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原理課程設(shè)計(jì)冷卻器的設(shè)計(jì)熱器的設(shè)計(jì))目錄一、設(shè)計(jì)任書…………….1二、工藝流程草圖及說(shuō)明….............................................5三、工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)…………….............................................61、確定設(shè)計(jì)方案……….6

選擇換熱器的類型…………………流程安排……………2、確定物性數(shù)據(jù)……….63、估算傳熱面積……….7

熱流量………………平均傳熱溫差………傳熱面積………………………4、工藝結(jié)構(gòu)尺寸……….7

管徑和管內(nèi)流速……………………7管程數(shù)和傳熱管數(shù)…………………傳熱管排列和分程方法……………殼體內(nèi)徑……………折流板………………其他附件……………接管…………………5、

換熱器核算………….9

熱流量核算…………5.1.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)……………95.1.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)……………95.1.3污垢熱阻和管壁熱阻…………95.1.4傳熱系數(shù)KC………………….105.1.5傳熱面積裕度………………..10

換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力………..115.2.1管程流體阻力………………..115.2.2課程阻力……………………..11四、輔助設(shè)備的計(jì)算和選型…………...111 換熱器入水管的規(guī)格……… 2 從河邊至工廠的管子的規(guī)格…………………123 4換熱器處離心泵2的規(guī)格……….135蓄水池、涼水塔的設(shè)計(jì)…………14五、設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)一覽表……………...15六設(shè)計(jì)評(píng)述…………...17

主要符號(hào)說(shuō)明……………………...19(換熱器的設(shè)計(jì))(一)設(shè)計(jì)題目:甲苯冷卻器的設(shè)計(jì)(二)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件:題目工廠因工藝擴(kuò)建,需設(shè)計(jì)裝置來(lái)冷卻甲苯車間的產(chǎn)品甲苯。試根據(jù)以下工藝要求設(shè)計(jì)合理的輸水工藝(管件布置和輸送機(jī)械的選擇)及合適的換熱器。有關(guān)工藝和要求如下。①該廠附近有一條小河,但夏季有2——4個(gè)月的枯水期,一直改長(zhǎng)距離②設(shè)計(jì)換熱器放置距地面7.5米相應(yīng)管件與直管總長(zhǎng)依據(jù)所測(cè)繪工藝流程圖計(jì)算水管的直管水道的直管阻力系數(shù)取0.018。設(shè)計(jì)要求:(三)設(shè)計(jì)項(xiàng)目2選擇適宜的列管換熱器并進(jìn)行核算。3畫出工藝設(shè)備圖及列管布置圖。工藝流程草圖主要說(shuō)明:由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢,為便于水垢清洗,應(yīng)使循環(huán)水走管程,甲苯走殼程。如圖,甲苯經(jīng)泵抽上來(lái),經(jīng)加熱器加熱后,再經(jīng)管道從管程。兩物質(zhì)在換熱器中進(jìn)行換熱,甲苯從70℃被冷卻至55℃之后,由接1計(jì)方案1.1選擇換熱器的類型:兩流體溫度變化情況:甲苯進(jìn)口溫度為70℃,出口溫度55℃,冷流體這一因素,估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大,因此初步確定選用浮頭式換熱器。1.2:由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢,為便于水垢清洗,應(yīng)使循環(huán)水走管程,甲2數(shù)據(jù):2.1定性溫度:可取流體進(jìn)口溫度的平均值。管程流體的定性溫度為:T

253027.5(℃)2甲苯的定性溫度為:T

705562.5(℃)2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)。甲苯在62.5℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)循環(huán)冷卻水在27.5℃下的物性數(shù)據(jù)密度

=834kg/m3

密度

=995.7kg/m3定壓比熱容導(dǎo)熱系數(shù)

cp=1.80kJ/(kg·K)λo=0.147W/(m·K)

