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文檔簡(jiǎn)介

1、 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(mén),尤其在石油、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:直接接觸式換熱器、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,據(jù)統(tǒng)計(jì),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,其中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(guò)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(lái)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)用材料廣等優(yōu)點(diǎn),管殼式換熱器目前仍是化工、石油和

2、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(wèn)題。本說(shuō)明書(shū)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(shuō)明。2、 設(shè)計(jì)任務(wù)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78ºC的某液態(tài)有機(jī)物至60ºC,此有機(jī)物的流量為82kg/s;(1) 合理安排操作管路;(2) 選擇一臺(tái)合適的離心泵;(3) 有機(jī)物69ºC的物理性質(zhì): (4) 冷卻水:進(jìn)口溫度t1=20ºC;(5) 操作條件:換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應(yīng)超過(guò)0.1MPa。

3、3、 目錄一 前言.1二 設(shè)計(jì)任務(wù).2四 計(jì)算明細(xì)表.4 1 管殼式換熱器規(guī)格.4 2 離心泵的型號(hào)規(guī)格.4 3 計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果記錄.5五 計(jì)算過(guò)程.6 1 選擇合適的換熱器.6 1.1 熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取.6 1.2 計(jì)算熱負(fù)荷和.6 1.3 計(jì)算溫差和估計(jì)傳熱系數(shù).6 1.4 估算換熱面積.7 1.5 計(jì)算管程壓降和給熱系數(shù).7 1.6 計(jì)算殼程壓降和給熱系數(shù).8 1.7 計(jì)算傳熱系數(shù).9 1.8 校核傳熱面積.9 2 安排管路和選擇合適的離心泵.9 2.1 管徑初選.9 2.2 壓頭計(jì)算.10六 附錄.12七 符號(hào)說(shuō)明.13八 設(shè)計(jì)說(shuō)明.15九 參考文獻(xiàn).15四、計(jì)算結(jié)果明細(xì)表(1) 管殼式

4、換熱器的規(guī)格公稱直徑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)管程流通面積/m2換熱管長(zhǎng)度L/mm管心距/mm換熱面積/m270042574270.0507450025150.8(2) 離心泵的型號(hào)規(guī)格型號(hào)轉(zhuǎn)速n/(r/min)流量揚(yáng)程/m效率功率必需氣蝕量(NPSH)r/m質(zhì)量(泵/底座)/kgm3/hL/s軸功率電機(jī)功率IS150-125-250145012033.322.57110.418.53.0758/15820055.6208113.53.024066.717.57814.73.5(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循環(huán)水定性溫度30熱負(fù)荷327

5、6.72kW冷卻水質(zhì)量流量39.25并流對(duì)數(shù)平均溫差35.7逆流對(duì)數(shù)平均溫差39.0估算換熱面積147.4管程流動(dòng)面積0.0507管內(nèi)冷卻水流速0.78管程給熱系數(shù)3969摩擦系數(shù)0.036管程壓降12539.7Pa殼程流動(dòng)面積0.134殼程有機(jī)物流速0.61當(dāng)量直徑0.0173m殼程給熱系數(shù)1315殼程壓降5483.32Pa核算傳熱系數(shù)693校核傳熱面積121.24冷卻水流量144總局部阻力系數(shù)21.64阻力損失7.5m壓頭(揚(yáng)程)15.96m五、計(jì)算過(guò)程一 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tm>10及防止水中鹽類析出為原則,選選擇出口溫度:t2=40º

6、C 循環(huán)水的定性溫度:入口溫度為,出口溫度為循環(huán)水的定性溫度為兩流體的溫差兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下物性流體溫度密度kg/m3粘度mPa·s比熱容kJ/(kg·)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·)有機(jī)物699970.62.220.16循環(huán)水30995.70.80124.1740.61712 計(jì)算熱負(fù)荷和由熱量衡算3 計(jì)算溫差和估計(jì)傳熱系數(shù)并流時(shí), 逆流時(shí), 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?。? 估算換熱面積 根據(jù)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)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)管程流通面積/m2換

7、熱管長(zhǎng)度L/mm管心距/mm換熱面積/m270042574270.0507450025150.85 計(jì)算管程壓降及給熱系數(shù)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)換熱器提供的參數(shù)管程流動(dòng)面積 管內(nèi)冷卻水流速 管程給熱系數(shù) 取鋼的管壁粗糙度為0.1mm,則管程壓降6 計(jì)算殼程壓降及給熱系數(shù)擋板間距B取0.9m,殼程中有機(jī)物被冷卻,取折流擋板間距 管束中心線管數(shù)殼程流動(dòng)面積因管子排列為三角形,F(xiàn)=0.5,fs=1.15擋板數(shù): 殼程壓降7 計(jì)算傳熱系數(shù)污垢熱阻和管壁熱阻 管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻取鋼管壁厚,熱導(dǎo)率8 校核傳熱面積所選換熱器:所以 選擇的換熱器符合要求。c二 安排管路和選擇合適的離心泵1 管徑初選初取水經(jīng)濟(jì)流

8、速 由于182mm不是標(biāo)準(zhǔn)管徑,因此確定 符合經(jīng)濟(jì)流速范圍故確定:2 壓頭He在水槽液面及壓力表處列柏努利方程取,查圖得局部阻力: 底閥1個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭3個(gè) 球心閥1個(gè)流入換熱器流出換熱器故 換熱器壓降 根據(jù)和以及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)物性流體溫度密度kg/m3粘度mPa·s比熱容kJ/(kg·)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·)有機(jī)物699970.62.220.16循環(huán)水30995.70.80124.1740.6171(2)管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 鋼管熱導(dǎo)率 七、符號(hào)說(shuō)明主要符號(hào)說(shuō)

9、明符號(hào)意義計(jì)量單位A面積m2定壓比熱容d管徑mg重力加速度m/s2單位重量流體的機(jī)械能損失ml管路長(zhǎng)度mm質(zhì)量kg虛擬壓強(qiáng)Pap流體壓強(qiáng)Papa大氣壓PaB擋板間距mT周期時(shí)間st時(shí)間st溫度u流速m/sqv體積流量m3/sqm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)力黏度密度Kg/m3He有效壓頭mD換熱器殼徑mf校正系數(shù)f0殼程流體摩擦系數(shù)K傳熱系數(shù)NT管子總數(shù)Q熱流量W或J/S給熱系數(shù)熱導(dǎo)率數(shù)群Gr格拉私霍夫數(shù)Nu努塞爾數(shù)Pr普朗特?cái)?shù)Re雷諾數(shù)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(shuō)明(1) 需要冷卻的有機(jī)物走殼程,冷卻劑走管程;(2) 有機(jī)物可以采取逆流的方式;(3) 換熱器說(shuō)明: 1 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,翅片管,螺紋管等。 2 選用 的管子。 3 本設(shè)計(jì)中采用4.5米長(zhǎng)的管子。 4 管子的排列形式:本設(shè)計(jì)中采用正三角形錯(cuò)列的排列方式,而在隔板兩側(cè)采用正方形直列。 5 采用多管程,故管板中間要留有隔板的位置。 6 允許折流板的間距與管徑有關(guān),取折流板間距B=0.9m(4) 管路布置如圖所示: (5) 管路選擇內(nèi)徑150mm的鋼管,至少使用下列零件:底閥1個(gè);標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭3個(gè);球心閥1個(gè)。(6) 由于計(jì)算所

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