化工原理課程設(shè)計(jì)-苯加熱器設(shè)計(jì)

1、真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正。太原工業(yè)學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)苯加熱器設(shè)計(jì)系： 班級(jí)： 姓名 ： 學(xué)號(hào) ： 完成時(shí)間： 年 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)一個(gè)換熱器，將純苯液體從55加熱到80。純苯的流量為1.4104 kg/h。加熱介質(zhì)采用的是具有200 kPa的水蒸氣。要求純苯液體在換熱器中的壓降不大于30kPa，試設(shè)計(jì)或選擇合適的管殼式換熱器，完成該任務(wù)。設(shè)計(jì)要求（1）換熱器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算（2）換熱器工藝流程圖（3）換熱器設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（4）設(shè)計(jì)說明目錄一、方案簡介42、 方案設(shè)計(jì)51、 確定設(shè)計(jì)方案52、 確定物性數(shù)據(jù)53、 計(jì)算總傳熱系數(shù)54、 工藝結(jié)構(gòu)尺寸65、 換熱器核算73

2、、 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表104、 設(shè)計(jì)總結(jié) 125、 參考文獻(xiàn)13附圖一、方案簡介1、概述換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位，由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，估換熱器的類型也是多種多樣。按用途特可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式。間壁式換熱器的特點(diǎn)是冷、熱流體被固定壁面間隔開，不想混合，通過間壁進(jìn)行熱量的交換。此類換熱器中，以列管式應(yīng)用最廣。本設(shè)計(jì)任務(wù)是利用飽和水蒸氣給純苯加熱。利用熱傳遞過程中對(duì)流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。2、換熱器類型列管式換熱器又

3、稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，主要分三大類：固定管板式、浮頭式、U型管式。（1） 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)。（2） 浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本高，消除了溫差應(yīng)力，是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。（3） U型管式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，適用于高溫和高壓場(chǎng)合，但管內(nèi)清洗不易，制造困難。二、方案設(shè)計(jì)某廠在生產(chǎn)過程中，需將純苯液體從55冷卻到80。純苯的流量為1.4104 kg/h。加熱介質(zhì)采用的三具有200 kPa的水蒸氣,要求純苯液體在換熱器中的壓降不大于30kPa。試設(shè)計(jì)或選擇合適管殼式換熱器。1確定設(shè)計(jì)方案 （1）選擇換熱

4、器的類型兩流體溫度變化情況：冷流體進(jìn)口溫度55，出口溫度80。熱流體為飽和水蒸氣，溫度恒為Ts，查表得，200kPa的飽和水蒸氣的飽和溫度為Ts=120該換熱器采用飽和水蒸氣冷凝放熱來加熱冷流體，管壁與殼壁溫差較大，流體壓強(qiáng)不高，初步確定選用固定管板式換熱器，考慮到管壁與殼壁溫差較大情況，因此，換熱器應(yīng)安裝膨脹節(jié)，進(jìn)行熱補(bǔ)償。（2）管程安排 從流體流經(jīng)管程或殼程的選擇標(biāo)準(zhǔn)來看，純苯液體有毒，為減少向環(huán)境泄露的機(jī)會(huì)，苯宜走管程；水蒸氣較潔凈，不會(huì)污染殼程，所以飽和蒸汽宜走殼程，以便及時(shí)排除冷凝液。綜上所述，純苯液體走管程，飽和水蒸氣走殼程。2、確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。

5、管程純苯的定性溫度為：殼程流體的定性溫度為： Ts=120根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 （1）純苯在67.5下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 i=830 kg/m3定壓比熱容 cpi=1.86 kJ/(kg)熱導(dǎo)率 i=0.135 W/(m)粘度 i=0.00037 Pas（2）飽和水蒸氣在120.2下的物性數(shù)據(jù)： 密度 0=1.127 kg/m3比汽化熱 0=2.205106 J/kg熱導(dǎo)率 0=0.686 W/(m)粘度 0=0.0000133 Pas 3計(jì)算總傳熱系數(shù) （1）熱流量QT=qm1cp1(t2-t1)=140001860(80-55)/3600 =6685

