換熱器設(shè)計書

TOC\o"1-5"\h\z目錄 11設(shè)計條件及主要物性參數(shù)表 1\o"CurrentDocument"設(shè)計題目 2\o"CurrentDocument"操作條件 22概述與設(shè)計方案簡介[1] 2\o"CurrentDocument"冷卻劑出口溫度的確定⑵ 2\o"CurrentDocument"流動空間的選擇[3,2] 2\o"CurrentDocument"管程和殼程數(shù)的確定⑶ 3\o"CurrentDocument"設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇 33工藝設(shè)計計算[4] 3\o"CurrentDocument"計算和初選換熱器的規(guī)格 3\o"CurrentDocument"核算壓力降 4\o"CurrentDocument"核算總傳熱系數(shù) 54輔助設(shè)備的計算和選型 6\o"CurrentDocument"管徑初選 6\o"CurrentDocument"壓頭He 65設(shè)計結(jié)果匯總表 66設(shè)計評述 7參考文獻(xiàn)： 71設(shè)計條件及主要物性參數(shù)表設(shè)計題目某制藥廠在生產(chǎn)工藝過程中，需將乙醇液體從75℃冷卻到45℃，乙醇的流量為Wkg/h。冷卻介質(zhì)采用21℃的河水。要求換熱器的管程和殼程壓降不大于30kPa，試設(shè)計并選擇管殼式換熱器。操作條件（1）乙醇： 入口溫度75℃ 出口溫度45℃（2）冷卻介質(zhì)：河水 入口溫度21℃ 出口溫度27℃（3）允許壓降：不大于30kPa（4）定性溫度（乙醇60℃，水24℃）下流體物性：密度（Kg/m3）比熱容（KJ/Kg.℃）粘度(Pa.s)導(dǎo)熱系數(shù)（W/m.℃）乙醇765.72.7580.601X10-30.1696河水997.24.180.923X10-30.60642概述與設(shè)計方案簡介【I】換熱器的選擇涉及因素很多，如介質(zhì)的腐蝕性及其它特性、操作溫度與壓力、換熱器的熱負(fù)荷、管程與殼程的溫差、檢修與清理要求等。具體選擇時應(yīng)綜合考慮各方面因素。對每種特定的傳熱工況，通過優(yōu)化選型會得到一種最適合的設(shè)備型號；如果將這個型號的設(shè)備應(yīng)用到其他工況，則傳熱效果可能會改變很大。因此，針對具體工況選擇換熱器類型，是很重要和復(fù)雜的工作。對管殼是換熱器的設(shè)計，應(yīng)從下方面考慮。冷卻劑出口溫度的確定⑵在水作為冷卻劑時，為便于循環(huán)操作、提高傳熱推動力、冷卻水的進(jìn)、出口溫差一般控制在5℃?10℃左右。在本次設(shè)計中將出口溫度設(shè)計為27℃。流動空間的選擇[3,2]確定流動空間的基本原則：（1）不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，因為管程清洗比較方便。（2）腐蝕性的流體宜走管程，以免管子和殼體同時被腐蝕，且管程便于檢修與更換。（3）壓力高的流體宜走管程，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量。（4）被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體對外的散熱作用，增強冷卻效果。（5）飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，一般不需清洗。（6）有毒易污染的流體宜走管程，以減少泄漏量。(7)流量小或粘度大的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程中流動，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達(dá)到湍流，以提高傳熱系數(shù)。(8)若兩流體溫差較大，宜使對流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，因壁面溫度與a大的流體接近，以減小管壁與殼壁的溫差，減小溫差應(yīng)力。根據(jù)以上原則可以確定河水走管程，乙醇走殼程。管程和殼程數(shù)的確定⑶當(dāng)換熱器的換熱面積較大而管子又不能很長，為提高流體在管內(nèi)的流速，需將管束分程。但程數(shù)過多，導(dǎo)致管程流動阻力和動力能耗增大，同時使平均傳熱溫差下降，設(shè)計時應(yīng)權(quán)衡考慮。管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1、2、4、6四種。在本次設(shè)計選用了管程為2。當(dāng)溫差校正系數(shù)①易小于0.8時應(yīng)采用多殼程。然而在本次設(shè)計中中^=0.97,采用了單殼程。設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)本次題目的要求應(yīng)當(dāng)選用管殼式換熱器。設(shè)計計算⑶乙醇： 入口溫度75℃ 出口溫度45℃冷卻介質(zhì)：河水入口溫度21℃ 出口溫度27℃允許壓降：不大于30kPa定性溫度(乙醇60℃,水24℃)下流體物性：密度(Kg/m3)比熱容(KJ/Kg.℃)粘度(Pa.s)導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.℃)乙醇765.72.7580.601X10-30.1696河水997.24.180.923X10-30.60643.1計算和初選換熱器的規(guī)格(1)計算熱負(fù)荷和冷卻水流量:Q=WCph(T-T)=20000x2.758x103x(75-45)-3600=459666.7WQ459666.7x3600W= 7=一c……c八=65980.9Kg/hcC(t-1)4.18x103x(27-21) yph2 1(2)計算兩流體的平均溫度差。暫按單殼程，多管程計算，逆流時平均溫度差為:At-At(45-21)-(75-27)―2 1AtIn—2

