化工原理課程設(shè)計(jì)-列管式換熱器設(shè)計(jì)

龍少~上傳~必屬精品~一、設(shè)計(jì)題目：列管式換熱器設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1、設(shè)計(jì)任務(wù)處理能力： 17噸/小時(shí)設(shè)備型式：固定管板式換熱器2、操作條件煤油：入口溫度160°C 出口溫度60°C冷卻介質(zhì)：循環(huán)水入口溫度15C出口溫度28C(3)允許壓降：管程不大于0.1MPa殼程不大于30KPa三、設(shè)計(jì)內(nèi)容(一)、概述目前板式換熱器產(chǎn)品達(dá)到了一個(gè)成熟階段,憑借其高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢,在各行業(yè)領(lǐng)域中被頻繁使用,并被用以替換原有管殼式和翅片式換熱器,取得了很好的效果。板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)(1)換熱效率高,熱損失小在最好的工況條件下，換熱系數(shù)可以達(dá)到6000W/m2K,在一般的工況條件下，換熱系數(shù)也可以在3000?4000W/m2K左右，是管殼式換熱器的3?5倍。設(shè)備本身不存在旁路,所有通過設(shè)備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流,進(jìn)行充分的換熱。完成同一項(xiàng)換熱過程，板式換熱器的換熱面積僅為管殼式的1/3?1/4。(2)占地面積小重量輕除設(shè)備本身體積外，不需要預(yù)留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為0.6?0.8mm。同樣的換熱效果，板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。(3)污垢系數(shù)低流體在板片間劇烈翻騰形成湍流，優(yōu)秀的板片設(shè)計(jì)避免了死區(qū)的存在，使得雜質(zhì)不易在通道中沉積堵塞，保證了良好的換熱效果。(4)檢修、清洗方便換熱板片通過夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起，當(dāng)檢修、清洗時(shí)，僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進(jìn)行沖刷清洗。(5)產(chǎn)品適用面廣設(shè)備最高耐溫可達(dá)180°C,耐壓2.0MPa,特別適應(yīng)各種工藝過程中的加熱、冷卻、熱回收、冷凝以及單元設(shè)備食品消毒等方面，在低品位熱能回收方面,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。各類材料的換熱板片也可適應(yīng)工況對腐蝕性的要求。當(dāng)然板式換熱器也存在一定的缺點(diǎn),比如工作壓力和工作溫度不是很高,限制了其在較為復(fù)雜工況中的使用。同時(shí)由于板片通道較小,也不適宜用于雜質(zhì)較多,顆粒較大的介質(zhì)。板式換熱器的類型及工作原理板式換熱器按照組裝方式可以分為可拆式、焊接式、釬焊式等形式;按照換熱板片的波紋可以分為人字波、平直波、球形波等形式;按照密封墊可以分為粘結(jié)式和搭扣式。各種形式進(jìn)行組合可以滿足不同的工況需求,在使用中更有針對性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結(jié)式還是搭扣式密封墊而有所不同,采用搭扣式密封墊可以有效的避免膠水中可能含有的氯離子對板片的腐蝕,并且設(shè)備拆裝更加方便。又如焊接式板式換熱器的耐溫耐壓明顯好于可拆式板式換熱器，可以達(dá)到250C、2.5MPa。因此同樣是板式換熱器，因其形式的多樣性,可以應(yīng)用于較為廣泛的領(lǐng)域,在大多數(shù)熱交換工藝過程都可以使用。雖然板式換熱器有多種形式,但其工作原理大致相同。板式換熱器主要是通過外力將換熱板片夾緊組裝在一起,介質(zhì)通過換熱板片上的通孔在板片表面進(jìn)行流動(dòng),在板片波紋的作用下形成激烈的湍流,猶如用筷子攪動(dòng)杯中的熱水,加大了換熱的面積。冷熱介質(zhì)分別在換熱板片的兩側(cè)流動(dòng),湍流形成的大量換熱面

