苯冷卻器設(shè)計(jì)模板

1、化工原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告（化學(xué)工程學(xué)院）設(shè) 計(jì) 題 目： 苯冷卻器的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí)： 化學(xué)工程與工藝 指 導(dǎo) 教 師： 學(xué) 生 姓 名： 設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn)： 貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 設(shè) 計(jì) 日 期： 2017-7-17 化工原理課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目：苯冷卻器的設(shè)計(jì)目錄前 言1設(shè)計(jì)任務(wù)書21.1設(shè)計(jì)題目：丙酮冷卻器的設(shè)計(jì)21.2設(shè)計(jì)任務(wù)：21.3操作條件：21.4設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：2第一章 設(shè)計(jì)概況31.1熱量傳遞的概念與意義31.2化學(xué)工業(yè)與熱傳遞的關(guān)系31.3傳熱的基本方式31.4換熱器的種類41.4.1間壁式換熱器的類型41.4.2混合式換熱器51.4.3蓄熱式換熱器61.5列管式換熱器設(shè)計(jì)

2、一般要求61.6流體通道的選擇原則61.7管殼式換熱器的簡(jiǎn)介7第二章 試算并初選換熱器規(guī)格82.1選擇換熱器類型82.2流體流動(dòng)途徑的確定82.3確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)，并選擇列管換熱器的型式82.4計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量92.5計(jì)算兩流體的平均溫度差9暫按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算，逆流時(shí)平均溫度差為：9第三章 工藝結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算103.1管徑和管內(nèi)的流速103.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)11第四章 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)114.1管程阻力損失計(jì)算114.2 殼程阻力損失的計(jì)算12第五章 附屬設(shè)備類型15工藝設(shè)計(jì)主要符號(hào)說明15第六章 設(shè)計(jì)評(píng)述16第七章 參考文獻(xiàn)17第八章 附錄178.1經(jīng)驗(yàn)公式178.2符

3、號(hào)說明18前 言化學(xué)工業(yè)與傳熱密切相關(guān)。這是因?yàn)榛どa(chǎn)中的很多過程和單元操作，多需要進(jìn)行加熱和冷卻，例如：化學(xué)反應(yīng)通常要在一定的溫度下進(jìn)行，為了達(dá)到并保持一定的溫度，就需要向反應(yīng)器輸入或輸出熱量；又如在蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作中，都要向這些設(shè)備輸入或輸出熱量。本次課程設(shè)計(jì)中，我們主要是針對(duì)苯的冷卻器的設(shè)計(jì)，利用循環(huán)水，從而達(dá)到對(duì)苯的冷卻，此次設(shè)計(jì)主要是采用列管式換熱器，通過一系列的計(jì)算以及估算設(shè)計(jì)本冷卻器一系列常數(shù)。隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需傳熱面積

4、，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過熱器等。設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)題目：丙酮冷卻器的設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)任務(wù)：(1)將苯冷卻至39.6，冷卻介質(zhì)為自來水(2)采用列管式換熱器(3)生產(chǎn)能力：6萬噸/年，產(chǎn)品產(chǎn)量，年開工300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行1.3操作條件：(1)苯入口溫度55(2)自來水入口溫度18，出口溫度30.5(3)允許壓降：不大于100MPa1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：(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、

5、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)主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及說明；(7)主要零件的強(qiáng)度計(jì)算(選做)；(8)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型：（進(jìn)料管、出料管、冷卻水進(jìn)料管、出水管）(9)參考文獻(xiàn)；(10)后記及安排第一章 設(shè)計(jì)概況1.1熱量傳遞的概念與意義1) 熱量傳遞的概念熱量傳遞是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，簡(jiǎn)稱傳熱。由熱力學(xué)第二定律可知，在自然界中凡是有溫差存在時(shí)，熱就必然從高溫處傳遞到低溫處，因此傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞現(xiàn)象。1.2化學(xué)工業(yè)與熱傳遞的關(guān)系化學(xué)工業(yè)與傳熱的關(guān)系密切。這是因?yàn)榛どa(chǎn)中的很多過程和單元操作，多需要進(jìn)行加熱和冷卻，

