化工原理課程設(shè)計(jì)列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)和選用

1、成 績 華北科技學(xué)院環(huán)境工程系化工原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目 列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)和選用 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 201101034313 指導(dǎo)老師 專業(yè)班級(jí) 化工b113班 教師評(píng)語 設(shè)計(jì)時(shí)間：2013年12月9日至2013年12月20日設(shè)計(jì)題目：列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)和選用一、 設(shè)計(jì)條件 某生產(chǎn)過程要求用冷卻循環(huán)水將有機(jī)液體產(chǎn)品從140冷卻至40，冷卻循環(huán)水的進(jìn)口溫度為30，出口溫度為45。有機(jī)液體產(chǎn)品的流量為3.5×100kg/h，設(shè)計(jì)要求管程壓降均不大于60kpa。試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。二、設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容1、目錄；2、設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)（任務(wù)書）；3、論述換熱

2、器總體結(jié)構(gòu)（換熱器型式、主要結(jié)構(gòu)）的選擇；4、換熱器加熱過程有關(guān)計(jì)算（物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱器型號(hào)、殼體直徑等）；5、設(shè)計(jì)結(jié)果概要（主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等）；6、參考文獻(xiàn)7、圖紙（1張，a3、紙打?。┠?錄1、確定設(shè)計(jì)方案41.1選擇換熱器類型41.2流徑安排41.3 確定物性數(shù)據(jù)42、估算傳熱面積52.1 熱負(fù)荷的計(jì)算52.2 平均傳熱溫差52.3 估k值62.4由k值估算傳熱面積62.5冷流體用量62.6初選換熱器型號(hào)63、工藝結(jié)構(gòu)尺寸73.1 管徑、管長、管數(shù)73.2 確定管子在管板上的排列方法83.3 殼體內(nèi)徑的計(jì)算83.5 計(jì)算殼程流通面積及流速83.6 計(jì)算實(shí)際傳熱面

3、積93.7傳熱溫差報(bào)正系數(shù)的確定93.8 管程與殼程傳熱系數(shù)的確定93.10 傳熱面積校核113.11 附件113.12 熱器流體流動(dòng)阻力124、結(jié)果概要135、總結(jié)156、參考文獻(xiàn)16 1、確定設(shè)計(jì)方案1.1選擇換熱器類型兩流體的溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度為140，出口溫度為40；冷流體進(jìn)口溫度為30，出口溫度為45。從兩流體的溫度來看，估計(jì)換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差大于50，因此初步確定選用浮頭式換熱器。1.2流徑安排 該設(shè)計(jì)任務(wù)的熱流體為有機(jī)液體，冷流體為水，為使有機(jī)液體通過殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，令有機(jī)液體走殼程，水走管程。1.3 確定物性數(shù)據(jù)物料密 度kg/m3粘 度

4、pa.s比熱容kj/(kg. )導(dǎo)熱系數(shù)w/(m. )有機(jī)液體9860.54×10-34.190.662水9930.69×10-34.170.630 2、估算傳熱面積2.1 熱負(fù)荷的計(jì)算 2.2 平均傳熱溫差 平均傳熱溫差校正系數(shù)： 查閱相關(guān)圖表，可得到=0.97>0.80，2.3 估k值 參照附錄，取k=2.4由k值估算傳熱面積 考慮到15%的面積裕度，s=2.5冷流體用量 2.6初選換熱器型號(hào) 由于兩流體溫差較大和為了清洗殼程污垢，采用jb系列的浮頭式列管換熱器，由jb系列標(biāo)準(zhǔn)初選 jbt4714-92-800-168.5-25-2i，有關(guān)參數(shù)列表見下表： 項(xiàng)目

5、參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 外殼直徑d/mm 800 管子尺寸/mm 換熱面積 168.5 管長l/mm 6 管程數(shù) 2 管數(shù)n 366 管子排列方式 正方形 管中心距 t/mm 32實(shí)際換熱面積 采用此換熱面積的換熱器，要求過程的總傳熱系數(shù)為： 3、工藝結(jié)構(gòu)尺寸3.1 管徑、管長、管數(shù) 管徑選擇 選用傳熱管（碳鋼），管長l=6m 取有機(jī)液體流速1.14 計(jì)算管數(shù) 所需傳熱管長度 如按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜用多管程結(jié)構(gòu)，所以換熱器管程數(shù)為 所以傳熱管總數(shù) n=1832=366(根) 3.2 確定管子在管板上的排列方法采用組合排列方法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。計(jì)算管心距 橫過

