化工原理課程設(shè)計(jì)-苯加熱器設(shè)計(jì)

列管式換熱器設(shè)計(jì)說明書PAGEPAGE13太原工業(yè)學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)苯加熱器設(shè)計(jì)系：班級：姓名：學(xué)號：完成時(shí)間：年月日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)一個(gè)換熱器，將純苯液體從55℃加熱到80℃。純苯的流量為1.4×104kg/h。加熱介質(zhì)采用的是具有200kPa的水蒸氣。要求純苯液體在換熱器中的壓降不大于30kPa，試設(shè)計(jì)或選擇合適的管殼式換熱器，完成該任務(wù)。設(shè)計(jì)要求（1）換熱器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算（2）換熱器工藝流程圖（3）換熱器設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（4）設(shè)計(jì)說明目錄一、方案簡介································································4方案設(shè)計(jì)································································5確定設(shè)計(jì)方案·····························································5確定物性數(shù)據(jù)·····························································5計(jì)算總傳熱系數(shù)···························································5工藝結(jié)構(gòu)尺寸·····························································6換熱器核算·······························································7設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表··························································10設(shè)計(jì)總結(jié)····························································12參考文獻(xiàn)································································13附圖··········································································一、方案簡介1、概述換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位，由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，估換熱器的類型也是多種多樣。按用途特可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式。間壁式換熱器的特點(diǎn)是冷、熱流體被固定壁面間隔開，不想混合，通過間壁進(jìn)行熱量的交換。此類換熱器中，以列管式應(yīng)用最廣。本設(shè)計(jì)任務(wù)是利用飽和水蒸氣給純苯加熱。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。2、換熱器類型列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，主要分三大類：固定管板式、浮頭式、U型管式。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)。浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本高，消除了溫差應(yīng)力，是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。U型管式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，適用于高溫和高壓場合，但管內(nèi)清洗不易，制造困難。二、方案設(shè)計(jì)某廠在生產(chǎn)過程中，需將純苯液體從55℃冷卻到80℃。純苯的流量為1.4×104kg/h。加熱介質(zhì)采用的三具有200kPa的水蒸氣,要求純苯液體在換熱器中的壓降不大于30kPa。試設(shè)計(jì)或選擇合適管殼式換熱器。1．確定設(shè)計(jì)方案（1）選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：冷流體進(jìn)口溫度55℃，出口溫度80℃。熱流體為飽和水蒸氣，溫度恒為Ts，查表得，200kPa的飽和水蒸氣的飽和溫度為Ts=120℃該換熱器采用飽和水蒸氣冷凝放熱來加熱冷流體，管壁與殼壁溫差較大，流體壓強(qiáng)不高，初步確定選用固定管板式換熱器，考慮到管壁與殼壁溫差較大情況，因此，換熱器應(yīng)安裝膨脹節(jié)，進(jìn)行熱補(bǔ)償。（2）管程安排從流體流經(jīng)管程或殼程的選擇標(biāo)準(zhǔn)來看，純苯液體有毒，為減少向環(huán)境泄露的機(jī)會，苯宜走管程；水蒸氣較潔凈，不會污染殼程，所以飽和蒸汽宜走殼程，以便及時(shí)排除冷凝液。綜上所述，純苯液體走管程，飽和水蒸氣走殼程。2、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。管程純苯的定性溫度為：殼程流體的定性溫度為：Ts=120℃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)。