6、例如：化學(xué)反應(yīng)通常要在一定的溫度進(jìn)行，為了達(dá)到并保持一定溫度，就需要向反應(yīng)器輸入或輸出熱量；又如在蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作中，都要向這些設(shè)備輸入或輸出熱量。此外，化工設(shè)備的保溫，生產(chǎn)過程中熱能的合理利用以及廢熱的回收利用等都涉及到傳熱的問題。由此可見，傳熱過程普遍的存在于化工生產(chǎn)中，且具有極其重要的作用?？傊瑹o論是在能源，宇航，化工，動(dòng)力，冶金，機(jī)械，建筑等工業(yè)部門，還是在農(nóng)業(yè)，環(huán)境等部門中都涉及到許多有關(guān)傳熱的問題。應(yīng)予指出，熱力學(xué)和傳熱學(xué)既有區(qū)別又有聯(lián)系。熱力學(xué)不研究引起傳熱的機(jī)理和傳熱的快慢，它僅研究物質(zhì)的平衡狀態(tài)，確定系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)變成另一個(gè)平衡狀態(tài)所需的總能量；而傳熱學(xué)研究能

7、量的傳遞速率，因此可以認(rèn)為傳熱學(xué)士熱力學(xué)的擴(kuò)展。1.3傳熱的基本方式根據(jù)載熱介質(zhì)的不同，熱傳遞有三種基本方式：1）熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)的條件是系統(tǒng)兩部分之間存在溫度差。2）熱對(duì)流（簡(jiǎn)稱對(duì)流）流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對(duì)流。熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中，產(chǎn)生原因有二：一是因流體中各處溫度不同而引起密度的差別，使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對(duì)位移的自然對(duì)流；二是因泵或攪拌等外力所致的質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)流。此外，流體流過固體表面時(shí)發(fā)生的對(duì)流和熱傳導(dǎo)聯(lián)合作用的傳熱過程，即是熱由流體傳到固體表面（

8、或反之）的過程，通常稱為對(duì)流傳熱。3）熱輻射 因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。熱輻射的特點(diǎn)是：不僅有能量的傳遞，而且還有能量的轉(zhuǎn)移。1.4換熱器的種類換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類，即間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。1.4.1間壁式換熱器的類型1) 夾套式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。當(dāng)夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。

9、為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。2) 沉浸式蛇管換熱器這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造； 其缺點(diǎn)是容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低，管外給熱系數(shù)小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。3) 噴淋式換熱器這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器。噴淋式換熱器的管外是一層湍動(dòng)程度較高的液膜，管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多。另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量，可起到

10、降低冷卻水溫度，增大傳熱推動(dòng)力的作用。因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。4) 套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成。在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數(shù)較大。另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目)。特別是由于套管換熱器同時(shí)具備傳熱系數(shù)大，傳熱推動(dòng)力大及能夠承受高壓強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在超高壓生產(chǎn)過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。5) 管殼式換熱器管殼式(

11、又稱列管式) 換熱器是最典型的間壁式換熱器。管殼式換熱器主要有殼體，管束，管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，內(nèi)部裝有平行管束，管束兩端固定于管板上，在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板，折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過管束，使湍動(dòng)程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應(yīng)用更為廣泛。流體在管內(nèi)每通過管束一次稱為一個(gè)管程，每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體的速度，可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板，

12、將全部管子平均分隔成若干組。這樣，流體可每次只通過部分管子而往返管束多次，稱為多管程。同樣，為提高管外流速，可在殼體內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過殼體空間，稱多殼程。在管殼式換熱器內(nèi)，由于管內(nèi)外流體溫度不同，殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大，換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力，可能使管子彎曲，斷裂或從管板上松脫。因此，當(dāng)管束和殼體溫度差超過50時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏夭钛a(bǔ)償措施，消除或減小熱應(yīng)力。1.4.2混合式換熱器混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場(chǎng)合，都可以采用混合

