大豆油冷卻器的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、廣西工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：大豆油冷卻器的設(shè)計(jì)雷春宇專業(yè)：食品科學(xué)與工程班級(jí)：食品092班學(xué)號(hào):200900602067起止日期：2011-11-012011-12-10指導(dǎo)教師簽名：設(shè)計(jì)成績(jī)：日期目錄設(shè)計(jì)題目第1頁(yè)說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)要求第1頁(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)第2頁(yè)一、設(shè)計(jì)方案第3頁(yè) TOC o 1-5 h z .換熱器的選擇第3頁(yè).結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝流程第4頁(yè).流動(dòng)空間及流速的確定第7頁(yè) HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 二、確定物性數(shù)據(jù)第7頁(yè)三、計(jì)算總傳熱系數(shù)第8頁(yè).熱流量第8頁(yè).平均傳熱溫差第8頁(yè).冷卻水用量第8頁(yè).總傳熱系數(shù)K第8頁(yè)四、計(jì)算換熱面積

2、第9頁(yè)五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸第9頁(yè).管徑和管內(nèi)流速第9頁(yè).管程數(shù)和傳熱管數(shù)第9頁(yè).平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)第10頁(yè) TOC o 1-5 h z .傳熱管排列和分程方法第10頁(yè).殼體內(nèi)徑第10頁(yè).接管第11頁(yè)六、換熱器核算第11頁(yè).熱量核算第11頁(yè).換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力第13頁(yè).換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果第14頁(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖附圖第15頁(yè)主要符號(hào)說(shuō)明第15頁(yè)七、設(shè)計(jì)評(píng)述第16頁(yè)參考文獻(xiàn)第18頁(yè)評(píng)語(yǔ)第29頁(yè)廣西工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：大豆油換熱器的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)要求：化工原理課程設(shè)計(jì)由說(shuō)明書(shū)和圖紙兩部分組成。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)為打印稿,包括所有論述、原始數(shù)據(jù)、計(jì)算、表格等,設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一般不少于30

3、00字,設(shè)計(jì)論文任務(wù)書(shū)裝訂于說(shuō)明書(shū)的前頁(yè),其設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)具體書(shū)寫(xiě)格式及內(nèi)容如下:1、標(biāo)題頁(yè)2、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)3、目錄4、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介5、工藝流程草圖及說(shuō)明6、工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)7、輔助設(shè)備的計(jì)算及選型8、設(shè)計(jì)結(jié)果概要或設(shè)計(jì)一覽表9、對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述10、附圖帶控制點(diǎn)的工藝流程簡(jiǎn)圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖11、參考文獻(xiàn)12、主要符號(hào)說(shuō)明化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目大豆油換熱器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)、處理量：13000kg/h大豆油、設(shè)備型式：列管式U型管換熱器、操作條件：a.大豆油：入口溫度133C,出口溫度40Cb.冷卻介質(zhì)：循環(huán)水,入口溫度30C,出口溫度40Cc.允許壓降：不大于105Pa三、設(shè)計(jì)要求設(shè)

4、計(jì)一個(gè)U型管換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：a.熱力設(shè)計(jì)b.流動(dòng)設(shè)計(jì)c.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)d.強(qiáng)度設(shè)計(jì)3設(shè)計(jì)步驟：根據(jù)換熱任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計(jì)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體阻力確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)四、設(shè)計(jì)原則：傳熱系數(shù)較小的一個(gè),應(yīng)流動(dòng)空間較大,使傳熱面兩側(cè)的傳熱系數(shù)接近換熱器減少熱損失管、殼程的決定應(yīng)做到便于除垢和修理,以保證運(yùn)行的可靠性.應(yīng)減小管子和殼體因受熱不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力.從這個(gè)角度來(lái)講,順流式就優(yōu)于逆流式.對(duì)于有毒的介質(zhì)或氣相介質(zhì),必使其不泄露,應(yīng)特別注意其密封性,密封不僅要可靠,而且應(yīng)要求方便及簡(jiǎn)潔.應(yīng)盡量避免采用貴金屬,以降低成本五、課程要求:要求每組成員共同進(jìn)行查閱資料

