相對(duì)粗糙度為，根據(jù)摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及相對(duì)粗造度的關(guān)系圖查得，管子排列方式為正方形斜轉(zhuǎn)45°，其中，，符合要求。6.2殼程的壓力損失7輔助設(shè)備的計(jì)算及選型7.1管箱因?yàn)镈=1100mm,在1100mm≤D，所以應(yīng)選選封頭管箱。7.2封頭因?yàn)镈≥400mm，所以采用圓形封頭。7.3旁路擋板因?yàn)镈=1100mm，在800mm—1200mm之間，所以旁路擋板數(shù)量選3對(duì)。7.4接管管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速u=2.0m/s，則接管內(nèi)徑為，圓整后可取管徑為Ф251mm×6.0mm殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)25%甘油流速u=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為Ф122mm×3.0mm7.5導(dǎo)流筒殼程流體的進(jìn)出口和管板間必須存在有一段流體不能流動(dòng)的空間（死角），為了提高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)出殼程時(shí)必然經(jīng)過(guò)這個(gè)空間。7.6放氣孔、排氣孔換熱器的殼體上常設(shè)有放氣孔、排氣孔，以排除不凝氣體和冷凝液等。8設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表表3設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表參數(shù)管程殼程流率(kg/s)89.47316.378進(jìn)/出口溫度/℃25/35100/40壓力/KPa<101.3<101.3物性定性溫度/℃3070密度/（kg/m3）997.051040定壓比熱容/[kJ/（kg?K）]4.1783.80粘度/（Pa?s）0.8007×10-30.7225×10-3熱導(dǎo)率（W/m?K）0.61710.515普朗特?cái)?shù)6.075.35設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/㎜1100臺(tái)數(shù)1管徑/㎜Φ25×2.5管心距/㎜35管長(zhǎng)/㎜4500管子排列正方形斜轉(zhuǎn)管數(shù)目/根716折流板數(shù)/個(gè)29中心排管數(shù)Nc21管程流通截面積Ai/m20.0562傳熱面積/㎡243.4折流板間距/㎜150管程數(shù)4材質(zhì)不銹鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）1.600.331表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[W/（㎡?k）]6676.261275.10污垢熱阻/（㎡?k/W）0.0001720.000352阻力/KPa82.4322.45傳熱系數(shù)/[W/（㎡?K）]638.4裕度/%24.49對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述知識(shí)必須運(yùn)用到實(shí)踐中去，本次化工原理課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩周，是學(xué)習(xí)化工原理以來(lái)第一次獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計(jì)?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊(cè)的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形；理解計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過(guò)程，利用編程使計(jì)算效率提高。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性。在短短的兩周里，從開始的一頭霧水，到同學(xué)討論，再進(jìn)行整個(gè)流程的計(jì)算，再到CAD圖紙繪制等過(guò)程的培養(yǎng)，我真切感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合中的種種困難，也體會(huì)到了利用所學(xué)的有限的理論知識(shí)去解決實(shí)際中各種問(wèn)題的不易。我們從中也明白了學(xué)無(wú)止境的道理，在我們所查找到的很多參考書中，很多的知識(shí)是我們從來(lái)沒(méi)有接觸到的，我們對(duì)事物的了解還僅限于皮毛，所學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)還很不完善，我們對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的理解還僅限于書本上，對(duì)實(shí)際當(dāng)中事物的方方面面包括經(jīng)濟(jì)成本方面上考慮的還很不夠。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，我還發(fā)現(xiàn)由于沒(méi)有及時(shí)將所得結(jié)果總結(jié)，以致在后面的計(jì)算中不停地來(lái)回翻查數(shù)據(jù)，這會(huì)浪費(fèi)了大量時(shí)間。由此，我在每章節(jié)后及時(shí)地列出數(shù)據(jù)表，方便自己計(jì)算也方便讀者查找。在一些應(yīng)用問(wèn)題上，我直接套用了書上的公式或過(guò)程，并沒(méi)有徹底了解各個(gè)公式的出處及用途，對(duì)于一些工業(yè)數(shù)據(jù)的選取，也只是根據(jù)范圍自己選擇的，并不一定符合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。因此，一些計(jì)算數(shù)據(jù)有時(shí)并不是十分準(zhǔn)確的，只是擁有一個(gè)正確的范圍及趨勢(shì)，而并沒(méi)有更細(xì)地追究下去，因而可能存在一定的誤差，影響后面具體設(shè)備的選型。如果有更充分的時(shí)間，我想可以進(jìn)一步再完善一下的。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，讓我對(duì)自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認(rèn)識(shí)，這對(duì)我們的繼續(xù)學(xué)習(xí)是一個(gè)很好的指導(dǎo)方向，我們了解了工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握了化工設(shè)計(jì)的主要程序和方法，增強(qiáng)了分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還使我們樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)更尤為重要。我還要感謝老師對(duì)我們的教導(dǎo)與幫助，感謝同學(xué)們的相互支持。限于我們的水平，設(shè)計(jì)中難免有不足和謬誤之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)[1]楊祖榮，劉偉