13、式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。1.4.3蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器用于進(jìn)行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時(shí)用金屬波形帶等）。換熱分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲(chǔ)蓄的熱量而被加熱。這兩個(gè)階段交替進(jìn)行。通常用兩個(gè)蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進(jìn)入一器時(shí)，冷氣體進(jìn)入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒

14、室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。1.5列管式換熱器設(shè)計(jì)一般要求1) 根據(jù)換熱任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計(jì)方案；2) 初步確定換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸；3) 核算換熱器的傳熱面積和流動(dòng)阻力；4) 確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。1.6流體通道的選擇原則1) 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，以便于清洗管子；2) 腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時(shí)受腐蝕，而且管內(nèi)也便于檢修和清洗；3) 高壓流體宜走管程，以免殼體受壓，并且可節(jié)省殼體金屬的消耗量；4) 飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時(shí)排出冷凝液，且蒸汽較潔凈，不易污染殼程；5) 被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體散熱，增強(qiáng)冷卻效果；6) 有毒流體宜走管程，以減少流體泄漏；7)

15、 粘度較大或流量較小的流體宜走殼程，因流體在有折流板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流體流向和流速不斷改變，在很低的雷諾數(shù)（Re<100）下即可達(dá)到湍流，可提高對(duì)流傳熱系數(shù)。但是有時(shí)在動(dòng)力設(shè)備允許的條件下，將上述流體通入多管程中也可得到較高的對(duì)流傳熱系數(shù)。在化工生產(chǎn)中為了實(shí)現(xiàn)物料之間能量傳遞過程需要一種傳熱設(shè)備。這種設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進(jìn)行著各種不同的換熱過程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝。換熱器就是用來進(jìn)行這些熱傳遞過程的設(shè)備，通過這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞到溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。它是化工煉油，動(dòng)力，原子能和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通

16、用工藝設(shè)備，對(duì)于迅速發(fā)展的化工煉油等工業(yè)生產(chǎn)來說，換熱器尤為重要。換熱器在化工生產(chǎn)中，有時(shí)作為一個(gè)單獨(dú)的化工設(shè)備，有時(shí)作為某一工藝設(shè)備的組成部分，因此換熱器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用是十分廣泛的。任何化工生產(chǎn)中，無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，它在生產(chǎn)中都占有主導(dǎo)地位。 1.7管殼式換熱器的簡(jiǎn)介管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。它包括:固定管板式換熱器、U型管殼式換熱器、帶膨脹節(jié)式換熱器、浮頭式換熱器、分段式換熱器、套管式換熱器等。管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構(gòu)成。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導(dǎo)熱元件，決定換熱器的熱力性能。另一個(gè)對(duì)換熱器熱力性能有較大影響的基本元件是折流板（或折流

17、桿）。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。1）工作原理管殼式換熱器和螺旋板式換熱器、板式換熱器一樣屬于間壁式換熱器，其換熱管內(nèi)構(gòu)成的流體通道稱為管程，換熱管外構(gòu)成的流體通道稱為殼程。管程和殼程分別通過兩不同溫度的流體時(shí)，溫度較高的流體通過換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體，溫度較高的流體被冷卻，溫度較低的流體被加熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩流體換熱工藝目的。圖1 列管式換熱器1折流擋板；2管束；3殼體；4封頭；5接管；6管板；2）主要技術(shù)特性一般管殼式換熱器與其它類型的換熱器比較有以下主要技術(shù)特性：a.耐高溫高壓，堅(jiān)固可靠耐用；b.制造應(yīng)用歷史悠久，制造工藝及操作維檢技術(shù)成熟；c

18、.選材廣泛，適用范圍大。第二章 試算并初選換熱器規(guī)格2.1選擇換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度80，出口溫度40。冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度25，出口溫度35。該換熱器用循環(huán)水冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的溫壁溫和殼體壁溫之差較大。因此，初步確定并選用固定管板式換熱器。2.2流體流動(dòng)途徑的確定本換熱器處理的是兩流體均不發(fā)生相變的傳熱過程，根據(jù)兩流體的情況，水易結(jié)垢，苯是被冷卻的流體易走管間可利用外殼向外散熱的作用，增強(qiáng)冷卻效果；故選擇苯走換熱器的殼程，循環(huán)水走管程。2.3確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)，并選擇列管換熱器的型式冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，取入口

