化工原理課程設(shè)計-列管式換熱器

1、xx 工業(yè)高等?？茖W(xué)校課程設(shè)計說明書題目名稱：列管式換熱器的設(shè)計系部：化學(xué)工程系專業(yè)班級：石油化工生產(chǎn)技術(shù)10-5（2）班學(xué)生 xx：指導(dǎo)教師：完成日期： 2011年 12 月 25 日目錄1. 化工原理課程設(shè)計設(shè)計任務(wù)- 4 -2. 換熱器概述 - 4 -2.1 換熱器 - 4 -2.2 固定管板式 - 5 -2.3 換熱器的排列方式 - 6 -2.4 設(shè)計要求 - 6 -3. 熱量計算 .- 7 -3.1 計算熱負(fù)荷，有機液給出的熱量：- 7 -3.2 計算逆流平均溫度差逆,mt- 7 -3.3 初步選定換熱器的型號 - 8 -3.4 計算管、殼程的對流傳熱系數(shù)和壓降- 8 -管程- 8

2、-殼程- 9 -3.5 計算傳熱面積 - 10 -4. 量和單位的使用： - 11 -xx 工業(yè)高等專科學(xué)校課程設(shè)計評定意見設(shè)計題目：列管式換熱器的設(shè)計學(xué)生 xx：評定意見：評定成績：指導(dǎo)教師（簽名）：年月日xx 工業(yè)高等?？茖W(xué)校課程設(shè)計任務(wù)書2011 學(xué)年上學(xué)期2011 年 12 月 25 日專業(yè)石油化工生產(chǎn)技術(shù)班級石化 10-5（2）班課程名稱列管式換熱器的設(shè)計設(shè)計題目列管式換熱器的設(shè)計指導(dǎo)教師起止時間2011.12.13-2011.12 25 周數(shù)2 設(shè)計地點圖書館，機房設(shè)計目的：通過對有機液冷卻的列管式換熱器的設(shè)計，達(dá)到讓學(xué)生了解該換熱器的結(jié)構(gòu)特點，并能根據(jù)工藝要求選擇適當(dāng)?shù)念愋?，同時

3、還能根據(jù)傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計算傳熱面積以與計算流體阻力。 從而鍛煉學(xué)生的團隊的合作精神、思考問題與語言表達(dá)能力。設(shè)計任務(wù)或主要技術(shù)指標(biāo)：某廠用冷卻水冷卻從反應(yīng)器出來的循環(huán)使用的有機液。操作條件與物性如下：物料溫度質(zhì)量流量hkg /比熱ckgkj?/密度3/mkg導(dǎo) 熱 系 數(shù)cmw?/粘度310spa?入口出口有機液65 50 40000 2.261 900 0.172 0.742 水25 2t20000 4.187 1000 0.621 1 試選用一臺適當(dāng)型號的列管式換熱器。設(shè)計進(jìn)度與要求：13 天：了解列管式換熱器的基本性能與要設(shè)計換熱器的主要參數(shù)。410 天

4、：開始對自己要設(shè)計的換熱器進(jìn)行網(wǎng)上或圖書館查資料，并且對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，初步?jīng)Q定換熱器類型。1112天：對自己算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行打印，裝訂。主要參考書與參考資料：化工原理譚天恩、竇梅、周明華第三版（上冊），化學(xué)工業(yè)，2007 化工原理周濤（主編）、王暉（副主編） ，科學(xué)， 2010 化工原理陸美娟，x浩勤（主編）朱士亮（主審），化學(xué)工業(yè)，2011 化工原理課程設(shè)計 ，賈紹義，柴誠敬主編，xx大學(xué)， 2002；化工 autocad ,周軍， x秋利主編，化學(xué)工業(yè)，2008 。教師（簽名）系（部）主任（簽名）年月摘要本次課程設(shè)計是列管式換熱器的設(shè)計。列管式換熱器（又稱管殼式換熱器）是目前化工生產(chǎn)中應(yīng)用最

5、廣泛的一種傳熱設(shè)備。它的應(yīng)用已經(jīng)有很悠久的歷史了，現(xiàn)在，它被當(dāng)做一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門中大量使用，尤其在化工、石油、能源設(shè)備等部門所使用的換熱設(shè)備中，列管式換熱器仍處于主導(dǎo)地位。列管式換熱器的設(shè)計和分析包括熱力設(shè)計、流動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以與強度設(shè)計，以熱力設(shè)計最為重要。 列管式換熱器的設(shè)計內(nèi)容主要包括根據(jù)換熱器任務(wù)和有關(guān)內(nèi)容確定設(shè)計方案， 初步確定換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸，核算換熱器的傳熱面積和流動阻力，確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞列管式換熱器、設(shè)計、水、有機液、初步確定、計算1.化工原理課程設(shè)計設(shè)計任務(wù)某廠用冷卻水冷卻從反應(yīng)器出來的循環(huán)使用的有機液。操作條件與物性如下：物料溫度質(zhì) 量

