水冷卻液體設備設計

1、化工原理課程設計任務書一、 設計題目： 水冷卻液體設備設計二、設計條件1、某種液體處理量2.5 Kg/s2、進換熱器液體的進口溫度175，出口溫度為453、冷卻水進口水溫30，出口自己選定4、管子外徑d1=25mm，內(nèi)徑d2=20mm，t=32mm，等邊三角形排列 5、 液體污垢熱阻Rs2=0.18m2./Kw，水側(cè)污垢熱阻Rs1=0.4m2./Kw，管壁導熱系數(shù) w=0.045 Kw/（ m.）6、水的物性按定性溫度計算，液體的物性數(shù)據(jù)近似按如下數(shù)據(jù)計算 =1200Kg/m3，=2.0Pa.S ，= 0.15W/（m.k），Cp=1.50KJ/(Kg.K) 7、 流體的流徑自己選定，設備按雙

2、管程（1-2折流）情況進行設計。三、設計任務 完成浮頭式列管換熱器的工藝設計（流程敘述，物料、熱量計算及特性尺寸計算）及有關附屬設備（泵、接管等）的設計和選用，編寫設計說明書目錄一、前言.1二、生產(chǎn)條件的確定 .2各項已知條件及田間的確定 .2三、換熱器的設計計算 .3 （一）確定設計方案 3 （二）確定物性數(shù)據(jù) 3四、設計結(jié)果列表 10五、設計結(jié)果的討論與說明11六、設計心得 12七、參考文獻. 14化工原理課程設計說明書一、前言在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各換熱器，且它們是這些行業(yè)的通用設備，并占有十分重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提

3、高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設計、制造、結(jié)構(gòu)改進及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。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，性能各異。在換熱器設計中，首先應根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器大的機構(gòu)尺寸。列管式換熱器的應用已有很悠久的歷史。在化工、石油、能源設備等部門，列管式換熱器仍是主要的換熱設備。列管換熱器的設計資料已較為完善，已有系列化標準。目前我國列管換熱器的設計、制造、檢驗、驗收按“鋼制管殼式（即列管式）換熱器”（GB151）標準執(zhí)行。列管式換熱器主要有固定管板式換熱器

4、、浮頭式換熱器、U型管換熱器和填料函式換熱器等。固定管板式換熱器有結(jié)構(gòu)簡單、排管多等優(yōu)點。但由于結(jié)構(gòu)緊湊，固定管板式換熱器的殼側(cè)不易清洗，而且當管束和殼體之間的溫差太大時，管子和管板易發(fā)生脫離，故不適用與溫差大的場合。浮頭式換熱器針對固定管板式換熱器的缺陷進行了改進。兩端管板只有一端與殼體完全固定，另一端可相對與殼體移動。故這種換熱器的管束膨脹不受殼體的約束，而且易于清洗和檢修，所以能適用于管殼壁間溫差較大，或易于腐蝕和易于結(jié)垢的場合。但其結(jié)構(gòu)復雜、笨重、造價高限制了它的使用。U型管換熱器僅有一個管板，管子兩端均固定于同一管板上。這類換熱器的特點有：管束可以自由伸縮，熱補償性能好；雙管程，流程

5、長，流速高，傳熱性能好；承壓能力強；管束可以從殼體中抽出，且結(jié)構(gòu)簡單，造價低。但其管數(shù)少且易短流。故僅適用于管殼壁溫差較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)不易結(jié)垢，高溫、高壓、腐蝕性強的情形。填料函式換熱器也只有一端與殼體固定，另一端采用填料函密封。它的管束也可自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價較低。但填料函易泄露，故殼程壓力不宜過高，也不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的場合。列管式換熱器的設計和分析包括熱力設計、流動設計、結(jié)構(gòu)設計以及前度設計。其中以熱力設計最為重要。不僅在設計一臺新的換熱器時需要進行熱力設計，而且對于已生產(chǎn)出來的，甚至已投入使用的換熱器在檢驗它是否滿足使用要求，均需進行這方面的工

6、作。熱力設計是指，根據(jù)使用單位提出的基本要求，合理地選擇運行參數(shù)，并根據(jù)傳熱學的知識進行傳熱計算。流動設計主要是計算壓降，其目的就是為換熱器的輔助設備。結(jié)構(gòu)計算指的是根據(jù)傳熱面積的大小計算器主要零部件的尺寸，例如管子的直徑、長度、根數(shù)、殼體的直徑、折流板的長度和數(shù)目及布置以及連接管的尺寸，等等。列管式換熱器的工藝設計主要包括以下內(nèi)容：1. 根據(jù)換熱任務和有關要求確定設計方案；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體阻力；4. 確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。二、生產(chǎn)條件的確定 設計一浮頭式列管式水冷卻換熱器，完成冷卻2.5 Kg/s某液體的任務，具體要求如下：該液體進口溫度17

7、5，出口溫度45；冷卻水進口溫度30，出口溫度50 。三、換熱器的設計計算（一）確定設計方案1、選擇換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度175，出口溫度45；冷流體進口溫度30，出口溫度50。由于該換熱器的管壁溫度和殼體溫度有較大溫差，故選用浮頭式換熱器。2、流動空間及流速的確定實際生產(chǎn)中，冷卻水一般為循環(huán)水，而循環(huán)水易結(jié)垢，為便于清洗，應采用冷卻水走管程，該液體走殼程。選用25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速設為ui=0.8m/s。本熱交換器采用逆流操作。（二）確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 殼程液體的定性溫度：T=110（） 管程水的定性溫度： t=40()根