19、溫度為：18 ，出口溫度為：30.5苯的定性溫度：Tm=82.1+39.62=60.85水的定性溫度：tm=30.5+182=24.25兩流體的溫差： Tm-tm=660.85-24.25=36.6由于兩流體溫差不大于50，故選用固定管板式列管換熱器.查化工原理上冊(cè)：苯=0.381mPas 水=0.923mPas CpC=4.179KJ/KgCph=1.828KJ/Kg苯=0.151Wm 水=0.607Wm查化工原理上冊(cè)天津大學(xué)出版社表1 兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下: 物性流體密度 Kg/m3比熱KJ/(·oC)粘度 mPa·s導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·oC)苯83

20、6.61.8280.3810.151水997.24.1790.9230.6072.4計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量苯的流量： Wh=6×107300×24×3600=2.315KJs熱流量:QO=WhCphT1-T2=6×107300×24×3600×1.828×82.1-39.6=1.79722×105W冷卻水流量：Wc=QCPt2-t1=6.47×1054.179×12.5=12385.7Kgh2.5計(jì)算兩流體的平均溫度差暫按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算，逆流時(shí)平均溫度差為：t=t2-t12=8

21、2.1-30.5-39.6-182=31.6而：P=t2-t1T1-t1=30.5-1882.1-18=12.564.1=0.195 R=T1-T2t2-t1=82.1-39.630.5-18=3.4圖2 對(duì)數(shù)平均溫度校正系數(shù)值t=0.92tm'=ttm=29.072第三章 工藝結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算3.1管徑和管內(nèi)的流速在決定管數(shù)和管長(zhǎng)時(shí)，首先要選定管內(nèi)流速，丙酮黏度小于1mPa.s，為低黏液，按表4-1可得的范圍是0.21.5m/s，因管長(zhǎng)適中，但管程數(shù)多，取=0.5m/s，設(shè)所需單管程數(shù)為n，25mm×2.5mm的管內(nèi)徑0.02m，從管內(nèi)體積流量： n=18根又由于A=ndol&

22、#180;=22.07，可求單程管長(zhǎng)：表4-1 列管式換熱器某些流體常用的流速范圍流體種類流速m/s流體種類流速m/s管程殼程管程殼程冷卻水13.50.51.5油蒸汽51536一般液體（黏度不高）0.53.0 0.21.5氣體530315低黏油0.81.80.41.0氣體混合流體260.53高黏油 0.51.50.30.8 由于兩流體溫差較小，且在循環(huán)水的結(jié)垢的溫度之下，選用管長(zhǎng)為4.5m的管，4管程，采用JB/T系列的固定管板式換熱器。-3.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)表4-2JB-450-固定式列管換熱器的主要參數(shù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D（DN）400管尺寸25×2.5mm管程數(shù)Np（N）4

23、管長(zhǎng)4.5m管數(shù)(n)76管排列方式正三角形排列中心排管數(shù)nc11管心距t=32mm官程流通面積Si0.0060傳熱面積A26.3m2 可按表4-2查的數(shù)據(jù)核算如下： 每程管數(shù) ni=總管數(shù)n/管程數(shù)N=76/4=19，管程流通面積Si=/4××19=0.005969與查得的0.0060很好符合。 傳熱面積 A=doLn=×0.025×4.5×76=26.8606，比查得26.3稍大，這是由于管長(zhǎng)的一部分需要用于在管板上固定管子，應(yīng)以查得的A=26.3為準(zhǔn)。 中心排管數(shù) ，查得=11似乎大了，按圖2-1（三角形直列）排列，=11時(shí)，n最多為12