6、流量hkg /比熱ckgkj?/密度3/ mkg導(dǎo) 熱 系 數(shù)cmw?/粘度310spa?入口出口有機液65 50 40000 2.261 900 0.172 0.742 水25 2t20000 4.187 1000 0.621 1 試選用一臺適當(dāng)型號的列管式換熱器。2.換熱器概述2.1 換熱器換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型的工藝設(shè)備。在化工廠，換熱器的費用約占總費用的10% 20% ，在煉油廠約占總費用35% 40% 。換熱器在其他部門如動力、原子能、冶金、食品、交通、環(huán)保、家電等也有著廣泛的應(yīng)用。因此，設(shè)計和選擇得到使用、 高效的換熱器對降低設(shè)備的造價和操作費用具有十分重要的作用。

7、在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，即簡稱換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備。換熱器的類型按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，如表2-1 所示。表 2-1 傳熱器的結(jié)構(gòu)分類類型特點間壁式管殼式列管式固定管式剛性結(jié)構(gòu)用于管殼溫差較小的情況（一般50） ，管間不能清洗帶膨脹節(jié)有一定的溫度補償能力，殼程只能承受低壓力浮頭式管內(nèi)外均能承受高壓，可用于高溫高壓場合u型管式管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗與檢修困難填料函式外填料函管間容易泄露， 不宜處理易揮發(fā)、 易爆炸與壓力較高的介質(zhì)內(nèi)填料函密封性能差，只能用于壓差較小的場合釜式殼體上部有個蒸發(fā)空

8、間用于再沸、蒸煮雙套管式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場合和固定床反應(yīng)器中套管式能逆流操作， 用于傳熱面積較小的冷卻器、 冷凝器或預(yù)熱器螺旋管式沉浸式用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱噴淋式只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝板面式板式拆洗方便，傳熱面能調(diào)整， 主要用于粘性較大的液體間換熱螺旋板式可進(jìn)行嚴(yán)格的逆流操作， 有自潔的作用， 可用做回收低溫?zé)崮軅惆迨浇Y(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，要求流體干凈板殼式板束類似于管束， 可抽出清洗檢修， 壓力不能太高混合式適用于允許換熱流體之間直接接觸蓄熱式換熱過程分階段交替進(jìn)行， 適用于從高溫爐氣中回收熱能的場合2.2 固定管板式因設(shè)計需要，下面簡單介

9、紹一下固定管板式換熱器。固定管板式即兩端管板和殼體連結(jié)成一體，因此它具有結(jié)構(gòu)簡單造價低廉的優(yōu)點。但是由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應(yīng)是較為潔凈且不易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩流體的溫度差較大時，應(yīng)考慮熱補償。有具有補償圈（或稱膨脹節(jié)）的固定板式換熱器， 即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個補償圈，當(dāng)外殼和管束的熱膨脹程度不同時，補償圈發(fā)生彈性變形（拉伸或壓縮），以適應(yīng)外殼和管束的不同的熱膨脹程度。這種熱補償方法簡單，但不宜用于兩流體溫度差太大（不大于70）和殼方流體壓強過高（一般不高于600kpa）的場合。1-擋板 2-補償圈 3-放氣嘴圖 2.2.1. 固定管板式換熱器的示意圖2.3 換熱器的排列方式2.

10、4 設(shè)計要求完善的換熱器在設(shè)計和選型時應(yīng)滿足以下各項基本要求：（1）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件：可以從：增大傳熱系數(shù)提高平均溫差妥善布置傳熱面等三個方面具體著手。（2）安全可靠換熱器是壓力容器，在進(jìn)行強度、剛度、溫差應(yīng)力以與疲勞壽命計算時，應(yīng)遵循我國鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定和鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。（3）有利于安裝操作與維修直立設(shè)備的安裝費往往低于水平或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與拆卸，在廠房移動時不會受到樓梯、 梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、 液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層。（4）經(jīng)濟合理評價換熱器的最終指標(biāo)是：在一定時間內(nèi)（通常1 年內(nèi)的）固定費用（設(shè)備的購置費

11、、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費）等的總和為最小。在設(shè)計或選型時， 如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一標(biāo)準(zhǔn)就尤為重要了。3.熱量計算 . 3.1 計算熱負(fù)荷，有機液給出的熱量：wttcwphh53211077.3)5065(10261.2360040000)(由熱量衡算式：)()(1221ttcwttcwqpccphh?412510187.43600400001077.33512=+=+=tcwqtpcc3.2 計算逆流平均溫度差逆,mt有機液： 65 50水： 41 25逆,mt=5 .2425504165ln)25-50(-)41-65(ln-2121tttt4.02

