換熱器的設(shè)計(jì)

換熱器的設(shè)計(jì)換熱器的設(shè)計(jì)換熱器的設(shè)計(jì)換熱器的設(shè)計(jì)編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:化工原理課程設(shè)計(jì)2-1說(shuō)明書題目：芳烴冷卻器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：2015年7月10日化工原理課程設(shè)計(jì)（2-1）任務(wù)書題目芳烴冷卻器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件工藝流體熱流體（甲苯44%+乙苯56%）冷流體（Water）總質(zhì)量流率/(kg·g-1)2427入口溫度/℃9028出口溫度/℃51入口壓力（絕壓）/kPa550450允許壓力降/kPa9060污垢熱阻/(m2·k·w-1)選擇合適的列管式換熱器并進(jìn)行核算1選擇合適的換熱器；2計(jì)算熱負(fù)荷；3計(jì)算溫差和估計(jì)傳熱系數(shù)；4估算換熱面積；5計(jì)算管程壓降和給熱系數(shù)；6計(jì)算殼程壓降和給熱系數(shù)；7計(jì)算傳熱系數(shù)；8校核傳熱面積。設(shè)計(jì)要求1.手工計(jì)算完成換熱器設(shè)計(jì)與校核；2.用EDR軟件完成換熱器的設(shè)計(jì)、校核；3.提交電子版及紙板：設(shè)計(jì)說(shuō)明書、計(jì)算源程序。目錄第1章前言 2第2章設(shè)計(jì)計(jì)算 4第3章校核計(jì)算 8第4章?lián)Q熱器主要工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果一覽表 9第5章EDR設(shè)計(jì)與校核 10致謝 16參考文獻(xiàn) 17第1章前言化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們化工設(shè)計(jì)能力的重要的環(huán)節(jié)，是化工原理課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是偵查工程實(shí)際問(wèn)題復(fù)雜性的初次嘗試。通過(guò)化工原理課程設(shè)計(jì)，要學(xué)會(huì)應(yīng)用相關(guān)課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)只是，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的換熱器任務(wù)，得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。在此之前，我們對(duì)化工這個(gè)專業(yè)的理解是抽象的，不具體的，局限于書本上的。通過(guò)化工原理課程設(shè)計(jì)，使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，設(shè)計(jì)原則及方法，學(xué)會(huì)各種標(biāo)準(zhǔn)的使用以及物質(zhì)物理性質(zhì)的查找方法，掌握了校核方法，包括筆算校核以及EDR校核，考慮的因素會(huì)很多，極大的調(diào)動(dòng)我們的動(dòng)手能力，會(huì)使我們能力得到提高。課程設(shè)計(jì)將訓(xùn)練分析問(wèn)題和獨(dú)立工作的能力，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)的能力，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)，還能提高工程繪圖及寫作能力。換熱器是石油化工中最基本的設(shè)備，它掌控著熱量在化工當(dāng)中的使用，在能源利用方面也起著至關(guān)重要的作用。換熱設(shè)備在石油化工各個(gè)設(shè)置中的投資以及鋼材消耗所占比重中不斷上升，其在降低能耗與生產(chǎn)成本中的作用也日益顯著。本次設(shè)計(jì)所用的是固定管板式換熱器，它屬于管殼式換熱器。管殼式換熱器由管束跟殼體組成，一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程；另一種流體在管外殼內(nèi)流動(dòng)，稱為殼程。兩種流體通過(guò)管壁進(jìn)行換熱。固定管板式換熱器加折流擋板進(jìn)行調(diào)整結(jié)構(gòu)架單，造價(jià)低廉，在工藝條件許可時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮。本課程設(shè)計(jì)要考慮到安全性以及經(jīng)濟(jì)型，設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有設(shè)計(jì)計(jì)算，校核計(jì)算，EDR軟件模擬以及校核。第2章設(shè)計(jì)計(jì)算確定設(shè)計(jì)方案選定換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體入口溫度90℃，出口溫度51℃；冷流體（自來(lái)水）入口溫度28℃。選水的出口溫度為43℃.