24、1根；現(xiàn)未知固定式4管程的具體排管方式，暫存疑。 第四章 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1管程阻力損失計(jì)算流速 雷諾數(shù) 摩擦系數(shù) 取鋼管絕對(duì)粗糙度=0.1mm（見表5-1），得相對(duì)粗糙度/=0.1/20=0.005；根據(jù)Re=20245，查圖5-1，得=0.0351。管內(nèi)阻力損失 ： 回彎阻力損失 管程總損（） 圖5-1 莫迪圖表5-1某些工業(yè)管材的絕對(duì)粗糙度值（摘自化工原理書末參考讀物11）管道類別粗糙度/mm管道類別粗糙度/mm金屬管清潔的無縫黃銅管、銅管0.00150.01非金屬管干凈玻璃管0.00150.1新的無縫鋼管0.040.07橡皮軟管0.010.03新的鑄鐵管0.31接頭平整的水泥管0.33

25、普通的鍍鋅鋼管0.39木管0.251.25嚴(yán)重生銹鋼管0.67陶土排水管0.456.04.2 殼程阻力損失的計(jì)算殼程（由于流體流量較大雷諾數(shù)大，在后邊的核算過程中回有誤差，先取消折流擋板）計(jì)算截面積 s=（/4）*0.42-（/4）*0.0252*76=0.088m2計(jì)算流速 u0=vs/A=（12385.7/3600）/（997.2*0.088）=0.039m/s雷諾數(shù) =1053.4>500摩擦系數(shù) 管束損失：缺口損失忽略不計(jì)（折流擋板不存在）殼程損失 核算下來，管程及殼程阻力都不超過30KPa，適用。4.3 管程給熱系數(shù)根據(jù)以上計(jì)算的Rei=20245，現(xiàn)計(jì)算Pri： 4.4 殼程

26、給熱系數(shù)按化工原理中式5-72, 計(jì)算，前已算出Re0=1053.4 現(xiàn)水是被加熱的流體大于1，可取。故 4.5 傳熱系數(shù)按管外面積計(jì)算，略去管壁熱阻。根據(jù)表5-2,5-3,可計(jì)算： 表5-2 冷卻水的避免污垢的熱阻 單位：W/（m²·）項(xiàng)目熱流體的溫度 115115205水的溫度 2525水的流速 m/s1111類 型海水自來水、井水、湖水蒸餾水硬水河水軟化鍋爐水表5-3 工業(yè)用液體的壁面污垢的熱阻液體名稱污垢熱阻 W/（m²·）液體名稱污垢熱阻 W/（m²·）有機(jī)化合物石腦油鹽水煤油熔鹽柴油植物油重油原油瀝青油4.6 所需的傳熱面

27、積與換熱器列出的面積A0=26.3比較，有近25%的裕度。從阻力和傳熱面積的核算看，原選換熱器適用。第五章 附屬設(shè)備類型換熱器型式：帶熱補(bǔ)償非標(biāo)準(zhǔn)的固定管板式管子規(guī)格25×2.5mm管數(shù)106根管長(zhǎng)3m換熱面積：24.1m2間距mm32排列方式正三角形工藝參數(shù)折流板型式上下間距150mm切口25%設(shè)備名稱管程殼程殼體內(nèi)徑450mm保溫層厚度無需保溫物料名稱丙酮循環(huán)水接管表操作壓力MPa0.40.3序號(hào)尺寸用途連接型式操作溫度55/2920/301DN100丙酮入口平面流量kg/h7440.48102772DN100丙酮入口平面密度kg/m3768.1997.03DN50循環(huán)水入口平面