12、56525411112ttttp9375.0254150651221ttttr初步?jīng)Q定選用單殼程、偶數(shù)管程的列管式換熱器，查得98.0符合0.8 的要求。得到：01.2498.05.24,mmtt為求得傳熱面積 a,需先求出傳熱系數(shù) k，而 k值又與給熱系數(shù)、 污垢熱阻有關(guān)。在換熱器的直徑、流蘇等參數(shù)均為確定時，給熱系數(shù)也無法計算，所以只能進(jìn) 行 試 算 。 按 表 查 得 ， 有 機 溶 劑 和 水 間 進(jìn) 行 換 熱 時 的k 值 大 致 為 : 340910w/(). 先取 k值為 800 w/( )。則傳熱面積為：63.1901.248001077. 35=mtkqa估估3.3 初步選

13、定換熱器的型號對于溫差較小的流體， 宜采用固定管板式列管換熱器。對于流體流動空間的選擇，有機液為熱流體， 宜走殼程， 便于散熱，而水是冷流體， 根據(jù)經(jīng)驗性選擇，宜走管程。根據(jù)附錄中換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初步選定g450-0.6-20.1-2/25-1型固定管板式換熱器。有關(guān)參數(shù)見下列附表：公 稱 直 徑dn/mm 450 管子根數(shù) nt 135 公 稱 壓 力/mpa 0.6 中心排管數(shù)13 管程數(shù) np 1 換熱面積 / 20.1 管 子 尺 寸/mm 5 .225管中心距 /mm 32 管長/m 2 管子排列方式正三角形排列3.4 計算管、殼程的對流傳熱系數(shù)和壓降3.4.1 管程管程流通面積：2

14、220424.01135)02.0(44mnndsptii管內(nèi)水的流速：smswuiici/131.00424.01000360020000360026201011000131.002.03iiiieiudr管程水被加熱：故)26201061(42.5262002.0621.0023.0)1061(023.08. 154. 08.154 .0eirieiiiirprd)/(21272cmw管內(nèi)壓降為：2)3(2iipiiunfdlp取 管 粗 糙 度0075.020/15.0/,15.0=dmm ， 查 圖 可 得 摩 擦 系 數(shù)052.0=所以，papi5.9821000131.014 .1

15、)302.02052.0(23.4.2 殼程取折流擋板間距h=100mm ，故折流板數(shù)目191hlnb殼程流道面積：00984.0)032.0/025.01(45.01.0)/1(tdhdsoo殼程中有機液的流速：smswuooho/255.100984.09003600400003600=三角形排列的當(dāng)量直徑為：mddtdooe020.0025. 0)025. 04-032. 023(4)4-23(42222431004.310742.0900255.102.0oooeeoudrprocp=9.754 殼程中的有機液被冷卻，取95.014. 0w, 所以)/(183695.0)754. 9(

16、)1004.3(02.0172.036.0)()(36. 023155.0414.03155. 0cmwprdwroeoeoo殼程壓降242.0)1004. 3(72. 172. 119. 0-419. 0-eoorpaudndpooeboo4221072.72900255.102.0) 119(45.0242.02)1(3.5 計算傳熱面積傳熱系數(shù)001149.002.03679025.002. 0025.00001. 000014.01836111iioiosimosooddddrddrk則計k=870w/( ) 2505.1801.248701077. 3mtkqam=計計與原估值相符，

17、由附表知該型號換熱器的面積為20.1 ，故113.105.181 .20=計實aa即傳熱面有 11.3%的裕度。核算表明所選換熱器的規(guī)格是可用的。4.量和單位的使用：h折流板間距， m ；d 管徑， m ；od換熱器外殼內(nèi)徑， m ；f摩擦系數(shù)；k 總傳熱系數(shù)， w/(m2 ) ；l 管長， m ；n管數(shù)；nb折流板數(shù)；pr普蘭特準(zhǔn)數(shù)；q 熱通量， w/；er雷諾數(shù)；s傳熱面積，；t 冷流體溫度，；管心距， m ；t熱流體溫度，；u流速， m/s；w 質(zhì)量流量， kg/s ，希臘字母 對流傳熱系數(shù)， w/( )；有限差值；導(dǎo)熱系數(shù)， w/(m ) ；粘度， pas；密度， kg/3m；校正系數(shù)

18、。下標(biāo) c冷流體；h熱流體；i管內(nèi)；m 平均；o管外；s污垢。5.參考文獻(xiàn)：化工原理譚天恩、竇梅、周明華第三版（上冊），化學(xué)工業(yè)，2007 化工原理周濤（主編）、王暉（副主編） ，科學(xué)， 2010 化工原理陸美娟，x浩勤（主編）朱士亮（主審），化學(xué)工業(yè)， 2011 化工原理課程設(shè)計 ，賈紹義，柴誠敬主編，xx大學(xué)， 2002；化工 autocad , 周軍， x秋利主編，化學(xué)工業(yè)，2008 。結(jié)束語化工原理課程設(shè)計是培養(yǎng)個人綜合運用本門課程與有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練，也起著培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力的重要作用。在換熱器的設(shè)計過程中,我感覺我的理論運用于實際的能力得到了提升，主要有以下幾點：(1) 掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù) ( 包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集 )的能力；(2) 樹立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