5、,在計(jì)算、繪圖中進(jìn)行分工合作要求在12月10日前完成說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)和繪圖過(guò)程要求每人上交一份說(shuō)明書(shū),每組一分圖紙用A1圖紙繪制裝置圖一張：一個(gè)設(shè)備大圖,包含設(shè)備技術(shù)要求、主要參數(shù)、接管表、部件明細(xì)表、標(biāo)題欄一、設(shè)計(jì)方案方案簡(jiǎn)介：列管式換熱器稱管殼式換熱器,是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種換熱設(shè)備,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固,耐高壓,可靠程度高、適應(yīng)性強(qiáng),制造材料范圍廣；單位體積所具有的傳熱面積大并傳熱效果好；而且種類多,型號(hào)全,制造工藝比較成熟。因此在石油、化工生產(chǎn)中尤其是高溫高壓等大型換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式。因此,本次設(shè)計(jì)就對(duì)傳熱過(guò)程所用設(shè)備列管式換熱器進(jìn)行一次選型設(shè)計(jì)。列管式換熱器抗結(jié)構(gòu)可分為固定管板式,浮頭

6、式、U形管式三種類型。選用時(shí)可根據(jù)應(yīng)用條件的不同及各自的優(yōu)缺點(diǎn)設(shè)計(jì)適宜的換熱器。要設(shè)計(jì)一個(gè)較完善的換熱器,除了能滿足傳熱方面的要求外,還力求傳熱效率高,體積小、重量輕、消耗材料少,制造成本低,清洗維護(hù)方便和操作安全等。因此列管式換熱器的設(shè)計(jì),首先必須根據(jù)化工生產(chǎn)工藝條件的要求通過(guò)化工工藝計(jì)算,確定換熱器的傳熱面積,同時(shí)選擇管徑、管長(zhǎng),決定管數(shù),管程數(shù)和殼程數(shù),然后進(jìn)行機(jī)械選型設(shè)計(jì)。列管換熱器選型設(shè)計(jì)過(guò)程已有成熟的資料,具體步驟如下：1根據(jù)流體的物性及生產(chǎn)工藝條件的要求,確定流體通入的空間。2確定流體在換熱器兩端的溫度,選擇列管換熱器的型式。3計(jì)算流體的定性溫度,確定流體的物性數(shù)據(jù)。根據(jù)傳熱任務(wù)

7、計(jì)算熱負(fù)荷。依對(duì)流傳熱系數(shù)a2和a1,確定污垢熱阻Rs2和Rsl。再計(jì)算總傳熱系數(shù)K計(jì)。據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值范圍,或按實(shí)際情況,選定總傳熱系數(shù)K選值。通過(guò)化工工藝計(jì)算，由總傳熱速率方程Q=KStm初步算出傳熱面積S,并確定換熱器的基本尺寸按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格。計(jì)算管程、殼程計(jì)算初選設(shè)備的管、殼程流體的壓強(qiáng)降,如超過(guò)工藝允許的范圍,需調(diào)整流速,再確定管程數(shù)或折流板間距,或選擇另一規(guī)格的換熱器,重新計(jì)算壓降直到壓強(qiáng)降滿足要求為止。以上設(shè)計(jì)過(guò)程還要牽涉到大量公式,其具體計(jì)算式子可以參考文獻(xiàn)1。換熱器的選擇：兩流體溫度變化情況：熱流體大豆油的入口溫度133,出口溫度40；冷流體進(jìn)口溫度30,出口溫度

8、40。由于兩流體的溫度不同,所以使管束和殼體的溫度也不一樣,因此它們的熱膨脹程度也有差別。列管式換熱器中,由于冷熱兩流體溫度不同,使殼體和管束的溫度也不同。因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體的溫度相差較大時(shí),就可能由于應(yīng)力而引起設(shè)備的變形,甚至彎曲和斷裂,或管子從管板上松脫,因此必須采用適當(dāng)?shù)臏夭钛a(bǔ)償措施,消除或減小熱應(yīng)力。根據(jù)采取熱補(bǔ)償方法的不同,列管換熱器可分為以下幾種主要型式：固定管板式。所謂固定管板式,即兩端管板和殼體連接成一體的結(jié)構(gòu)形式,因此它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn),但殼程清洗困難,因此要求殼方流體應(yīng)是較清潔且不容易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí),應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。而具有補(bǔ)