28、流速m/s0.3240.1104DN50循環(huán)水入口平面?zhèn)鳠崃縦W1.20x105附工藝條件圖（略）總傳熱系數(shù)W/m2K339對(duì)流傳熱系數(shù)W/m2K676.51394污垢熱阻，m2K/W0.0001720.000172阻力降MPa0.0018870.000983程數(shù)41推薦使用材料碳鋼碳鋼工藝設(shè)計(jì)主要符號(hào)說明1.英文字母折流板間距，系數(shù)，無量綱管徑，換熱器外殼內(nèi)徑，摩擦系數(shù)系數(shù)圓缺高度，總傳熱系數(shù)，管長(zhǎng)，程數(shù)指數(shù)；管數(shù)；程數(shù)管數(shù)；程數(shù)折流板數(shù)努塞爾特準(zhǔn)數(shù)壓力，；因數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)熱通量，傳熱速率， 半徑，熱阻，雷諾準(zhǔn)數(shù)傳熱面積，冷流體溫度，；管心距，平均傳熱溫差，流速，質(zhì)量流量，2.下標(biāo)冷流體熱流體

29、管內(nèi)平均管外污垢3.希臘字母對(duì)流傳熱系數(shù)， 有限差值導(dǎo)熱系數(shù)，粘度，密度，校正系數(shù)第六章 設(shè)計(jì)評(píng)述通過本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)、性能都有了一定的了解，同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，我也掌握了一定的工藝計(jì)算方法。換熱器是化工廠中重要的化工設(shè)備之一，而且種類繁多，特點(diǎn)不一，因此，選擇合適的換熱器是相當(dāng)重要的。在本次設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)進(jìn)行換熱器的選擇和設(shè)計(jì)是要通過反復(fù)計(jì)算，對(duì)各項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行比較后，從中確定出比較合適的或最優(yōu)的設(shè)計(jì)，為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮很多方面的因素。首先要滿足傳熱的要求，本次設(shè)計(jì)時(shí)，由于初選總傳熱系數(shù)不合適，使規(guī)定條件下的計(jì)算結(jié)果與初設(shè)值的比值不在要求范圍內(nèi)，因此，經(jīng)過多次計(jì)算，才選擇到合適的K

30、值為450W/（m2）計(jì)算結(jié)果為535.9（W/m2），核算為比為1.20，滿足要求。其次，在滿足工藝條件的前提下選擇合適的換熱器類型，通過分析操作要求及計(jì)算，本次設(shè)計(jì)選用換熱器為上述計(jì)算結(jié)果。再次，從壓強(qiáng)降來看，管程約為8818Pa，殼程約為5579.7Pa，都低于要求值（50KPa），因此，可適當(dāng)加大流速，從而加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低污垢熱阻，然而，流速增加，流動(dòng)阻力也會(huì)隨之增大，動(dòng)力消耗就增多，因此，作出經(jīng)濟(jì)衡算在確定流速時(shí)是相當(dāng)重要的。此外，其他因素（如加熱和冷卻介質(zhì)用量，換熱器的檢修和操作等），在設(shè)計(jì)時(shí)也是不可忽略的。根據(jù)操作要求。在檢修和操作方面，

31、固定管板式換熱器由于兩端管板和殼體連接成一體，因此不便于清洗和檢修。本次設(shè)計(jì)中，在滿足傳熱要求的前提下，考慮了其他各項(xiàng)問題，但它們之間是相互矛盾的。如：若設(shè)計(jì)換熱器的總傳熱系數(shù)較大，將導(dǎo)致流體通過換熱器的壓強(qiáng)降（阻力）增大，相應(yīng)地增加了動(dòng)力費(fèi)用；若增加換熱器的表面積，可能使總傳熱系數(shù)或壓強(qiáng)降減小，但卻又受到換熱器所能允許的尺寸限制，且換熱器的造價(jià)也提高了。因此，只能綜合考慮來選擇相對(duì)合適的換熱器。然而在本次設(shè)計(jì)中由于經(jīng)驗(yàn)不足，知識(shí)有限，還是存在著很多問題。比如在設(shè)計(jì)中未考慮對(duì)成本進(jìn)行核算，僅在滿足操作要求下進(jìn)行設(shè)計(jì)，在經(jīng)濟(jì)上是否合理還有待分析。在設(shè)計(jì)的過程中我發(fā)現(xiàn)板式換熱器采用同一板片組成不同幾何尺寸和形狀的流道（