兩流體定性溫度如下：熱流體的定性溫度（90+51）/2=℃水的定性溫度（28+43）/2=℃2,選定流體流動(dòng)空間及流速因循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于污垢清洗，故選定冷卻水走管程，甲苯乙苯混合物走殼程。同時(shí)選用的碳鋼管，管內(nèi)流速取,確定物性數(shù)據(jù)查取冷熱流體的物性數(shù)據(jù)可得：在定性溫度下，存在如下數(shù)據(jù)：屬性熱流體水密度/（kg·m3）821粘度/(mPa·s)導(dǎo)熱系數(shù)/(w·m-1·k-1)比熱容/(kJ·kg-1·k-1)計(jì)算總傳熱系數(shù)計(jì)算熱負(fù)荷（熱流量）按熱流體計(jì)算，即（2-1）計(jì)算逆流平均溫度差（2-2）總傳熱系數(shù)K管程給熱系數(shù)（2-3）故采用下式計(jì)算（2-4）管壁的導(dǎo)熱系數(shù)假設(shè)總傳熱系數(shù)K=710計(jì)算傳熱面積（2-5）考慮15%的傳熱面積裕度（2-6）工藝結(jié)構(gòu)尺寸管徑和管內(nèi)流速選用的碳鋼換熱管為，管內(nèi)流速為s.管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)（2-7）按單管程計(jì)算所需換熱管長(zhǎng)度（2-8）選6m的管長(zhǎng)，單管程.傳熱管根數(shù)N=256（根）.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)（2-9）按單殼程單管程結(jié)構(gòu)傳熱管排列和分程方法采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。取管心距t==*19=24mm（2-10）橫過(guò)管束中心線的管數(shù)（2-11）殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=，則殼體內(nèi)徑（2-12）圓整取D=500mm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取折流板間距為B==150mm，取為200mm，折流板取11塊。接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為s，則接管內(nèi)徑（2-13）取標(biāo)準(zhǔn)管徑為200mm。管程流體（循環(huán)水）進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)循環(huán)水的流速為s，則接管內(nèi)徑（2-14）取標(biāo)準(zhǔn)管徑為200mm。第3章校核計(jì)算熱量核算殼程對(duì)流給熱系數(shù)對(duì)于圓缺形折流板，可采用克恩公式（3-1）當(dāng)量直徑由正三角形排列得（3-2）殼程流通截面積（3-3）殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為（3-4）（3-5）（3-6）（3-7）管程對(duì)流給熱系數(shù)（3-8）管程流通截面積（3-9）管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為（3-10）（3-11）（3-12）傳熱系數(shù)K （3-13）（3-14）K值符合要求.傳熱面積（3-15）實(shí)際傳熱面積（3-16）面積裕度（3-17）換熱面積裕度合適，滿足設(shè)計(jì)要求.換熱器內(nèi)流體流動(dòng)阻力管程流動(dòng)阻力（3-18）（Ft結(jié)垢校正系數(shù)，Np管程數(shù)，Ns殼程數(shù)）取換熱管的管壁粗糙度為，則ε/d=，Rei=12578，查圖得λi=.（3-19）壓降符合標(biāo)準(zhǔn)即管程阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程流動(dòng)阻力工程計(jì)算中常采用Esso法，該法的計(jì)算公式如下：（3-20）（Fs為結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)液體Fs=，Ns為殼程數(shù)）流體流經(jīng)管束的阻力（3-21）F為管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，正三角形排列F=，正方形直列F=，正方形錯(cuò)列時(shí)，F(xiàn)=。fo為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)（3-22）nc為橫過(guò)管束中心線的管數(shù)，nc=20折流板間距B=，折流板數(shù)NB=11（3-23）流體流經(jīng)折流板缺口的阻力（3-24）以上管程壓降和殼程壓降都符合要求。