At1In@75-27=34.6℃T-T-T75-4527-211而：P=t2—^1T-11 1

27-21 二0.1175-21由圖4-19查得:則:Atm=0.97義34.6=33,56℃(3)假設(shè)K=300W/m2.℃則：S=KAt459666.7 則：S=KAt300x33.56m由附錄中根據(jù)S選擇換熱器，規(guī)格見一、表：殼徑/mm500管長/m3公稱面積/m244.3管子總數(shù)256管程數(shù)2管子排列方法正方形斜轉(zhuǎn)45°管子尺寸/mm流通面積/m20.0226實際傳熱面積：S0=n兀dL=256x3.14x0.019x(3-0.1)=44.29m2若選擇該型號的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為：QS°QS°At459666.744.29x33.56二309.25W/(m2.℃)3.2核算壓力降(1)管程壓力降:3.2核算壓力降(1)管程壓力降:ZAp=(Ap+Ap)FNi 1 2tp/1.5其中NP=2A=0.0226m2管程流通面積：Jd=0.015mdupRei="0.015x0.81xdupRei="0.015x0.81x997.20.923x10-313127(湍流)設(shè)管壁粗糙度￡=0.1mm，￡ 0.1d15

i=0.007由第一章中入-Re關(guān)系圖中查得入=0.039則:所以：Zap.=(2552+981)x1.5x2=10599Pa（2）殼層壓力降:Zap0Zap0=(Ap/+Ap/)FN其中q=1.15N$-1取h=0.3m033-1二取h=0.3mx765.7x°」72:538Pa殼程流通面積為：A0=h(D—nd0)=x765.7x°」72:538Pa所以：Ap/=0.4x0.64x19x(9+1)計算表明管程和殼程壓力都能滿住題設(shè)的要求。3.3核算總傳熱系數(shù)（1）管程對流傳熱系數(shù)ai：a=0.023—Rea=0.023—Re0.8Pr0.4=0.023x0,6064x131270.8x6.360.4=3839.8W0.015/(m2.℃)⑵殼程對流傳熱系數(shù)a0：取換熱器列管之中心距t=25mm則:取(—)0-14=0.95uw0.1696 1則：a=0.36x— x58610.55x10.243x0.95=648則：0 0.023（3）污垢熱阻：參考附錄管內(nèi)外側(cè)污垢熱阻分別取:R=R=0.00052m2.r/wsiR=0.00017m2.℃/w⑷總傳熱系數(shù)K0：管壁熱阻可忽略時，總傳熱系數(shù)為:so,dd—o-+ o—sidad11 19 19—+0.00017+0.00052x + =370w/(m2.℃)648153839.8x15K

則有：k^

選3701八——=1.2309由此可得設(shè)計選型滿足要求。4輔助設(shè)備的計算和選型管徑初選初取水經(jīng)濟(jì)流速u=1.5m/s由于125mm不是標(biāo)準(zhǔn)管徑，因此確定d廣150mm符合經(jīng)濟(jì)流速范圍故確定：d-150mm,u-1.04m/si壓頭He在水槽液面及壓力表處列柏努利方程取￡=0.15mm，￡/d=0.001，查圖得流入換熱器;=G流入換熱器;=G-AJaJ底閥1個標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭3個球心閥1個—0.152/0.72-0.91流出換熱器自=0.5(1—A2/A])=0.5(—0.152/0.72)=0.48故此=8.5+0.75x3+9.5+0.91+0.48=21.64換熱器壓降根據(jù),和He以及IS型離心泵系列特性曲線可以選擇型號為IS100-80-125的離心泵。5設(shè)計結(jié)果匯總表（1）乙醇： 入口溫度75℃ 出口溫度45℃（2）冷卻介質(zhì)：河水入口溫度21℃ 出口溫度27℃（3）允許壓降：不大于30kPa（4）設(shè)計換熱器型號及參數(shù)：殼徑/mm500管長/m3公稱面積/m244.3管子總數(shù)256管程數(shù)2管子排列方法正方形斜轉(zhuǎn)45°管子尺寸/mm①19x2流通面積/m20.0226（5）IS100-80-125的離心泵一臺6設(shè)計評述換熱器是石油、化工中最重要的熱工設(shè)備，對換熱器進(jìn)行科學(xué)計算，對換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計，是換熱器性能的重要保證。換熱器的熱工計算是換熱器的設(shè)計基礎(chǔ)，也是換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，因此在換熱器的設(shè)計中，只有經(jīng)過對換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的不斷調(diào)整，反復(fù)計算，才能使換熱器的性能更高，設(shè)計更加合理。另外，在換熱器設(shè)計中要綜合考慮多種