（1）純苯在67.5℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度ρi=830kg/m3定壓比熱容cpi=1.86kJ/(kg·℃)熱導(dǎo)率λi=0.135W/(m·℃)粘度μi=0.00037Pa·s（2）飽和水蒸氣在120.2℃下的物性數(shù)據(jù)：密度ρ0=1.127kg/m3比汽化熱ｒ0=2.205×106J/kg熱導(dǎo)率λ0=0.686W/(m·℃)粘度μ0=0.0000133Pa·s3．計(jì)算總傳熱系數(shù)（1）熱流量QT=qm1cp1(t2-t1)=14000×1860×(80-55)/3600=668500kJ/h=1.808×105W（2）冷卻水用量qm2=QT/ｒ0=1.808×105×3600/(2.505×106)=259.880kg/h（3）平均傳熱溫差（4）初算傳熱面積由水蒸氣冷凝有機(jī)物，有機(jī)物黏度為0.00037Pa·s，查表4-7得K值大致范圍為500～1200（W/m2.K）假設(shè)K=600W/m2.K，則估算的傳熱面積為4、工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）管徑和管內(nèi)流速選用ф19×2mm較高級冷拔傳熱管(碳鋼)，因流體黏度<1，最大流速為2,4m/s，所以取管內(nèi)流速ui=0.5m/s。（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)按單管程計(jì)算，所需傳熱管長度為L=S估／（3.14d0Ns）=5.828∕（3.14×0.019×53）=1.8m現(xiàn)取傳熱管長度L=2m，則該換熱器的管程數(shù)為NP=1(管程)（3）傳熱管排列和分程方法采用正三角形排列取管心距Pt=1.25d0=1.25×19=23.75mm≈25mm隔板中心到離其最近一排管中心距離Z=Pt÷2+6=19mm（4）殼體內(nèi)徑取，按三角形排列，殼體內(nèi)徑為圓整可取D＝273mm（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＝0.25×273＝68.25mm，故可取h＝70mm。取折流板間距B＝0.5DB＝0.5×273＝136.5mm，可取B為150mm。折流板數(shù)NB=傳熱管長/折流板間距-1=2000/150-1=12.3，可取12塊。（6）接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)硝基苯流速為u＝1.5m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為60mm管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速u＝2m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為80mm5．換熱器核算（1）傳熱面積校核①殼程傳熱膜系數(shù)采用試差法估算值：a．假設(shè)=10000W/（m2·℃）,tw=ts-△t=120.2-2.86=117.34℃膜溫t=（ts+tw）/2=(120.2+117.34)/2=118.8℃水蒸氣在118.8℃時(shí)，密度ρ=944.1kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)λ0=0.686W/(m·℃)黏度μ0=0.0002402Pa·sW/（m2·℃）估算值與計(jì)算值相差較大，需再次試差。b．假設(shè)=15000W/（m2·℃）,tw=ts-△t=120.2-1.91=118.3℃膜溫t=（ts+tw）/2=(120.2+118.3)/2=119.2℃水蒸氣在119.2℃時(shí)，密度ρ=943.7kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)λ0=0.686W/(m·℃)黏度μ0=0.0002391Pa·sW/（m2·℃）估算值與計(jì)算值相差在范圍之內(nèi)，符合要求。所以殼程傳熱膜系數(shù)為14912W/（m2·℃）②管程傳熱膜系數(shù)管程流通截面積管程流體流速普朗特?cái)?shù)③污垢熱阻和管壁熱阻查附錄19得：管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻管壁厚度b=0.002m碳鋼熱導(dǎo)率為45W/(m·℃)④傳熱面積S該換熱器的實(shí)際傳熱面積S該換熱器的面積裕度為傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。（2）換熱器內(nèi)流體的壓力降①管程流動(dòng)阻力ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNpNs=1,Np=1,管子為ф19×2mm，所以Ft=1.5查表得無縫鋼管絕對粗糙度0.1～0.2mm，取ξ為0.1mmξ/d=0.1/19=0.0053由Re與ξ/d查莫狄圖得λi＝0.031W/m·℃，管程壓降在允許范圍之內(nèi)。②殼程壓力降殼程流通截面積殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普朗特?cái)?shù)流體流經(jīng)管束的阻力流體流過折流板缺口的阻力殼程壓力降也比較適宜。