第4章?lián)Q熱器主要工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果一覽表?yè)Q熱器型式：帶熱補(bǔ)償非標(biāo)準(zhǔn)的管板式換熱器換熱面積：㎡工藝參數(shù)設(shè)備名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水甲苯44%+乙苯56%操作壓力，kPa450550操作溫度，℃28/4390/51質(zhì)量流量，kg/s2427密度，kg/m3821流速，m/s傳熱量，kW總傳熱系數(shù)，W/(㎡·K)對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(㎡·K)污垢熱阻，㎡·K/W阻力降，Pa872874914程數(shù)11推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格?19×2mm管數(shù)256根管長(zhǎng)6m管間距，mm25排列方式正三角形折流板型式上下間距200mm切口25%殼體內(nèi)徑500mm保溫層厚度無(wú)需保溫接管表序號(hào)尺寸用途連接形式1DN159循環(huán)水入口平面2DN159循環(huán)水出口平面3DN219熱流體入口凹凸面4DN219熱流體出口凹凸面5DN20排氣口凹凸面6DN50放凈口凹凸面第5章EDR設(shè)計(jì)與校核初步規(guī)定流體空間選擇熱流體走殼程，冷流體走管程。殼體和封頭換熱流體為甲苯與乙苯組成的混合物和自來(lái)水，選擇平蓋管箱A。冷熱流體進(jìn)口溫差小于110℃，且污垢熱阻小于，換熱器的冷熱流體均為較清潔流體，因此選擇固定管板式換熱器，前封頭采用B型，后封頭采用M型，殼體為E型。因此，TEMAtype選擇BME。換熱管選用管外徑19mm，壁厚2mm的碳鋼換熱管。換熱管排列角度為30o，管間距為25mm。折流板選單弓形折流板。換熱器方位換熱器水平放置，折流板切口方向?yàn)樗椒较?。設(shè)計(jì)結(jié)果與分析圖5-1圖5-2圖5-3結(jié)構(gòu)參數(shù)換熱器形式為單臺(tái)1管程AES換熱器，殼體內(nèi)徑387mm，管長(zhǎng)5100mm，管子180，管外徑，管壁厚管子排列方式為錯(cuò)列正三角形，管間距，單弓形折流板，切確率%。面積余量為零，需在校核模式中調(diào)整。壓降殼側(cè)壓降，管側(cè)壓降，小于允許壓降。流速殼側(cè)最高流速s，管側(cè)最高流速s，管側(cè)流速偏高，殼側(cè)偏高，在校核模式調(diào)節(jié)。傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)為(m2?℃)，大于經(jīng)驗(yàn)值。傳熱溫差為℃，無(wú)矯正。校核模式根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，在《浮頭式換熱器和冷凝器形式與基本參數(shù)》(GB/T中選擇最為接近的規(guī)格進(jìn)行圓整，殼體內(nèi)徑430mm，管長(zhǎng)6000mm，管子237，管外徑19mm管壁厚，管子排列方式為錯(cuò)列正三角方形，管間距25mm，單弓形折流板，切缺率25%。參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，殼側(cè)、管側(cè)進(jìn)出口內(nèi)、外徑為159mm、168mm。校核結(jié)果分析圖5-4圖5-5圖5-6面積余量為26%，符合生產(chǎn)要求。壓降殼側(cè)壓降，管側(cè)壓降，小于允許壓降。流速殼側(cè)最高流速s，管側(cè)最高流速s.傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)為(m2?℃)，在經(jīng)驗(yàn)值范圍之內(nèi)。傳熱溫差為℃，溫差校正系數(shù)。熱阻分布熱阻集中分布在殼側(cè)，符合甲苯乙苯混合物實(shí)際情況，對(duì)于浮頭式殼側(cè)亦容易清洗。壓降分布錯(cuò)流窗口流壓降分別%和%，殼側(cè)和進(jìn)出口管嘴壓降分別為%、%，管側(cè)和進(jìn)出口管嘴壓降分別為%、%，壓降分布合理EDR設(shè)計(jì)結(jié)果換熱器型號(hào)為，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)為：公稱直徑450mm；管子為的碳鋼管，長(zhǎng)度為6m，管心距25mm，管子數(shù)237，管程數(shù)為1，管子排列方式為正三角形錯(cuò)列，單弓形折流板，切缺率25%，間距200mm。致謝感謝老師給了我一次機(jī)會(huì)來(lái)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)，在這個(gè)過(guò)程中，老師不斷的給與我們方便，在兩年的大學(xué)生活將滿之際，終于能體會(huì)到專業(yè)的實(shí)際操作性內(nèi)容也讓我很是興奮與欣慰，增強(qiáng)了我們的實(shí)踐能力與動(dòng)手應(yīng)用能力，并且提高了我們的獨(dú)立思考能力。同時(shí)也要感謝同學(xué)們?cè)谶^(guò)程中給予我的幫助，當(dāng)我遇到困難的時(shí)候沒(méi)有他們就沒(méi)有我的繼續(xù)，風(fēng)雨與共患難同行，互幫互助才是學(xué)習(xí)的本源，這讓我了解到了更多。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我學(xué)習(xí)到了更多的知識(shí)以及能夠把化工專業(yè)立體化形象化，極大地開闊了我的視野，提高了我的學(xué)習(xí)能力，獨(dú)立完成能力，應(yīng)用實(shí)踐能力，為我以后的道路奠定了堅(jiān)定的基礎(chǔ)。最后，再一次感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們！參考文獻(xiàn)[1]《化工單元操作課程設(shè)計(jì)》賈紹義、柴誠(chéng)敬主編，天津大學(xué)出版社,2011,8[2]《換熱器工藝設(shè)計(jì)》孫蘭義、馬占