8、據(jù)定性溫度，分別插取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)。 液體在110的有關物性數(shù)據(jù)如下：密度 =1200kg/m3定壓比熱容 Cpo=1.50kJ/(kg*)導熱系數(shù) =0.15W/(m*)粘度 =0.00020Pa*s 冷卻水在35的有關物性數(shù)據(jù)如下：密度 =992.2kg/m3定壓比熱容 Cpi=4.174kJ/(kg*)導熱系數(shù) i=0.634W/(m*)粘度 =0.000653Pa*s（三）計算總傳熱系數(shù)1、熱流量 =moCpoto=2.5*1.50*（175-45）=487.5kW2、平均傳熱溫差=58.76()3、冷卻水用量=5.84（kg/s）4、總傳熱系數(shù)1)管程傳熱系數(shù)= =24

9、311.18 =10113.462)殼程傳熱系數(shù) 假設殼程的傳熱系數(shù) W/（m2*） 污垢熱阻Rsi=0.00040m2*/WRso=0.00018m2*/W 管壁的導熱系數(shù) = =205.54 (四)計算傳熱面積=40.36考慮15%的面積裕度，S=1.15*S=1.15*40.36=46.414（m2）（五）工藝結(jié)構(gòu)尺寸1、管徑和管內(nèi)流速選用25*2.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速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)=23.424（根） 按單程管計算，所需的傳熱管長度 = 按雙程管設計,管程數(shù)為4， =6.15 傳熱管總根數(shù) N=24*4=96(根) 3、平均傳熱溫差校

10、正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 按單殼程，四管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)為 =0.729 平均傳熱溫差=0.079*58.76=42.844、傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，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。 因管心距t=32mm, 橫過管束中心線的管數(shù)（根）5、殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑圓整可取6、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，則切去的圓缺高度為。取折流板間距，則折流板數(shù) 塊折流板圓缺水平裝配。7、接管殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)油品流速為，則接管內(nèi)徑為取標準管徑為。管程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為，則接管內(nèi)徑為取標

11、準管徑為。(六)換熱器核算1、 熱量核算1)殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采取克恩公式當量直徑，由正三角形排列得殼程流通截面積殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準數(shù)粘度校正 2)管程對流傳熱系數(shù)管程流通截面積管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準數(shù)3)傳熱系數(shù) 4)傳熱面積 該換熱器的實際傳熱面積 該換熱器的面積裕度傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務。2、換熱器內(nèi)流體的流動阻力（1）管程流動阻力，由，傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得，流速，所以， 管程流動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 流體流過折流板缺口的阻力，總阻力殼程流動阻力也比較合適。四、設計結(jié)果列表換熱

12、器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果換熱器類型：浮頭式換熱器管口表換熱面積（M2）：198.6符號尺寸用途連接形式工藝參數(shù)aDN50循環(huán)水入口平面名稱管程殼程bDN50循環(huán)水出口平面物料名稱循環(huán)水液體cDN50液體入口凹凸面操作壓力，MpadDN50液體出口凹凸面操作溫度，30/50175/45流量，kg/h210249000附圖：流體密度，kg/m3992.21200流速，m/s0.7810.0794傳熱量，kW487.5總傳熱系數(shù)，W/(m2*K)128.21對流傳熱系數(shù)，W/(m2*K)4134.9165.45污垢系數(shù)，m2*K/W0.000400.000180阻力降，Mpa0.0284690.00

13、25133程數(shù)41使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格25*2.5管數(shù) 96管長，mm615管間距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距，mm200切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm400保溫層厚度，mm五、設計結(jié)果的討論與說明（一）設計結(jié)果的討論換熱器的種類繁多，不同的換熱器由其各自的優(yōu)點和使用局限。本課程設計中選用浮頭式換熱器，這種換熱器相比其他換熱器有以下幾點明顯的優(yōu)勢：1. 管束可抽出，以方便清洗管、殼程；2. 介質(zhì)間溫差不受限制；3. 可在高溫、高壓下工作；可用于結(jié)垢比較嚴重的場合；4. 可用于管程易腐蝕的場合。但同時也有一些缺點，例如，造價高、結(jié)構(gòu)復雜等等。本設計中，浮頭式換熱器的總換熱面積為

14、，而任務要求的換熱面積，故設計出的換熱器裕度為16.00%。（二）設計中使用的符號與公式說明英文字母 t冷流體溫度，；A流通面積，m2；t管心距，m；b厚度，m；T熱流體溫度，；c常數(shù)，m；u流速，m/s；cp定壓比熱容，kJ/(kg*)；W質(zhì)量流量，kg/s。d管徑，m；D換熱器殼徑，m；希臘字母h擋板間距，m；對流傳熱系數(shù)，W/(m2*)；K總傳熱系數(shù)，W/(m2*)；導熱系數(shù)，W/(m*)；l長度，m；粘度，Pa*s；L長度，m；密度，kg/m3n管數(shù)；表面張力，/m。N程數(shù)；p壓強，Pa；下標Q傳熱速率或熱負載，W；i管內(nèi)；r半徑，mm；m平均；R熱阻，m2*/W；o管外；S傳熱面積，m2；t溫度差；六、設計心得： 課堂上有很多部分知識不太清楚，但通過這次設計于是我又不得不邊學邊用。由于水平有限，難免會有錯誤，希望老師見諒。因為水平很差，所以這次設計的內(nèi)容做得相當差，有些數(shù)據(jù)數(shù)湊出來的，希望老師不要介意。再次感謝一下在我做設計幫助我的同學，特別是張龍佳同學，感謝老師給的指