定壓比熱容導(dǎo)熱系數(shù)

cp=4.174kJ/(kg·λi=0.6176W/(m·粘度3熱面積

μo=0.00063Pa·s

粘度

=0.000836Pa·s3.1甲苯流量Ws=21.61073202436007.81KJ/S3.2熱流量Qo=WscpΔt=28116×1.80×(70-55)/3600=210.87kJ/h=210.87(kW) tmm)=210.87103.3平均傳熱溫差

t2

3.4傳熱面積假設(shè)K=300W/(m2·K),則估算面積為:A=Q/(K×Δt

3/(30034.76)=20.22(m3.5水的冷卻量

210

i 4構(gòu)尺寸4.1管徑和管內(nèi)流速選用ф25×2.5mm較高級(jí)冷拔傳熱管(碳鋼10),取管內(nèi)流速0.75m/s4.2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)

u

d2ui

3.140.020.020.75

43(根)按單程管計(jì)算,所需的傳熱管長(zhǎng)度為:P

20

5.9≈6.0(m)所以按雙管程設(shè)計(jì)即可,=3mN=86(根)4.3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)采用正三角t=1.25×25=32(mm)u1 3.142.0后箱中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序按化工過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)書本圖3-14選取。4.4殼體內(nèi)徑采用管程結(jié)構(gòu),則殼體內(nèi)徑為D=1.05tNt0.751.0532860.75360mm按卷制殼體的進(jìn)級(jí)擋,圓整可取D=400mm。4.5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=0.25×400=100(mm)折流板數(shù)N=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距-1=3000/300-1=9(塊),折流板圓缺面水平裝配見(jiàn)化工過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)書本圖3-15。4.6其他附件應(yīng)設(shè)置防沖擋板。4.7接管 47.81834 管程流體進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)循環(huán)水流速u=1.5m/s,則接管內(nèi)徑為

410.10995.70.09(m)=90mm。3.141.55.管程流體流通截面積:管程流體流通截面積:=0.785×0.02==6.878810-4 m00.55Pr3 5.1熱流量核算5.1.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),用克恩法計(jì)算:h

.

0.14當(dāng)量直徑,由正三角排列得: 4 t2 d=2 40 殼程流通截面積:

0.03220.7850.0252)

0.0181(m)

BD(1

d

)0.20.3(1

0.0250.032

)0.02262=0.018(m2)殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為:u0= 7.81 0.41(m/s)Re=0.01810.418349824 0.00063

1.80.630.147

0.147.7;粘度校正:

0.95

0.1470.0181

98240.557.7130.95860〔W/(m2·K)〕5.1.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):

Re0.8Rr0.4i2×43=0.0135(m2)管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為:u

10.10

0.751=0.738(m/s)普朗特?cái)?shù):Pr=4.1740.8365.650.6176h=0.023×

0.61760.02

178890.85.650.43583.4〔W/(m2·K)〕5.1.3污垢熱阻和管壁熱阻查有關(guān)文獻(xiàn)知可?。汗芡鈧?cè)污垢熱阻

R=1.719710-4 m管內(nèi)側(cè)污垢熱阻

2C管壁熱阻查有關(guān)文獻(xiàn)知碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50W/(m·K)。管壁厚度b=0.0025m

0.0253583.40.020

6.878810-40.025 0.00250.02500.020 500.02

1.719710-4

860

計(jì)算傳熱面積AC:×△tm)=210870/(427×34.76)=14.207(m2)該換熱器的實(shí)際傳熱面積A:A=dlN=3.14×0.025×3×86=20.253(m2)0 5.1.5該換熱器的面積裕度為:H=A20.2531.43 傳熱面積裕度合適,該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。5.3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力5.3.1管程流體阻力計(jì)算公式如下: SpS

u2流速u=0.751m/s,ρ=995.7kg/m3,故△P=0.0430.

△P=

2

3

管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。5.3.2殼程阻力 SS其中F=1.15;N=1;△P=FfN(N+1) 0TC

阻力:

F=0.5,f=5×9824-0.228=0.61,N=1.186=10.2 TC0 流體流過(guò)折流板缺口的阻力△P(3.5-2B/D)其中B=0.3m;D=0.4m; 則總阻力: 1水管的規(guī)格由公式w

uAu d24d

47.813.140.75995.7

(見(jiàn)《化工原理》上冊(cè)天津大學(xué)出版社附錄23)2的規(guī)格由于工廠距河邊2km,較遠(yuǎn),再加上考慮地形和經(jīng)濟(jì)因素,決定初步采 ( 用地下鋪設(shè)方式。處。從河邊抽水到蓄水池中,管子管徑一般比較大,可選用管徑為從河邊至蓄水池的管路中應(yīng)設(shè)置一些管路,以達(dá)到熱補(bǔ)償?shù)淖饔?,否則管子受熱易爆裂。取河邊至工廠的管路全長(zhǎng)為2100m。為滿足工廠用水需要,取水流量Q=37360kg/h則水流速uQ管路阻力:H 1 u2 llu2 e g g 入2 d