6、管束中心線的管數(shù) 3.3 殼體內(nèi)徑的計(jì)算 1 取管板利用率為=0.7 則殼體內(nèi)徑 取d取為800mm3.4 折流檔板 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) 折流板間距：b=0.3d，b=0.3800mm=240mm,取b為300mm 3.5 計(jì)算殼程流通面積及流速(1)計(jì)算流通面積 (2) 計(jì)算殼程流體流速 3.6 計(jì)算實(shí)際傳熱面積 3.7傳熱溫差報(bào)正系數(shù)的確定 平均傳熱溫差校正系數(shù)： 查閱相關(guān)圖表，可得到=0.97>0.80 查資料知?dú)こ虜?shù)3.8 管程與殼程傳熱系數(shù)的確定 1、殼程對(duì)流傳熱系數(shù)。對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式： 當(dāng)量直徑，由正方

7、形排列得： 殼程流通截面積： 殼程流體流速及其雷諾數(shù)： 普蘭特準(zhǔn)數(shù)： 黏度校正系數(shù)： 2、 管程對(duì)流傳熱系數(shù)： 管程流體流速： 普蘭特準(zhǔn)數(shù)： 3. 污垢熱阻和管壁熱阻： 管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 管壁熱阻 碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為 則 3.9 傳熱系數(shù)的確定 所以 k取值合適3.10 傳熱面積校核 傳熱面積s 該換熱器的面積裕度為: 3.11 附件1、 拉桿數(shù)量查數(shù)據(jù)表得：本換熱器殼體內(nèi)徑為800mm，故其拉桿直徑為，拉桿數(shù)量不得少于6個(gè)。2.接管（1）殼程流體進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)液體流速=1.43m/s (m)圓整后取管內(nèi)直徑為100mm.(2) 管程流體進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)液體流速=

8、0.42m/s, 圓整后取管內(nèi)直徑為200 mm3.12 熱器流體流動(dòng)阻力1. 管程流動(dòng)阻力：2. 對(duì)于碳鋼管，取管壁粗糙度 由re=32812，傳熱管相對(duì)粗糙度為0.005查關(guān)系圖得 流速u=1.14m/s,993,所以： 管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。 2. 殼程阻力： 流體流經(jīng)管束的阻力： f=0.5 流體流過折流板缺口的阻力: 總阻力 所以殼程流動(dòng)阻力也在適宜。 4、結(jié)果概要浮頭式換熱器（jbt4714-92-800-168.5-25-2i）主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表4-1和表4-2。 表4-1 浮頭式換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸 項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)外殼直徑d/mm換熱面積管程數(shù)管子排列方式800

9、168.52正方形管子尺寸/mm管長l/mm管數(shù)n管中心距 t/mm636632 表4-2 計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流率(kg/h)35000進(jìn)口溫度/30140出口溫度/4540壓降/pa52265.34 8523.87物性參數(shù)定性溫度/37.590密度/（kg/m3）993986定壓比熱容/kj/（kg）4.174.19粘度/（pas）0.690.54熱導(dǎo)率（w/m） 0.6300.662普朗特?cái)?shù)4.573.42管徑/mm管心距mm32設(shè) 備 結(jié) 構(gòu)形式浮頭式殼程數(shù)2殼體內(nèi)徑/mm800臺(tái)數(shù)1管數(shù)/根366折流板數(shù)/個(gè)19傳熱面積/m2168.5折流板間距mm300管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼圓缺高度/m

10、m200拉桿直徑及數(shù)量接管/m0.2000.100主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）0.1971.14表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/w/（m2）54552607污垢熱阻/（m2/w）3.44×10-41.72×10-4管壁熱阻/（m2/w）熱流量/kw4074溫度校正系數(shù)0.97傳熱溫差/36.63總傳熱系數(shù)ko/w/（m2）789.01 5、總結(jié) （1）估算管內(nèi)流速 u=1.14m/s，在0.5-3范圍內(nèi)，符合要求。（2）l=11.87m，取單程管長l=6m，符合要求。（3）換熱器的長度與殼體直徑之比，在610之 間，符合要求。 （5）傳熱溫差校正系數(shù)，符合要求。 （6），在1.151.25范圍內(nèi)，符合要求。 （7）換熱面積裕度，符合要求。 （8）管程流體阻力，符合要求。 （9）殼程流體阻力，符合要求。 6、參考文獻(xiàn)1張斌. 過程原理與設(shè)備. 東北大學(xué)出版社.