9、償圈的固定管板式換熱器,即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個(gè)補(bǔ)償圈,當(dāng)外殼和管束膨脹不同時(shí),補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形,以適應(yīng)外殼和管束的不同熱膨脹。此法適用于兩流體溫度差小于120c殼程壓力小于60Mpm勺場(chǎng)合。U形管換熱器。U形管換熱器每根管子都彎成U形，管子兩端均固定在同一管板上,因此每根管子可以自由伸縮,從而解決補(bǔ)償問(wèn)題。這種型式換熱器的結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單質(zhì)量輕,適用于高溫和高壓的情況。其主要缺點(diǎn)是管程清洗比較困難；且因管子需一定的彎曲半徑,管板利用率較差。浮頭式的換熱器。浮頭式換熱器兩端管板中有一端不與外殼固定連接,該端稱為浮頭,這樣當(dāng)管束和殼體因溫度差較大而熱膨脹不同時(shí),管束連同浮頭就可在殼體內(nèi)自由伸縮,

10、而與外殼無(wú)關(guān),從而解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。另外,由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的,因此管束可以從殼體中抽出,便于清洗和檢修。所以浮頭式換熱器應(yīng)用較為普遍,但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。金屬耗量多,造價(jià)較高。本設(shè)計(jì)所需要的換熱器用循環(huán)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)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大,當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí),可以選用U型管換熱器。而且它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。故本次設(shè)計(jì)初步確定選用U型管換熱器。一般換熱器都用金屬材料制成,其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外,奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制

11、造低溫?fù)Q熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外,有些已開(kāi)始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器,如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝流程列管式換熱器的選用步驟：哪一種流體流經(jīng)換熱器的管程,哪一種流體流經(jīng)殼程,下列各點(diǎn)可供選擇時(shí)參考。1不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi),以便于清洗管子。2腐蝕性的流體宜走管內(nèi),以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕,而且管子也便于清洗和檢修。3壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi),以免殼體受壓。4被冷卻的流體宜走管間,可利用外殼向外的散熱作用,以增強(qiáng)冷卻效果。5需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi),因管程流通面積常小于殼程,且可采用多管程以增大流速。粘度大的

12、液體或流量較小的流體,宜走管間,因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí),由于流速和流向的不斷改變，在低Re100即可達(dá)到湍流,以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。在選擇流體流徑時(shí),首先考慮流體的壓強(qiáng)、防腐蝕及清洗等要求,然后再校核對(duì)流傳熱系數(shù)和壓強(qiáng)降。本設(shè)計(jì)以油和循環(huán)冷卻水作為傳熱媒介,水走管內(nèi),油走殼程,因?yàn)樗膲簭?qiáng)高、循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢、需要提高流速。為便于水垢清洗,應(yīng)使循環(huán)水走管程,大豆油走殼程,綜合考慮做此選擇。流體流速的選擇增加流體在換熱器中的流速,將加大對(duì)流傳熱系數(shù),減少污垢在管子表面上沉積的可能性,即降低了污垢熱阻,使總傳熱系數(shù)增大,從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加,又使流體阻力增大,動(dòng)力消耗就

13、增多。所以適宜的流速要通過(guò)經(jīng)濟(jì)衡算才能定出。此外,在選擇流速時(shí),還需考慮結(jié)構(gòu)上的要求：選擇高的流速,使管子的數(shù)目減少,對(duì)一定的傳熱面積,不得不采用較長(zhǎng)的管子或增加程數(shù)。管子太長(zhǎng)不易清洗,單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶞囟炔钕陆?。由于本換熱器設(shè)計(jì),總熱負(fù)荷小,不需要太高的對(duì)流傳熱系數(shù),油和水又是液體,再加之平均溫度的下降影響了換熱,所以在常見(jiàn)流速中選擇了0.6m/s。流體兩端溫度的確定若換熱器中冷熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定,就不存在確定流體兩端溫度的問(wèn)題。若其中一個(gè)流體僅已知進(jìn)口溫度,則出口溫度應(yīng)由設(shè)計(jì)者來(lái)確定。例如用冷水冷卻某熱流體,冷水的進(jìn)口溫度可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁貤l件作出估計(jì),而換熱器出口的冷水溫度