6、00 kJ/h =1.808105 W（2）冷卻水用量 qm2= QT /0=1.8081053600/(2.505106)=259.880kg/h（3）平均傳熱溫差 （4）初算傳熱面積 由水蒸氣冷凝有機(jī)物，有機(jī)物黏度為0.00037 Pas，查表4-7得K值大致范圍為 5001200（W/m2 . K）假設(shè)K=600 W/m2 . K，則估算的傳熱面積為4、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速選用192mm較高級(jí)冷拔傳熱管(碳鋼)，因流體黏度1，最大流速為2,4 m/s，所以取管內(nèi)流速ui=0.5m/s。（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 按單管程計(jì)算，所需傳熱管長度

7、為L=S估（3.14d0Ns）=5.828（3.140.01953）=1.8 m現(xiàn)取傳熱管長度L=2m，則該換熱器的管程數(shù)為NP=1(管程)（3）傳熱管排列和分程方法 采用正三角形排列取管心距Pt=1.25 d0 =1.2519=23.75 mm 25mm隔板中心到離其最近一排管中心距離Z=Pt2+6=19mm（4）殼體內(nèi)徑 取，按三角形排列，殼體內(nèi)徑為 圓整可取D273mm （5）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：h0.2527368.25mm，故可取h70 mm。 取折流板間距B0.5DB0.5273136.5mm，可取B為150 mm。 折

8、流板數(shù) NB=傳熱管長/折流板間距-1=2000/150-1=12.3，可取12塊。（6）接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)硝基苯流速為 u1.5 m/s，則接管內(nèi)徑為 圓整后可取管內(nèi)徑為60mm 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u2m/s，則接管內(nèi)徑為 圓整后可取管內(nèi)徑為80mm5換熱器核算 （1）傳熱面積校核 殼程傳熱膜系數(shù) 采用試差法估算值：a假設(shè)=10000 W/（m2）,tw=ts-t=120.2-2.86=117.34膜溫t=（ts+tw）/2=(120.2+117.34)/2=118.8水蒸氣在118.8時(shí)，密度 =944.1 kg/m3導(dǎo)熱系數(shù) 0=0.686 W/(m

9、)黏度 0=0.0002402 Pas W/（m2）估算值與計(jì)算值相差較大，需再次試差。b假設(shè)=15000 W/（m2）,tw=ts-t=120.2-1.91=118.3膜溫t=（ts+tw）/2=(120.2+118.3)/2=119.2水蒸氣在119.2時(shí)，密度 =943.7 kg/m3導(dǎo)熱系數(shù) 0=0.686 W/(m)黏度 0=0.0002391 Pas W/（m2）估算值與計(jì)算值相差在范圍之內(nèi)，符合要求。所以殼程傳熱膜系數(shù)為14912 W/（m2）管程傳熱膜系數(shù) 管程流通截面積管程流體流速 普朗特?cái)?shù)污垢熱阻和管壁熱阻查附錄19得：管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 管壁厚度b=0.002

10、 m碳鋼熱導(dǎo)率為45 W/(m)傳熱面積S該換熱器的實(shí)際傳熱面積S該換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 （2）換熱器內(nèi)流體的壓力降 管程流動(dòng)阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=1, 管子為192mm，所以Ft=1.5查表得無縫鋼管絕對(duì)粗糙度0.10.2mm，取為0.1mm/d=0.1/19=0.0053由Re與/d查莫狄圖得i0.031 W/m， 管程壓降在允許范圍之內(nèi)。殼程壓力降殼程流通截面積 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 普朗特?cái)?shù)流體流經(jīng)管束的阻力 流體流過折流板缺口的阻力 殼程壓力降也比較適宜。 三、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表換熱器形式：固定管板式換

11、熱面積（m2）:5.828 工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱純苯飽和水蒸氣操作壓力，Pa未知未知進(jìn)（出）口溫度，55/80120.2定性溫度，67.5120.2流量，kg/h14000259.880流體密度，kg/m38301.127汽化熱kJ/ kg2205定壓比熱容，kJ/(kg)1.86熱導(dǎo)率，W/(m)0.1350.686黏度，Pas3.710-41.3310-5流速，m/s0.5013.559普朗特?cái)?shù)0.036雷諾數(shù)168244524傳熱量，kW1808傳熱溫差，51.7總傳熱系數(shù)，W/m2K647.45裕度，%1.17傳熱系數(shù)，W/（m2）95614912污垢系數(shù)，m2K/W1.719