(0.5

210012 0. =24.2m因?yàn)樵搹S與河液面海拔高度差約4--6m參考《化工原理》上冊(cè)天津大學(xué)出版社附錄24,可選型號(hào)IS80-65-160的離心泵。度:

PV(NPSH) r

,

101.331034247.42.57.4m(見(jiàn)《化工原理》上冊(cè)天津大學(xué)出版社附錄8)通常為安全起見(jiàn),離心泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)比允許安裝高度低0.5-1m壓頭損失:H

u22g

l

u22g又因換熱器離地面7.5m故所需壓頭不應(yīng)小于7.5+0.64=8.14m其參數(shù)如下:其允許安裝高度:

PV(NPSH) r

101.331031226.63.0=7.2m通常為安全起見(jiàn),離心泵的實(shí)際安裝高度比允許高度低0.5-1m5設(shè)計(jì)(1)、蓄水池設(shè)計(jì)考慮對(duì)工廠內(nèi)土地利用情況和地下水出水深度,確定修建容積為(2)涼水塔設(shè)計(jì)涼水塔可建成兩層的樓房狀,但其高度應(yīng)低于換熱器的高度。水從樓頂噴灑而下,至樓底再匯集,然后通過(guò)管道流回蓄水池。此時(shí)不用水泵,而是通過(guò)水位差使循環(huán)水達(dá)到降溫并最終流回蓄水池的目的。算結(jié)果見(jiàn)下表參數(shù) 管程 殼程/kg/s進(jìn)/出溫度/℃壓力/MPa定性溫度/℃

10.10≤0.127.5995.7

7.81≤0.167.5(kJ/

4.174

1.80/普朗特?cái)?shù)

0.0008360.61765.65

0.000630.147形式 管層式 臺(tái)數(shù)

殼體內(nèi)徑/mm管徑/mm管長(zhǎng)/mm管數(shù)目/根/m管程數(shù)

ф25×2.5300020.22

殼程數(shù)管心距/mm管子排列/間距/mm材質(zhì)

1碳鋼主要計(jì)算結(jié)果流速/(m/s污垢阻力/(w/m2·K)阻力/PaJ/S

管程35830.0006878853060.000171972788210.87裕度/% 2管道設(shè)計(jì)與離心泵設(shè)計(jì)規(guī)格設(shè)備參數(shù)型號(hào)流量m3/h揚(yáng)程m效率%軸功率kw電機(jī)效率kw

離心泵165-16029005032737.5

離心泵20-60-125290020757.5質(zhì)量(泵/底座)kg 48/66

Ф121×7mmФ121×6mmФ146×9mm蓄水池大小

7.4m7..76m5m×10m×10m本次化工課程設(shè)計(jì)是對(duì)列管式換熱器的設(shè)計(jì),通過(guò)查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料、上網(wǎng)搜索資料以及反復(fù)計(jì)算核實(shí),本列管式換熱器的設(shè)計(jì)可以說(shuō)基本完成了。下面就是對(duì)本次設(shè)計(jì)的一些評(píng)述。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,考慮這一因素,估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大,故本次設(shè)計(jì)確定選用浮頭式換熱器。易析出結(jié)晶、沉淀、淤泥及其他沉淀物的流體,最好通入比較容易進(jìn)行機(jī)械清洗的空間,而浮頭式換熱器的管束可以從殼體中抽出,便于清洗管間和管內(nèi)管束可以在殼體內(nèi)自由伸縮,不會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)力。對(duì)于浮頭式換熱器,一般易在管內(nèi)空間進(jìn)行清洗。所以選擇浮頭式換熱器較合適。本設(shè)計(jì)選擇了冷卻水走管程,煤油走殼程的方案。由于本設(shè)計(jì)所要冷卻的煤油的流量不是很大,故選擇所需的換熱器為單殼程、單管程,可以達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求,且設(shè)計(jì)

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