化工原理課程設(shè)計(jì)答案參考模板管殼式換熱器選型

1、、才、 亠 ,尤其在 :直接接 ,據(jù)統(tǒng)計(jì), ,其中 一、前言 熱交換器是進(jìn)行熱交換操作的通用工藝設(shè)備 ,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門 石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。換熱器分類方式多樣 ,按照其工作原理可分為 觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類 ,其中間壁式換熱器用量最大 這類換熱器占總用量的 99 %。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類 管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性 ,在長(zhǎng)期的操作過程中積累了豐富的經(jīng) 驗(yàn) ,其設(shè)計(jì)資料比較齊全 ,在許多國(guó)家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。 近年來盡管管殼式換熱器也受 到了新型換熱器的挑戰(zhàn) ,但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、操作彈性大、應(yīng)

2、 用材料廣等優(yōu)點(diǎn) ,管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型換熱 器 ,尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。如何確定最佳的換熱器,是換 熱器優(yōu)化的問題。本說明書對(duì)指定有機(jī)物進(jìn)行冷卻選擇合適的換熱器，并且合理安排 操作管路以及選擇合適的離心泵作出詳細(xì)的計(jì)算說明。 - 2 - 1) 2) 3) 4) 5) 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 任課老師： 選擇一個(gè)合適的換熱器，冷卻78dC的某液態(tài)有機(jī)物至60OC，此有機(jī)物的流量為82kg/s； 合理安排操作管路； 選擇一臺(tái)合適的離心泵； 有機(jī)物69(C的物理性質(zhì)： 997kg/m3; 0.6mPa s; Cp 2.22kJ/kg C

3、; 0.16W/m C. 冷卻水：進(jìn)口溫度 t1=20oC； 操作條件：換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應(yīng)超過 0.1MPa。 目錄 六附錄12 - 3 - 、八 前言 設(shè)計(jì)任務(wù) 計(jì)算明細(xì)表 1 管殼式換熱器規(guī)格 2 離心泵的型號(hào)規(guī)格 3 計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果記錄 計(jì)算過程 1 選擇合適的換熱器 熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取 1.2 計(jì)算熱負(fù)荷Q和qm2 1.3 計(jì)算溫差和估計(jì)傳熱系數(shù) 1.4 估算換熱面積 1.5 計(jì)算管程壓降和給熱系數(shù) 1.6 計(jì)算殼程壓降和給熱系數(shù) 1.7 計(jì)算傳熱系數(shù) 1.8 校核傳熱面積 2 安排管路和選擇合適的離心泵 2.1 管徑初選 10 2.2 壓頭計(jì)算 符號(hào)說明 13 設(shè)計(jì)說明 15 參

4、考文獻(xiàn) 15 -6 - 四、計(jì)算結(jié)果明細(xì)表 (1)管殼式換熱器的規(guī)格 公稱直徑 公稱壓力 管程數(shù) 管子根數(shù) 中心排 管程流通 換熱管長(zhǎng) 管心距 換熱面 DN/mm PN/ N n 管數(shù) 面積/m2 度 L/mm /mm 積/m2 MPa Nt 19 2mm 700 4 2 574 27 0.0507 4500 25 150.8 (2)離心泵的型號(hào)規(guī)格 型號(hào) 轉(zhuǎn)速 n/(r/mi n) 流量 揚(yáng)程 /m 效率 /% 功率 必需氣蝕量 (NPSH r/m 質(zhì)量(泵/ 底座)/kg m/h L/s 軸功 率 電機(jī) 功率 IS150- 1450 120 33.3 22.5 71 10.4 18.5 3

5、.0 758/158 125-250 200 55.6 20 81 13.5 3.0 240 66.7 17.5 78 14.7 3.5 (3)計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果記錄 項(xiàng)目 結(jié)果 單位 冷卻劑出口溫度 40 C 循環(huán)水定性溫度 30 C 熱負(fù)荷 3276.72 kW 冷卻水質(zhì)量流量 39.25 kg /s 并流對(duì)數(shù)平均溫差 35.7 C 逆流對(duì)數(shù)平均溫差 39.0 C 估算換熱面積 147.4 m2 管程流動(dòng)面積 0.0507 m2 管內(nèi)冷卻水流速 0.78 m/ s 管程給熱系數(shù) 3969 W/ m2 C 摩擦系數(shù) 0.036 管程壓降 12539.7 Pa 殼程流動(dòng)面積 0.134 m2 殼程有