12、710-40.859810-4阻力降，Pa1110.12407.56程數(shù)11推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格192mm管數(shù)53管長m:2管間距，mm25排列方式折流板型式上下間距，mm150切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm273保溫層厚度，mm未知表格 1四、設(shè)計(jì)總結(jié)其實(shí)早在大二時(shí)，我就聽說過化工原理課程設(shè)計(jì)，那時(shí)的我看見學(xué)長學(xué)姐們厚厚的計(jì)算過程及復(fù)雜的設(shè)計(jì)圖，心中充滿了恐懼，總是在想這么難的課程設(shè)計(jì)可怎么做啊。而到現(xiàn)在，終于輪到我們來做課程設(shè)計(jì)時(shí)，我才發(fā)現(xiàn)只要知識(shí)學(xué)到手，加上耐心與恒心，虛心請(qǐng)教，沒有什么事干不成的。說起來很搞笑，一開始我們還以為兩周的課程設(shè)計(jì)是要在實(shí)驗(yàn)室里度過，然后寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，后來

13、才知道原來課程設(shè)計(jì)是在老師下發(fā)任務(wù)后，根據(jù)自己計(jì)算的計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)換熱器，再畫出圖來，做一份完整的設(shè)計(jì)說明書。在明白一切以后，我們火速趕到圖書館，把能借的資料都借回來了，設(shè)計(jì)終于開始了。首先是數(shù)據(jù)計(jì)算，可以說這是課程設(shè)計(jì)第一階段的主要任務(wù)，也是關(guān)鍵所在，只有計(jì)算好了，計(jì)算準(zhǔn)確，才能繼續(xù)以后的工作，否則一切都是白搭。這就需要我們有足夠的耐心和細(xì)心來完成這項(xiàng)工作。從拿到任務(wù)到最終計(jì)算完畢，花了我將近三天時(shí)間，這期間查資料，計(jì)算，咨詢都是家常便飯，最頭疼的就是我們的殼程傳熱系數(shù)需用試差法來計(jì)算，計(jì)算非常復(fù)雜，還需要不斷嘗試，而且好不容易算出來了，后面算出的裕度又超出范圍，無奈，又要重新來過。如此反復(fù)

14、，終于算成功了，才知道，細(xì)心與耐心真的太重要了。其次是畫圖，真是看起來容易畫起來難啊，好在以前學(xué)過工程制圖，自己又有美術(shù)功底，在畫圖上倒是沒花費(fèi)多長時(shí)間，把它當(dāng)成一種享受吧，倒不失為一種好辦法。最后是完成設(shè)計(jì)說明書，打印電子檔，天哪，這項(xiàng)工作還真不比計(jì)算容易，自己好歹也在辦公室干了那么長時(shí)間了，覺得自己對(duì)電腦還是挺熟的了，可打說明書電子檔才發(fā)現(xiàn)，事情真沒那么簡單，好多東西都沒接觸過，都是一點(diǎn)一點(diǎn)摸索出來的，做一份電子檔就花了將近一天時(shí)間，不過電腦知識(shí)倒真學(xué)了不少。為期兩周的化工原理課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，這段時(shí)間，我有過彷徨，有過無奈，有過灰心，有過喜悅，不過，我真的覺得課程設(shè)計(jì)教會(huì)了我們很多，通過對(duì)計(jì)算的完成，我知道了耐心與細(xì)心的重要性，知道了細(xì)心有時(shí)會(huì)減少很多不必要的麻煩；通過畫圖，我感受到只要把任務(wù)當(dāng)成一種享受，那任務(wù)就不會(huì)惹人反感了，反而會(huì)使人身心愉悅；通過做電子檔，我真的學(xué)到了好多電腦知識(shí)，真是實(shí)踐出真知啊。總之，耐心+細(xì)心+恒心=成功，這就是我對(duì)此次課程設(shè)計(jì)的最大感受，最后，感謝我們化工原理趙老師給我們不厭其煩的指導(dǎo)與教誨，讓我們能順利完成此次任務(wù)。五、參