化工原理課程設(shè)Word版

整理為word格式整理為word格式整理為word格式化工原理課程設(shè)計(jì)——碳八分離工段立式熱虹吸再沸器學(xué)院：環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)班級：高材111指導(dǎo)老師：王衛(wèi)京學(xué)生姓名：陳應(yīng)龍學(xué)號：11416025日期：2013.7.5整理為word格式整理為word格式整理為word格式目錄化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 殼程管程溫度/℃131188壓力/Mpa2.452.4蒸發(fā)量/(kg/h)72001.5物性數(shù)據(jù)1.5.1殼程水蒸汽在定性溫度200℃下的物性數(shù)據(jù)：潛熱rc=1943.5kJ/kg熱導(dǎo)率λc=0.663W/(m.k)黏度μc=0.136mPa.s密度ρc=863.0kg/m31.5.2管程流體在定性溫度144℃下的物性數(shù)據(jù)：液相潛熱rb=361.14kJ/kg液相熱導(dǎo)率λb=0.124W/(m.k)整理為word格式整理為word格式整理為word格式液相黏度μb=0.24mPa.s液相密度ρb=791kg/m3表面張力σ=0.0173N/m液相比熱容Cpb=1.6kJ/(kg.k)汽相密度ρv=5.81kg/m3汽相黏度μv=0.009mPa.s蒸汽壓曲線斜率（Δt/Δp）=0.00303m2.K/kg整理為word格式整理為word格式整理為word格式第二章工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1估算再沸器尺寸2.1.1再沸器的熱流根據(jù)任務(wù)書所給熱流量為Q=1.24×106=3.44×105wＱ＝ＷＧ×△Ｈｖ平均汽化潛熱△Ｈｖ＝361有機(jī)液體蒸發(fā)量Ｗ=Q/△Ｈｖ=260000/36.1=7200(kg/h)2.1.2計(jì)算傳熱溫度差△tm飽和水蒸氣溫度tｍ＝188操作壓力下液體沸騰溫度tｂ＝144傳熱溫差△Ｔｍ＝tｍ－tｂ＝188－144＝442.1.3假定傳熱系數(shù)K表2—1傳熱系數(shù)K值大致范圍殼程管程K/（W/(m2·K)）備注水蒸氣液體1390垂直式短管水蒸氣液體1160水平管式水蒸氣水2260-5700垂直管式整理為word格式整理為word格式整理為word格式水蒸氣有機(jī)溶液570-1140水蒸氣輕油450-1020水蒸氣重油（減壓下）140-430假定傳熱系數(shù)K值為600W/（m·K）。2.1.4計(jì)算實(shí)際傳熱面積Ap=3.44×105/(600×44)=13.03（m2）2.1.5工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）選定傳熱管長度L=5（2）傳熱管規(guī)格為φ45×3.5（3）管子排列方式：正三角形排列則總傳熱管數(shù)NT為=13.03/(3.14×0.038×0.5)=217排管構(gòu)成正六邊形的個數(shù)a、最大正六邊形內(nèi)對角線上管子數(shù)目b和再沸器殼體內(nèi)徑D可分別按下式計(jì)算。NT=3a（a+1）+1則a=8整理為word格式整理為word格式整理為word格式b=2a+1則b=17D=t（b-1）+（2-3）d0則D=32×（17-1）+2×38=588取管程進(jìn)口管直徑Di=250mm,出口管直徑Do=正三角形排列L/Ds應(yīng)合理，一般在4—6左右，不符合則應(yīng)修改。卷制殼體內(nèi)徑以600mm為基數(shù)，以100mm為進(jìn)檔級。接管尺寸，查表2.2傳熱能力核算2.2.1顯熱段傳熱系數(shù)KL1、計(jì)算循環(huán)量設(shè)傳熱管出口處氣含率xe=0.10（＜25%）=7200/（3600×0.10）=20（kg/s）2、計(jì)算顯熱段管內(nèi)傳熱膜系數(shù)αi=3.14/4×0.0382×217=0.246=20/0.246=81.3kg/（m2·整理為word格式整理為word格式整理為word格式管內(nèi)Re和Pr數(shù)：=（0.038×81.3）/0.00024=1.3×104>104=（1600×0.00024）/0.124=3.1Re>104,0.6<Pr<160,LBC/di>50３、殼程冷凝傳熱膜系數(shù)a0計(jì)算=3.44×105/(1938.2×103)=0.18（kg/s）=0.18/（3.14×0.038×217）=0.007=（4×0.007）/（0.136×10-3）=206<2100a0=1.88Re-1/3{ρ2gλc3/u2}1/3=1.88×206-1/3×{8632×9.81×0.6633/（0.136×10-3）2}1/3=15394整理為word格式整理為word格式整理為word格式污垢熱阻R—查表沸騰側(cè)R=1.76×10-4[m2·K/W]冷凝側(cè)R=5.2×10-4[m2·K/W]管壁熱阻R=4.299×10-5[m2·K/W]所以有=1/{38/(1244×20)+1.76×10-4×(25/20)+4.299×10-5×(38/22.5)+5.2×10-4+1/7989}=388W/m2·K2.2.2蒸發(fā)段傳熱系數(shù)ＫＥ設(shè)計(jì)思路：Xe<25%控制在第二區(qū)：飽和泡核沸騰和兩相對流傳熱雙機(jī)理模型：同時考慮兩相對流傳熱機(jī)理和飽和泡核沸騰傳熱機(jī)理Ke=887W/m·K整理為word格式整理為word格式整理為word格式2.2.3顯熱段及蒸發(fā)段長度2.2.4計(jì)算平均傳熱系數(shù)KC=（388×0.0935+887×0.4065）/0.5=794W/m·K2.3面積裕度核算=3.44×105/（794×44）=10m2.4循環(huán)流量的校核2.4.1計(jì)算循環(huán)推動力△PD式中整理為word格式整理為word格式整理為word格式蒸發(fā)段兩相流平均密度以出口氣含率的1/3計(jì)算。