14、,便需要根據(jù)經(jīng)濟(jì)衡算來(lái)決定。為了節(jié)省水量,可使水的出口溫度提高些,但傳熱面積就需要加大；為了減小傳熱面積,則要增加水量。兩者是相互矛盾的。本次化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的操作條件給出換熱器中冷熱流體的溫度,因此就不存在確定流體兩端溫度的問(wèn)題。管子的規(guī)格和排列方法選擇管徑時(shí),應(yīng)盡可能使流速高些,但一般不應(yīng)超過(guò)前面介紹的流速范圍。易結(jié)垢、粘度較大的液體宜采用較大的管徑。我國(guó)目前試用的列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有25x2.5mm及19X2mmW種規(guī)格的管子。管子的選用可參照GB1511999,由于本設(shè)計(jì)要求大豆油為傳熱媒介黏度大,選擇25X2.5mm管長(zhǎng)的選擇是以清洗方便及合理使用管材為原則。長(zhǎng)管不便于清

15、洗,且易彎曲。一般出廠的標(biāo)準(zhǔn)鋼管長(zhǎng)為6m,則合理的換熱器管長(zhǎng)應(yīng)為1.5、2、2.5、3、4.5或6m系列標(biāo)準(zhǔn)中也采用這四種管長(zhǎng)。此外，管長(zhǎng)和殼徑應(yīng)相適應(yīng)，一般取L/D為46。本設(shè)計(jì)選用4.5m以配合管子的排列和管子數(shù)量能滿足換熱要求。如前所述,管子在管板上的排列方法有等邊三角形、正方形直列和正方形錯(cuò)列等。等邊三角形排列的優(yōu)點(diǎn)有：管板的強(qiáng)度高；流體走短路的機(jī)會(huì)少,且管外流體擾動(dòng)較大,因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高；相同的殼徑內(nèi)可排列更多的管子。正方形直列排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管的外壁,適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場(chǎng)合；但其對(duì)流傳熱系數(shù)較正三角排列時(shí)為低。正方形錯(cuò)列排列則介于上述兩者之間,即對(duì)流傳熱系數(shù)可以適

16、當(dāng)?shù)靥岣摺１驹O(shè)計(jì)選用等邊三角行排列,水對(duì)管子的腐蝕程度不高,相對(duì)于氣體,液體為媒介的換熱器更重要的是傳熱系數(shù)高。管子在管板上排列的間距,隨管子與管板的連接方法不同而異。通常,脹管法取t=do,且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm即t。本設(shè)計(jì)采用焊接法連接,所以排列間距取t=32mm管間距。管程和殼程數(shù)的確定。當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時(shí),有時(shí)會(huì)使管內(nèi)流速較低,因而對(duì)流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速,可采用多管程。但是程數(shù)過(guò)多,導(dǎo)致管程流體阻力加大,增加動(dòng)力費(fèi)用；同時(shí)多程會(huì)使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這些問(wèn)題。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1

17、、2、4和6程等四種。采用多程時(shí),通常應(yīng)使每程的管子數(shù)大致相等。考慮到選用管子直徑小,為了不影響達(dá)到換熱要求,本設(shè)計(jì)選用2程。外殼直徑的確定換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于管板的直徑。根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等,一般在初步設(shè)計(jì)時(shí),可先分別選定兩流體的流速,然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積,于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計(jì)完成后,仍應(yīng)用作圖法畫(huà)出管子排列圖。材料選用列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來(lái)選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼,低合金鋼、銅和