與板片接觸,通過板片來進(jìn)行充分的熱傳遞,達(dá)到最終的換熱效果。冷熱介質(zhì)的隔離主要通過密封墊的分割,或者通過大量的焊縫來保證,在換熱板片不開裂穿孔的情況下,冷熱介質(zhì)不會(huì)發(fā)生混淆。(二)、設(shè)計(jì)參數(shù)確定物性參數(shù)煤油的定性溫度：T二160+60二110OC2密度po=780kg/m3定壓比熱容Cpo=2.20kJ/kg°C熱導(dǎo)率入。=0.138W/m°C粘度j=0.536mPa?s0水的定性溫度：T二28+15二21.5OC2密度Pj=997.7kg/m3定壓比熱容C=4.183kJ/kg°CPi熱導(dǎo)率U0.601W/mC粘度|J=0.955mPa?si(三)、計(jì)算總傳熱系數(shù)1、熱流量Q二meAT二17000x2.20x(160-60)二3740000kJ/h=1038.8KW00p0平均傳熱溫差△tmi=(△t「△t2)/ln(△t/△t2)=(132—45)/In(132/45)式中：At式中：At=160—28=132°c1,At=60—15=45c2求得At=80.84cm2、冷卻水用量68777(kg/h)Q374000068777(kg/h)m二—二ieAt4.183x(28—15)pi3、流計(jì)算平均溫差、校正系數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)

R=160—60二7.6928-15P二28-15二0.09160-15按單殼程，偶數(shù)管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)查有關(guān)圖表，可得小=0.96平均傳熱溫差△tm=小△tm1=0.96X80.84=77.61°c4、計(jì)算傳熱面積求傳熱面積需要先知道K值，根據(jù)資料查得煤油和水之間的傳熱系數(shù)在350W/（m?.c）左右，先取K值為300W/（m?.弋）計(jì)算由Q=KA△tm得KAt10388003001038800300x77.61二44.62(m2)5、工藝結(jié)構(gòu)尺寸在決定管數(shù)和管長時(shí)，首先要選定管內(nèi)流速 7，按書中表6-1冷卻水走管程的流速為1—3.5m/s，取流速為Uj=1.7m/s，設(shè)所需單管程數(shù)為n,選用C25mmX2傳熱管（碳鋼）的內(nèi)徑為0.021m，從管內(nèi)體積流量V=n兀x0.0212x1.7x3600= =68.9m3-h-1i4 997,7計(jì)算求得n=33根按單程計(jì)算，所需傳熱管長度為L=nndsL=nnds044.623.14x0.025x33=17.2(m)選用4.5m長的管，4管程，則一臺(tái)換熱器的總管數(shù)4x36二144根。查附錄十九得相近固定管板式換熱器的主要參數(shù)初選固定管板式換熱器的主要參數(shù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D(DN)500mm管尺寸C25mmX2.5管程數(shù)Np（N）4管長l(L)4.5m官數(shù)n144管排列方式正三角形排列中心排管數(shù)nc15管心距32mm