管程出口管內(nèi)兩相流密度以出口氣含率計(jì)算。整理為word格式整理為word格式整理為word格式=[0.4065×(791-239)-1.0×143]×9.81=3803Pa2.4.2循環(huán)阻力△Pf1、管程進(jìn)出口阻力△P1=20/（0.785×0.252）=408kg/（m·s）=（0.25×408）/0.00024=646000=0.01227+0.7543/6460000.38=0.0169=0.0169×29.3×3402/（2×0.25×791）=145Pa2、傳熱管顯熱段阻力△P2=20/（0.785×0.0382×217）=81kg/（m·s）=（0.038×81）/0.00024=12825整理為word格式整理為word格式整理為word格式=0.01227+0.7543/128250.38=0.0330=0.0330×0.0935×812/（2×0.25×791）=0.05Pa3、傳熱管蒸發(fā)段阻力△P3分別計(jì)算傳熱管蒸發(fā)段氣液兩相流動阻力，再以一定方式相加。（1）氣相阻力：=0.038×46.1/（0.009×10-3）=194644=0.01227+0.7543/1946440.38=0.0196=0.0196×0.4095×46.12/（0.038×2×5.8）=39Pa（2）液相阻力：=（0.038×530.9）/0.00024整理為word格式整理為word格式整理為word格式=84059=0.01227+0.7543/840590.38=0.0224=（0.0224×0.4095×530.92）/（0.038×2×791）=43Pa蒸發(fā)段阻力△P3:=（391/4+431/4）4=656Pa4、管內(nèi)動能變化產(chǎn)生阻力△P4M：動量變化引起的阻力系數(shù)=（0.038×271.1）/0.00024=429245、管程出口段阻力△P5（1）氣相阻力=20/（0.785×0.32）整理為word格式整理為word格式整理為word格式=283=0.08×283=22.64kgkg/（m·s）=（0.038×22.64）/（0.009×10-3）=95591=0.01227+0.7543/955910.38=0.022=（0.022×0.5×22.642）/（0.038×2×5.81）=13Pa（2）液相阻力=283-22.64=260.36=0.038×260.36/0.00024=41224=0.01227+0.7543/412240.38=0.0256=0.0256×2×260.362/（0.038×2×791）=58Pa管程出口段阻力△P5：=（131/4+581/4）4=472Pa整理為word格式整理為word格式整理為word格式因此，有△Pf=△P1+△P2+△P3+△P4+△P5=145+0.05+656+2441+472=3714.052.4.3循環(huán)推動力△PD與循環(huán)阻力△Pf的比值計(jì)正常工作時，兩項(xiàng)數(shù)值相等設(shè)計(jì)時，推動力應(yīng)略大于阻力（安全設(shè)計(jì)）0.023上述比值太大，則應(yīng)降低Xe上述比值太小，則應(yīng)升高Xe總結(jié)該比值在0.01~0.05之間，符合設(shè)計(jì)要求，所以設(shè)計(jì)合理在出口汽化量不變的情況下，汽化率減低，再沸器管內(nèi)循環(huán)量將增加，管內(nèi)傳熱系數(shù)增大，再沸器面積減小，再沸器熱通量增大，但一般不超過最大熱通量的７０％。對于易結(jié)垢的物系應(yīng)充分考慮污垢對傳熱的影響。考慮再沸器的操作彈性，一般在計(jì)算基礎(chǔ)上要留有１０％～２０％裕量。為保證再沸器的正常循環(huán)，出口汽化率一般在５％～４０％之間，出口管道壓降一般不超過總壓降的３０％。整理為word格式整理為word格式整理為word格式設(shè)計(jì)自我評價(jià)本次課程設(shè)計(jì)為期四天，在查找資料，與同學(xué)討論的過程中，使我受益匪淺?，F(xiàn)總結(jié)如下：首先，通過此次課程設(shè)計(jì)，使我鞏固了所學(xué)知識，進(jìn)一步理解了換熱器的結(jié)構(gòu)、計(jì)算方法以及如何選擇適合的換熱器。其次，通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加理解了理論與實(shí)踐相結(jié)合，知識與生產(chǎn)相互結(jié)合，更進(jìn)一步理解了化工原理知識體系構(gòu)架，也更加明確了化工原理在化工生產(chǎn)中的重要性。再次，本次課程設(shè)計(jì)與其他同學(xué)討論，大家通過前期的方案討論，在圖書館查閱相關(guān)資料，整理相關(guān)信息，使整個課程設(shè)計(jì)過程進(jìn)行得比較順利。在這個過程中，自己更加體會到了與人合作的重要性。最后，非常感謝老師給我們這次鍛煉的機(jī)會，能夠讓我們在本專業(yè)的學(xué)習(xí)中了解更多工程類的知識，本次的課程設(shè)計(jì)將會對我們以后的工作有很大幫助，同時也為以后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。整理為word格式整理為word格式整理為word格式附表1立式熱虹吸設(shè)計(jì)結(jié)果匯總整理為word格式整理為word格式整理為word格式殼層管程物料名稱進(jìn)口水混合蒸氣出口凝液水和水蒸氣流量（kg/h）進(jìn)口136357200出口136357200操作溫度（℃）131188氣化率xe0.021熱負(fù)荷Q（kW）344操作壓力P(MPa