18、鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不銹鋼和有色金屬雖然抗腐蝕性能好,但價(jià)格高且較稀缺,應(yīng)盡量少用。本設(shè)計(jì)殼體采用碳鋼,管程采用碳素鋼。碳鋼優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格便宜,本設(shè)計(jì)允許壓降不大于105Pa,參照GB15什1999,碳鋼完全可以承受。流動(dòng)空間及流速的確定管徑選用625X2.5的較高級(jí)冷拔傳熱管碳鋼管，管內(nèi)流速取U=0.6m/s二、確定物性數(shù)據(jù)1定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。大豆油沸點(diǎn)150殼程大豆油的定性溫度為：T=/2=86.5管程流體的定性溫度為：t=/2=35根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)2大豆油在90c下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度：po=875.2kg/m

19、3定壓比熱容：cpo=2.052kJ/導(dǎo)熱系數(shù)：入o=0.150W/粘度：ao=0.00665Pas3循環(huán)冷卻水在35c下的物性數(shù)據(jù)：密度：pi=993.95kg/m3定壓比熱容：Cpi4.174kJ/導(dǎo)熱系數(shù)：入i=0.626W/粘度：=0.0007225Pas三、計(jì)算總傳熱系數(shù).熱流量Q=mCpoAto=13000X2.052X=2.48x106kJ/h=689t1 - t2 tm=I-lnt2.平均傳熱溫差:=(133-40)-(40-30)=37.2,133-40ln40-30.冷卻水用量：Qo2480000W=59415Cpiti4.174(4030).總傳熱系數(shù)K:管程傳熱系數(shù)：R

20、e二外=0935=165090.0007225=4.82cPii4.1741037.225104Pri=0.626ai=0.023JReTPri0de0.6260.8=0.023 0.024.174 103 7.225 102=3196W/殼程傳熱系數(shù)：2假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)：ao=290W/；污垢熱阻：R=0.00034394m2-C/W,2Ro=0.00051590m-C/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)入=45W/VR2C0.0250.025-0.00034394 3196 0.020.0210.0025 0.025 0.00059-J45 0.02290=206W/vmC四、計(jì)算傳熱面積cQo68900

21、0ccc2S=89.9Ktm20637.2假設(shè)考慮15%的面積裕度，則：S=1.15XS=1.15X89.9=103.4五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸.管徑和管內(nèi)流速：選用625X2.5傳熱管,20.7850.020.020.6diu4按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為L(zhǎng)=S=1034=15dons3.140.02588按U型管的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)該是二管程，所以有l(wèi)=L/N=15/2=7.5mU型管彎管段的彎曲半徑：U型管彎管段的彎曲半徑R應(yīng)不小于兩倍的換熱管外徑，常用換熱器的最小彎曲半徑Rmin可按GB151-1999選取，當(dāng)d=25mrm寸，取Rmin=50mm2換熱管的材料根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取，管子的選用參照G

22、B15-1999選擇，查得管壁厚度為2mm傳熱管總根數(shù)：N=88X2=1764g.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)：平均傳熱溫差校正系數(shù)R嚕琮=9.3C4030P=0.09713330按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表。但R=10在點(diǎn)在圖上難以讀出因而相應(yīng)以1/R代替RPR代替P,查同一圖線,可得小At=0.97平均傳熱溫差：Atm=)AtAtm=0.97X37.2=36.1.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。取管心距：t=1.25do則t=1.25X25=31.25=32橫過(guò)管束中心線的管數(shù)：nc=1.1JN=1.17176=14/B.殼體內(nèi)徑：采用多管程結(jié)

23、構(gòu)，取管板利用率“=0.7,則殼體內(nèi)徑為D=1.05tN/=1.0532.176/0.7=533圓整可取D=600mm.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25%，則切去的圓缺高度為h=0.25X600=150故h取150mm!取折流板間距B=0.3D,則B=0.3X600=180mm，可取B為200mm傳熱管長(zhǎng)折流板數(shù)NB =折流板間距70002001 = 34塊折流板圓缺面水平裝配。.接管:殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速為u=0.5m/s,則接管內(nèi)徑為d=4V=413000/(3600875.2)=0.i67m,u.3.140.5則取標(biāo)準(zhǔn)管徑為167mm管程流體進(jìn)出

24、口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u=2.0m/s,則接管內(nèi)徑為d=|亞=，459436/(3600993.95)=o103m,u,3.142取標(biāo)準(zhǔn)管徑為103mm.六、換熱器核算.熱量核算：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o0.551/3Uo0.14ao=0.36ReoPrdeuw當(dāng)量直徑，由正三角形排列得4(坐一子封)4(./二N_60,0322-x0.0253)2314x0025-0.020殼程流通截面積:So=BD=0.10t0.50(10025)=0.01090.032殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為uo=13000/(3600875.2)=0.378m/s0.01090.020.