6、機(jī)物流速 0.61 m/ s 當(dāng)量直徑 0.0173 m 殼程給熱系數(shù) 1315 W/ m2 C 殼程壓降 5483.32 Pa 核算傳熱系數(shù) 693 W/ m2 C 校核傳熱面積 121.24 m2 冷卻水流量 144 m3/h 總局部阻力系數(shù) 21.64 阻力損失 7.5 m 壓頭(揚(yáng)程) 15.96 m 五、 計(jì)算過程 選擇合適的換熱器 1熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取 冷卻劑：河水，從 tm10C及防止水中鹽類析出為原則，選選擇出口溫度：t2=40cC 循環(huán)水的定性溫度: 入口溫度為ti 20 C，出口溫度為t2 40oC 循環(huán)水的定性溫度為tm20 40 /2 30 C 兩流體的溫差Tm tm 6

7、9 3039 C 50 兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下 性 流體、 溫度 r 密度 kg/m3 粘度 mPa s 比熱容 kJ/(kg -r) 導(dǎo)熱系數(shù) W/(m -r) 有機(jī)物 69 997 0.6 2.22 0.16 循環(huán)水 30 995.7 0.8012 4.174 0.6171 2計(jì)算熱負(fù)荷Q和qm2 由熱量衡算 QqmiCpi (TiT2) 82 2.22 (78 60)3276.72kW qm2 Cp2 (t2 Q _ t1) 3276.72 20) 4.174 (40 39.25kg / s 3計(jì)算溫差 tm和估計(jì)傳熱系數(shù) 并流時(shí)，t1 78 2058 C t2 60 40 2

8、0 C tt1t2 tmt In丄 t2 58 20 盲 35.7 In 20 逆流時(shí)，ti 78 40 38 C t2 60 20 40 C tm逆 In t2 t2 tT 38 38 In 40 4039.0 C 根據(jù)管程走循環(huán)水, 殼程走有機(jī)物，總傳熱系數(shù) K現(xiàn)暫取: 2 K 570W/m C 4估算換熱面積 A估亠- 估 K tm 逆 3276-72 103147.4m2 570 39 1 公稱直 徑 DN/mm 公稱壓 力 PN/ MPa 管程數(shù) N 管子根 數(shù) n 中心排 管數(shù) Nt 管程流 通面積 /m2 19 2mm 換熱管 長(zhǎng)度 L/mm 管心距 /mm 換熱 面積 /m2

9、700 4 2 574 27 0.0507 4500 25 150.8 根據(jù)A估可以選擇下述標(biāo)準(zhǔn)換熱器（查附錄得） :（排列方式：正三角形） 5計(jì)算管程壓降t及給熱系數(shù)i 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)換熱器提供的參數(shù)管程流動(dòng)面積 A 0.0507 m 2 -7 - 管內(nèi)冷卻水流速 qm2 3276.72 Ui Rei Cp2 (t2ti) qm2 dui 4.174 (40 20)39.25kg/s 39.25 995.7 0.0507 0.78m/s O.。15 O.78995.714500 0.8012 103 管程給熱系數(shù) o,023-Rei0.8 0.4 Cpii o.023145000.8 4.174

10、103 0.8012 10 3 0.6171 0.4 3969W / m2 C 取鋼的管壁粗糙度為 0.1mm 0.23 e 0.1 - d 68 Rei 0.1 0.1 15 68 0.23 14500 0.036 管程壓降 3 ftN 2 u i 2 4 5 0.03631.5 2 0.015 2 995.7 0.78 12539.7 Pa 0.1MPa 6計(jì)算殼程壓降 s及給熱系數(shù)0 擋板間距B取0.9m, A2 BD 1 do I 0,9 o.7 1 器 a152 U0 qm1 82 de Re。 Pr 4 0.15 997 0.55m/s d。 deu0 有 J322 0.0252

11、0.785 0.0192 2 3.14 0.019 0.0173m 0.0173 0.55 997 0.6 10 3 1.6 104 Cp 2.22 103 0.6 10 3 0.16 8.325 -17 - 殼程中有機(jī)物被冷卻, 0.14 0.95 0.14 00.36 Re。55 Pr% de 0.360.16160000.55 8.32J3 0.95 0.0173 1315W/ m2 C 取折流擋板間距B 0.9m 管束中心線管數(shù)Ntc 27 殼程流動(dòng)面積 Uo qm1 Re。 有A2 d 0u0 Ngd。0.9 0.7 27 0.019 0.17m2 82 0.48m/s 997 0.

