化工原理課程設(shè)計(jì).doc

班級：黔化升121化工原理課程設(shè)計(jì) 題目 制糖廠糖汁加熱 固定管板式換熱器 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 學(xué) 生 指 導(dǎo) 教 師 2012年8月16日目錄一、設(shè)計(jì)條件.312二、確定定性參數(shù).33、 估算傳熱面積.4 1.熱流量.4 2.平均傳熱溫差.4 3.傳熱面積.5 4.蒸汽用量.54、 工藝結(jié)構(gòu)尺寸.5 1.管程. . .5 2.殼體.6 3.封頭.7 4.折流板.7 5.管板.7 6.拉桿及擋板.8 7.接管.88.鞍座選用及安裝位置確定.85、 換熱器核算.91.殼程流體傳熱系數(shù).92.管程流體傳熱系數(shù).93.污垢熱阻和管壁熱阻.104.傳熱系數(shù).115.傳熱面積裕度.11六、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果.11七、參考文獻(xiàn).13 一 設(shè)計(jì)條件 1 每小時(shí)66900 kg的糖汁從90加熱至120。糖汁的濃度為16， 定壓熱容為3.77 kJ/kg; 2 加熱蒸汽用鍋爐房送出的飽和蒸汽，其壓力為P=4.5 kgf/cm2; 3 列管用331.5的碳鋼管，長3m,有效長2.93 m; 4 設(shè)計(jì)壓力：4.5 kgf/cm2; 5 流程安排：從兩物體看，飽和水蒸汽通入殼程，便于排出冷凝水；糖 汁入管程，便于提高流速，增大傳熱膜系數(shù)； 二 確定定性參數(shù) 飽和水蒸汽的壓力為4.5 kgf/cm2時(shí)查知其溫度為147 1 定性溫度 取進(jìn)出口溫度的平均值 飽和蒸汽：T=(147+147)/2=147 糖汁：t=(90+120)/2=105 2 由定性溫度得： 147 飽和水蒸汽： 汽化潛熱：Lv=2125 kJ/kg 密度： p=2.415 kg/m3 105 濃度為16%糖汁： 密度:=10.66 kg/m3 比熱容：C=3.77 kJ/kg 粘度：=1.510-3 PaS 熱導(dǎo)率：=0.53 W/(mK) 三 估算傳熱面積 1 熱流量 =qmcpt =669003.77(120-90) =7.566106 kJ/h=2102 KW 2 平均傳熱溫差 T1=T2=147 t1=90 t2=120 t1=T1-t1=147-90=57 t2=T2-t2=147-120=27 tm=40 3 傳熱面積 由于糖汁粘度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，傳熱系數(shù)K取500 W/m2k 則傳熱面積：A=/ktm=105.1m2 4 蒸汽用量： 考慮到熱損失，則Q2=1.05Q1 v=/Lv=3756 kg/h 四 工藝尺寸結(jié)構(gòu) 1 管程 （1 )管子數(shù) n:選331.5的碳鋼管，管長3 m Sn=nd 均Ln n=362.656363 (根） （2）管程數(shù) 因?yàn)閭鳠峁転?m，按經(jīng)驗(yàn)符合要求，所以則可用2程, 每 程182根，則所需管數(shù)為364根。 ( 3 ) 管子排列 采用正三角形排列 取管心距t=1.25d0,則 t=1.2533=41.2542 (mm) 2 殼體 （1）內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，進(jìn)行殼體內(nèi)徑估算。取管板利用率=0.75 ， 則殼體內(nèi)徑為： D=1.05t=1.0542=970 mm 取殼體內(nèi)徑D=1000 mm. （2） 壁厚 材料選用Q235，計(jì)算壁厚為 =+C 取式中P設(shè)計(jì)壓力，取P=1.6 MPa D=1000 mm =0.7 =113 MPa =0.31 mm =+0.31=10.5312 mm 3 封頭壁厚 =+C =+0.31 =10.4812 mm 則上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T 4746-2002標(biāo)準(zhǔn)， 封頭為DN100012，曲面高度h1=250 mm，直邊高度h2=40 mm，材料選用20鋼。 4 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%，則切去的圓缺高度為 h=0.251000=250 mm. 取折流板間距B=0.3D,厚度12 mm則 B=0.31000=300 mm 折流板外徑D=DN12=988 mm 折流板數(shù)NB: NB=1=1=9 塊 5 管板 選用固定式換熱器管板，由固定式管板尺寸表查得管板厚度為56mm, b1=47mm. 固定管板外徑： mm 6 拉桿及擋板： 根據(jù)換熱器拉桿選擇標(biāo)準(zhǔn)，本換熱器殼體內(nèi)徑D=10000，可選用拉桿直徑16，拉桿數(shù)6個。 殼程入口處，應(yīng)設(shè)置防沖擋板。 7 接管 管程流體進(jìn)出口接管，取管內(nèi)糖汁的流速v1=1.0 m/s, 則 接管內(nèi)徑： D1=0.599 m 圓整后可取管內(nèi)徑為600mm. 殼程流體進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)流體流速v2=10 m/s D2=0.2345 m 圓整后可取管內(nèi)徑為235 mm. 8 鞍座選用及安裝位置確定： 鞍座選用JB/T4712-92鞍座BI1400-F/S； 安裝尺寸如化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）： 圖4-44所示 其中： 取： 五 換熱器核算 1 殼程流體傳熱系數(shù) 設(shè)換熱器管外壁溫tw=140 ，則冷凝液膜的平均溫度： （tw+ts)/2=(147 +140 )/2=143.5 . 膜溫在143.5 下的物性參數(shù)： P0=925 kg/m3 =1.910-5 pas =0.684 w/m.k c=1.1(Nt)0.5=1.1(24)0.5=5.3889 =11.146103 W/(m2K) 2 管程流體傳熱系數(shù)： 管程流體流通截面積：Si=nd2=0.7853640.032=0.2572 m2 管程流體流速： i=6.78 m/s 雷諾數(shù)： Rei=1445 普朗特?cái)?shù)： Pri=10.67 353.5 W/(m2 K) 3 污垢熱阻和管壁熱阻： 經(jīng)查得 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻Ri=1.7210-4m2/w 管壁熱阻查得碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為45 w/(mK)。 所以 4 傳熱系數(shù)有： Kc=295 W/(m2 K) 5 傳熱面積裕度： 計(jì)算傳熱面積Ac：AC=178.14 m2 該換熱器的實(shí)際傳熱面積為：AP=3.140.0333364=113.15 m2 該換熱器的面積裕度為: H=57.44 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。六 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表：參數(shù)管程殼程流率/ (kg/h)669003756進(jìn)/出口溫度/90/120147壓力/Pa2.371044.5105物性定性溫度/105147密度/（kg/m3）10.662.415定壓比熱容/kJ/（kgK）3.77粘度/（Pas）1.5熱導(dǎo)率（W/mK） 0.53普朗特?cái)?shù)10.67設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/1000臺數(shù)1管徑/331.5管心距/42筒體壁厚12管板厚56封頭厚12折流板厚12管程接管內(nèi)徑600拉桿直徑16殼程接管內(nèi)徑250拉桿數(shù)量6管長/3000管子排列正三角形排列管數(shù)目/根364折流板數(shù)/個9傳熱面積/105.1折流板間距/300管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果 管程流速/（m/s） 6.78表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/（K） 353.5污垢熱阻/（K/W） 1.72熱流量/KW 2102傳熱溫差/K40傳熱系數(shù)/W/（K）295裕度/%57.44 七 參