25、378875.2,Reo=9950.00665普蘭特準(zhǔn)數(shù)2.0521030.00665Pr=90.970.15粘度校正ao=0.360159955590.971/3=541W/0.02管程對(duì)流傳熱系數(shù)3522官程流通截面積S=0.7850.020.02=0.02764管程流體流速：59436/(3600993.95)U=()=0.602m/s0.0276Rei=16564 TOC o 1-5 h z 344、/莊興/r44.174107.22510.昔二特準(zhǔn)數(shù)Pr=4.820.626ai=0.02306260.80.4=3205W/0.02傳熱系數(shù)K0.0253205 0.020.000343

26、950.0250.020.0025 0.02545 0.020.00051591320=221W/傳熱面積:S=QK tm6890002=86.36221 36.1該換熱器的實(shí)際傳熱面：2Sp=doL(Nne)=3.140.025=93.63該換熱器的面積裕度為：H=S-S100%=/86.36=8.4%S傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù).2.換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力管程流動(dòng)阻力：EAP=FtNNpN=1,Np=4,Ft=1.4由Re=16564，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01/20=0.005,根據(jù)公式Ai=0.1000.01/20+68/Re0.23=0.034W/,流速：u=0.602

27、m/s,p=993,95kg/m3,所以0.0344.50.020.6022 993.952=1461.4 PaP20.602 2 993.952=540.3Pa5-P(1461.4540.3)1.44=11209.5Pa10Pa管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力EAPo=FtNNs=l,Ft=l流體流經(jīng)管束的阻力：RFfnc(NB2Uo1F=0.5 ;NB=88 ; uo=0.378fo59950.228=1.0363;nc14;ocAP/=0.51.036314X88+1875.250.3782/2=40370Pa105kPa殼程流動(dòng)阻力也比較適宜03.換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器

28、主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-130對(duì)流傳熱系，W/m-K3205541污垢系數(shù),m2K/W0.000343950.00051590阻力降，MPa0.0103410.005054程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格625X2.5管數(shù)：176管長(zhǎng),mm:7500管間距,mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距,mm100切口高度：25%殼體內(nèi)徑,mm500保溫層厚度,mm設(shè)備結(jié)構(gòu)圖附圖主要符號(hào)說(shuō)明英文字母B折流板間距，mC本數(shù),無(wú)里綱，P-壓降，Pa;Q熱負(fù)荷,w；R-熱阻，nfCW因數(shù)；Re雷諾準(zhǔn)數(shù)；S傳熱回積,n；t冷流體溫度，C；管心距，m；T-熱流體溫度，c;u流速,m/s；W質(zhì)里流里

29、，Kg/sPr普朗特系數(shù)；b-板厚,mmK總彳t熱系數(shù)，W/m2C；d-管徑,m；D換熱器外殼內(nèi)徑，”Wb-煤油處理量，kg/s;f摩擦系數(shù)；F一系數(shù)；h圓缺高度，m;L管長(zhǎng)度，m;m程數(shù)；n指數(shù)；管數(shù)；程數(shù)；N管數(shù);p壓力，Pa;因數(shù)；q熱通量，W/m2;Q-一傳熱速率，Wr半徑,m;汽化潛熱，KJ/Kg。希臘字母對(duì)流傳熱系數(shù)W/;有限差值;-粘度，Pa s;校正系數(shù)。熱流體;平均； 污垢。導(dǎo)熱系數(shù),W/;密度，kg/m3;下標(biāo)C-冷流體；hi管內(nèi)；mo管外；s七、設(shè)計(jì)評(píng)述列管式換熱器,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、布管多,管內(nèi)便于清洗,更換、造價(jià)低的特點(diǎn)。適用于殼程介質(zhì)清潔,不易結(jié)垢,管程需清洗以及