12、17 0.019 0.48 9971 5 忖 0.6 10 3 因Re 500, f0 5Re 0.22851.5 104 0.228c Lc 0.56 管子排列為三角形, |_ B 擋板數(shù)：Nb F=0.5, I竺 0.9 fs=1.15 殼程壓降 sFf0NTC Nb Nb 3.5 2B D 2 U0 s 2 0.5 0.56 274 3.5 2 0.7 091.15 997 Q48- 2 5483.32 Pa 0.1M Pa 7計(jì)算傳熱系數(shù)K計(jì) 污垢熱阻和管壁熱阻 管外側(cè)污垢熱阻 0.000176m2 OC/W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻R內(nèi) 0.00021m2 C/W 取鋼管壁厚2 10 3m，熱

13、導(dǎo)率 45.4W m 1 K 1 2 10 3 45.4 K計(jì)tm逆 3276.72 103 693 39 1 121.24m2 所選換熱器：A 150.8m2 1 . 0.0001760.00021 39691315 2 O 693W/(m C) 8校核傳熱面積 遡 1.24 121.24 所以 選擇的換熱器符合要求。 安排管路和選擇合適的離心泵 1管徑初選 qm2 39.25 kg/s I41.9m/hr qv - S 3600 O.。394 初取水經(jīng)濟(jì)流速 u 1.5 m/s A亞 1U 39.25 995.7 1.5 2 0.026m2 A-dl2 4 di J4 0.026 182m

14、m 由于182mn不是標(biāo)準(zhǔn)管徑，因此確定 d|150mm 39.25 u 2.23m/s d995.7 0.152 4 符合經(jīng)濟(jì)流速范圍 故確定：dl 150mm,u2.23m/s 2壓頭He 在水槽液面及壓力表處列柏努利方程 Pa 2 Hf 2g 0.15mm, Id 0.001, Re dl u/0.15 995.7 2.23/0.8012 10 34.2 105 查圖得 0.021 流出換熱器 0.5 1 A2/A0.5 1 0.152 / 0.720.48 8.5 0.75 3 9.5 0.91 0.4821.64 局部阻力: 底閥1個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)90彎頭3個(gè) 球心閥1個(gè) 8.5 0.75

15、3 9.5 流入換熱器 1 A/A221 0.152 / 0.72 2 0.91 換熱器壓降 12539.7 Pa Hf 2g 0.02121.64 0.15 2 2.23 2 9.81 He P2Pa u2 20000 2g 2.232 Hf 12539.7 995.7 9.817.5m 995.7 9.81 2 9.81 7.515.96m u 2.23m/s qv uA|2.23 4 o.152 33 0.04m /s 144m /h 根據(jù)qv和He以及IS型離心泵系列特性曲線可以選擇 型號(hào)為IS150-125-250的離心泵。 六、附錄 (1)物理性質(zhì) 物性 溫度 密度 粘度 比熱容

16、導(dǎo)熱系數(shù) 流體 kg/m3 mPa s kJ/(kgC) W/(m -C ) 有機(jī)物 69 997 0.6 2.22 0.16 循環(huán)水 30 995.7 0.8012 4.174 0.6171 管外側(cè)污垢熱阻 R外 0.000176m2 C/W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 R內(nèi) 0.00021m2 C/W 鋼管熱導(dǎo)率 45.4W m 1 K 1 符號(hào)說明 主要符號(hào)說明 符號(hào) 意義 計(jì)量單位 A 面積 m2 Cp 定壓比熱容 kJ/(kg K) d 管徑 m g 重力加速度 m/s2 Hf 單位重量流體的機(jī)械能 損失 m l 管路長(zhǎng)度 m m 質(zhì)量 kg 虛擬壓強(qiáng) Pa P 流體壓強(qiáng) Pa pa 大氣壓 P

17、a B 擋板間距 m T 周期時(shí)間 s t 時(shí)間 s t 溫度 r u 流速 m/s qv 體積流量 m3/s qm 質(zhì)量流量 Kg/s 絕對(duì)粗糙度 mm 局部阻力系數(shù) 摩擦系數(shù) 動(dòng)力黏度 Pa s 密度 Kg/m3 He 有效壓頭 m D 換熱器殼徑 m f 校正系數(shù) fo 殼程流體摩擦系數(shù) K 傳熱系數(shù) W/(m2 K) Nt 管子總數(shù) Q 熱流量 W 或 J/S 給熱系數(shù) W/(m2 K) 熱導(dǎo)率 W/(m K) Gr 數(shù)群 + 1 3 2 格拉私霍夫數(shù) g : Nu 努塞爾數(shù)_L Pr 普朗特?cái)?shù)Cp Re 雷諾數(shù)du 下標(biāo) g 氣體的 m 平均 w 壁面的 s 殼程的 t 管程的 有 有機(jī)物的 八、設(shè)計(jì)說明 (1) (2) (3) 1 需要冷卻的有機(jī)物走殼程，冷卻劑走管程； 有機(jī)物可以采取逆流的方式； 換熱器說明： 采用光滑管 光滑管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。缺點(diǎn)是它強(qiáng)化傳熱的性能不足。為了提高換熱器的 傳熱系數(shù)，可采用結(jié)構(gòu)形式多樣化的管子，如異性管，