三、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表換熱器形式：固定管板式換熱面積（m2）:5.828工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱純苯飽和水蒸氣操作壓力，Pa未知未知進(jìn)（出）口溫度，℃55/80120.2定性溫度，℃67.5120.2流量，kg/h14000259.880流體密度，kg/m38301.127汽化熱kJ/kg—2205定壓比熱容，kJ/(kg·℃)1.86—熱導(dǎo)率，W/(m·℃)0.1350.686黏度，Pa·s3.7×10-41.33×10-5流速，m/s0.5013.559普朗特?cái)?shù)—0.036雷諾數(shù)168244524傳熱量，kW1808傳熱溫差，℃51.7總傳熱系數(shù)，W/m2·K647.45裕度，%1.17傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）95614912污垢系數(shù)，m2·K/W1.7197×10-40.8598×10-4阻力降，Pa1110.12407.56程數(shù)11推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格Ф19×2mm管數(shù)53管長m:2管間距，mm25排列方式折流板型式上下間距，mm150切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm273保溫層厚度，mm未知表格SEQ表格\*ARABIC1四、設(shè)計(jì)總結(jié)其實(shí)早在大二時(shí)，我就聽說過化工原理課程設(shè)計(jì)，那時(shí)的我看見學(xué)長學(xué)姐們厚厚的計(jì)算過程及復(fù)雜的設(shè)計(jì)圖，心中充滿了恐懼，總是在想這么難的課程設(shè)計(jì)可怎么做啊。而到現(xiàn)在，終于輪到我們來做課程設(shè)計(jì)時(shí)，我才發(fā)現(xiàn)只要知識學(xué)到手，加上耐心與恒心，虛心請教，沒有什么事干不成的。說起來很搞笑，一開始我們還以為兩周的課程設(shè)計(jì)是要在實(shí)驗(yàn)室里度過，然后寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，后來才知道原來課程設(shè)計(jì)是在老師下發(fā)任務(wù)后，根據(jù)自己計(jì)算的計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)換熱器，再畫出圖來，做一份完整的設(shè)計(jì)說明書。在明白一切以后，我們火速趕到圖書館，把能借的資料都借回來了，設(shè)計(jì)終于開始了。首先是數(shù)據(jù)計(jì)算，可以說這是課程設(shè)計(jì)第一階段的主要任務(wù)，也是關(guān)鍵所在，只有計(jì)算好了，計(jì)算準(zhǔn)確，才能繼續(xù)以后的工作，否則一切都是白搭。這就需要我們有足夠的耐心和細(xì)心來完成這項(xiàng)工作。從拿到任務(wù)到最終計(jì)算完畢，花了我將近三天時(shí)間，這期間查資料，計(jì)算，咨詢都是家常便飯，最頭疼的就是我們的殼程傳熱系數(shù)需用試差法來計(jì)算，計(jì)算非常復(fù)雜，還需要不斷嘗試，而且好不容易算出來了，后面算出的裕度又超出范圍，無奈，又要重新來過。如此反復(fù)，終于算成功了，才知道，細(xì)心與耐心真的太重要了。其次是畫圖，真是看起來容易畫起來難啊，好在以前學(xué)過工程制圖，自己又有美術(shù)功底，在畫圖上倒是沒花費(fèi)多長時(shí)間，把它當(dāng)成一種享受吧，倒不失為一種好辦法。最后是完成設(shè)計(jì)說明書，打印電子檔，天哪，這項(xiàng)工作還真不比計(jì)算容易，自己好歹也在辦公室干了那么長時(shí)間了，覺得自己對電腦還是挺熟的了，可打說明書電子檔才發(fā)現(xiàn)，事情真沒那么簡單，好多東西都沒接觸過，都是一點(diǎn)一點(diǎn)摸索出來的，做一份電子檔就花了將近一天時(shí)間，不過電腦知識倒真學(xué)了不少。為期兩周的化工原理課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，這段時(shí)間，我有過彷徨，有過無奈，有過灰心，有過喜悅，不過，我真的覺得課程設(shè)計(jì)教會了我們很多，通過對計(jì)算的完成，我知道了耐心與細(xì)心的重要性，知道了細(xì)心有時(shí)會減少很多不必要的麻煩；通過畫圖，我感受到只要把任務(wù)當(dāng)成一種享受，那任務(wù)就不會惹人反感了，反而會使人身心愉悅；通過做電子檔，我真的學(xué)到了好多電腦知識，真是實(shí)踐出真知啊?？傊?，耐心+細(xì)心+恒心=成功，這就是我對此次課程設(shè)計(jì)的最大感受，最后，感謝我們化工原理趙老師給我們不厭其煩的指導(dǎo)與教誨，讓我們能順利完成此次任務(wù)。五、參考文獻(xiàn)《化工原理第四版》，王志魁劉麗英劉偉編，化學(xué)工業(yè)出版社，2010.《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》，申迎華郝曉剛編，化學(xué)工業(yè)出版社，2009.《化工物性算圖手冊》，劉光啟等編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.《化工工程制圖》，魏崇光鄭曉梅編，化學(xué)工業(yè)出版社，1994.《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》，潘國昌郭慶豐編，清華大學(xué)出版社，1996.《典型化工設(shè)備-機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，茅曉東李建偉編，華東理工大學(xué)出版社，1995.《工程制圖》，趙大興編，高等教育出版社，2009.基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用單片機(jī)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機(jī)的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計(jì)基于MSP430單片機(jī)具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計(jì)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機(jī)控制系統(tǒng)