30、溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場(chǎng)合。本文提出的換熱器的設(shè)計(jì),在工藝設(shè)計(jì)上考慮了傳熱系數(shù)、管殼程壓降等對(duì)換熱器設(shè)計(jì)的影響,同時(shí)對(duì)管殼式大豆油冷卻器的結(jié)構(gòu)及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算雖然所列公式繁多,但嚴(yán)格按照化工原理的公式計(jì)算,能滿足設(shè)計(jì)要求,符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范。根據(jù)換熱器的特性,比較散熱結(jié)構(gòu)、材料確定了大豆油冷卻器結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)方案。計(jì)算大豆油冷卻器傳熱部分如傳熱系數(shù)、平均溫度等,以及校核相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和傳熱計(jì)算數(shù)據(jù)確定了大豆油冷卻器具體結(jié)構(gòu)尺寸,如殼程數(shù)、壁厚、管束數(shù)、內(nèi)徑、管長(zhǎng)、折流板數(shù)、折流板間距等?；仡櫛敬卧O(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程,以及我們的設(shè)計(jì)成果,現(xiàn)總結(jié)如下：首先,從設(shè)計(jì)的

31、過(guò)程和結(jié)果來(lái)看,我認(rèn)為本次設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算、選型過(guò)程是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、合理的；所選換熱器的型號(hào)、結(jié)構(gòu)也能滿足工藝的要求,基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。其次，從校核的結(jié)果來(lái)看,管程的壓力降為0.4MPa,是合理的,可用的。而殼程的壓力降0.3MPa在經(jīng)驗(yàn)值的范圍內(nèi)似乎略顯大了些；究其原因,可能是由于殼程流體的流速選擇偏大的緣故,但考慮到實(shí)際流速在可造經(jīng)驗(yàn)值的范圍內(nèi),所以也認(rèn)為是可用的。最后,通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),培養(yǎng)了我們的獨(dú)立思考、工作的能力,使我們初步了解和掌握了一些有關(guān)化工設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識(shí),受到一次化工設(shè)計(jì)技能方面的基本訓(xùn)練。因此,從始至終,不論是查文獻(xiàn)、計(jì)算、還是繪圖,大家的積極性始終高漲,大家一致認(rèn)

32、為,通過(guò)設(shè)計(jì)不僅學(xué)到了知識(shí)、技能,而且還充滿了樂(lè)趣。這也是學(xué)院安排課程設(shè)計(jì)的目的所在。從設(shè)計(jì)結(jié)果可看出,冷卻水出口溫度不同,若要保持總傳熱系數(shù),溫度越大、換熱管數(shù)越多,折流板數(shù)越多、殼徑越大,這主要是因?yàn)樗隹跍囟仍龈?總的傳熱溫差下降,所以換熱面積要增大，才能保證Q和K。因此，換熱器尺寸增大，金屬材料消耗量相應(yīng)增大。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì),我們可以知道,為提高傳熱效率,降低經(jīng)濟(jì)投入,設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇十分重要本次設(shè)計(jì)所選的列管式換熱器及工藝流程符合設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們除了考慮換熱器的處理量和換熱效果外,也考慮了生產(chǎn)成本。如在選擇板材時(shí),有多種材料可供選擇,但我們考慮到碳鋼來(lái)源方便,而且價(jià)格相對(duì)便宜,就選擇了碳鋼。我們明白實(shí)際生產(chǎn)中還要考慮很多因素,所以設(shè)計(jì)還存在一些缺陷。通過(guò)對(duì)列管式換熱器的設(shè)計(jì),我們懂得了工藝設(shè)計(jì)的基本方法。了解了如何根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定工藝設(shè)備,并學(xué)會(huì)了如何根據(jù)工藝過(guò)程的條件查找相關(guān)資料,并從各種資料中篩選出較適合的資料,根據(jù)資料確定主要工藝流程,主要設(shè)備及計(jì)算出主要設(shè)備及輔助設(shè)備的各項(xiàng)工藝參數(shù)及數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)計(jì)算核算是否滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)中,我們查閱了許多關(guān)于換熱器的資料,不但