管程流通面積Si0.0125m2傳熱面積49.7m2可對數(shù)據(jù)做如下彳核算：(1)每程的管數(shù)你n1=總管數(shù)=罟=36，管程流通面積S=(—4)(0.0212)x36二0.01246m2，與查的的0.0125m2十分接近。(2)傳熱面積A二兀dln=x0.025x4.5x144=50.9m2，比查得的數(shù)據(jù)稍0大，這是由于管長的一下部分要用于在管板上固定管子，應(yīng)以A=49.7m2為準(zhǔn)。(3)中心排管數(shù)nc=l.lyN=1.1<144=13.2，差別不大可取表中的15根。5、阻力損失計(jì)算管程管程流體流速u=68777(3600x997?7)二1.53(m/s)i 0.0125R0.021x1.53x997.7 336080.000955Re= =336080.000955摩擦系數(shù)傳熱管相對粗糙度21二。?005，查莫狄圖得入=0.。31w/血°C)管程流動(dòng)阻力ZAP二(AP+AP)FNNi12tsp上式中：N二1,N=4,F二1.4，AP=九-巴2，AP=g竺s P t 1id2 2 2由Re=33608傳熱管相對粗糙度0.1二0.005，查莫狄圖得九二0.03120iW/(m.C)，流速u二1.53(m/s),p二997.7kg/m?,所以i iAP=0.031x14.50.02AP=0.031x14.50.021.532x997.72=8145(Pa)AP23x997.7x1.5322=3503(Pa)ZAP二(8145+3503)x1x1.4x4二65230(Pa)V0.6MPai取折流板間距h=0.2m計(jì)算截面積 S二hX(D-nd)二0.2x(0.5-13x0.025)二0.035m20c0u=I"。。(36°°X780)二0.17m/s0 0.0350.025x0.35x780Reo= 二61850.000536Reo>500摩擦系數(shù)f=5.0xR-0.228=5.0x6185-0.228=0.680 e0折流擋板數(shù) N=--1二22Bh殼程阻力損失ZAP二(AP'+AP')FN012ts流經(jīng)管束的阻力AP'1=Ffn(N0cB+1)nc=13，Nb=22'u0二0.17m/sF=°.5故AP'=0.5x0.68x13x(22+1)x780x0.172=1146(Pa)12流體流經(jīng)折流板口的阻力APAP2=NB(3?5-萬)pu20上式中：h=0.2m,D=0.5mAP'2=22AP'2=22x(3.5-2x0.20.5780x0.1722=669Pa)總阻力ZAP二(1146+669)x1.15二2089 (Pa)0總的阻力損失大于10KPa小于設(shè)計(jì)壓力30KPa，壓力降合適6、傳熱計(jì)算(1)管程給熱系數(shù)a。以上已算出Re=33608i計(jì)算Pr==6.9254.183x計(jì)算Pr==6.9250.601Nu二0.023x336080.8x6.9250.3二171.8

九a=Nu(—)=171.8xi i九a=Nu(—)=171.8xi idi0.601=5240W-m-2-K-10.02九(2)殼程a=0.36一ReodE10.55Pr3()0.14P

wReo=6185普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=2.2X103X0?0005360.138=8.545粘度校正01380=0.36X碩X6185055X&5453=494W/(m心)傳熱系數(shù)KK=dd10+R0+R+—adiisidiso11494152Z0.02+0?000210X52Z0.02+0?000210X0.020=317.5W/( .c)傳熱面積A3740000A丄KAtm與換熱器列出的面積A=49.7比較，有傳熱面積的核算看，原選的換熱器經(jīng)過改動(dòng)后，317.5x77.61x3.6-42.2"曲)17.9%的裕度。從阻力損失和可以適用。四）換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器型式：固定管板式換熱器面積（mJ：49.7工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水油操作壓力，MPa0.10.03操作溫度，。C15/2860/160流量，kg/h6877717000流體密度，kg/m3997.7780流速，m/s1.530.17傳熱量，kw1038.8總傳熱系數(shù)，w/m?k317.5對流傳熱系數(shù)，w/m?k5240494污垢系數(shù)，m?k/w0.000210.00018阻力將，Pa6523012841程數(shù)41使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格①252管數(shù)144管長，mm 4500管間距，mm32排列方式正三角形折流擋板型式上下間距，mm200切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm500保溫層厚度，mm項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D(DN)500mm管尺寸C25mmX2管程數(shù)Np(N)4管長l(L)4.5m官數(shù)n144管排列方式正三角形排列中心排管數(shù)nc13管心距32mm管程流通面積Si0.0125m2傳熱面積49.7m2結(jié)束語化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)個(gè)人綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練，也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。在換熱器的設(shè)計(jì)過程中,我感覺我的理論運(yùn)用于實(shí)際的能力得到了提升，主要有以下幾點(diǎn)：（1）掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)（包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集）的能力；（2）樹立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問題的能力；（3）培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力；（4）學(xué)會(huì)了用簡潔的文字，清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。從設(shè)計(jì)結(jié)果可看出，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