換熱器課程設(shè)計

PAGEPAGE14成績化工原理課程設(shè)計設(shè)計說明書設(shè)計題目：換熱器課程設(shè)計化工原理課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計任務(wù)及操作條件某生產(chǎn)過程中，需用循環(huán)冷卻水將有機(jī)料液從102℃冷卻至40℃。已知有機(jī)料液的流量為（2.5－0.01×20）×104=23000kg/h，循環(huán)冷卻水入口溫度為30℃，出口溫度為40℃，并要求管程壓降與殼程壓降均不大于60kPa，試設(shè)計一臺列管換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。已知:定性溫度下流體物性數(shù)據(jù)物性流體密度kg/m3粘度Pa·s比熱容CPkJ/（kg·℃）導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·℃）有機(jī)化合液9860.54*10-34.190.662水9940.728*10-34.1740.626注：若采用錯流或折流流程，其平均傳熱溫度差校正系數(shù)應(yīng)大于0.8二、確定設(shè)計方案1.選擇換熱器的類型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度102℃，出口溫度40℃；冷流體進(jìn)口溫度30℃，出口溫40℃，管程壓降與殼程壓降均不大于60kPa，殼程壓降不高，因此初步確定選用固定板式換熱器。2.管程安排由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，有機(jī)化合液走殼程。三、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度立體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程的有機(jī)化合液的定性溫度為T管程流體的定性溫度為t=根據(jù)定性溫度分別查取殼程流體和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。有機(jī)化合液的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度粘度0.54*10-3Pa·s比熱容=4.19kJ/（kg·℃）導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.662W/（m·℃）循環(huán)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度粘度0.728*10-3Pa·s比熱容=4.174kJ/（kg·℃）導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.626W/（m·℃）四、估算傳熱面積1、熱流量Q==23000*4.19*（102-40）=5974940kJ/h=1659.7kw2、平均傳熱溫差先按照純逆流計算，得3、傳熱面積由于有機(jī)化合液的粘度為0.54*10-3Pa·s，假定總傳熱系數(shù)K=300W/（.℃），則傳熱面積為=194.124、冷卻水用水量=39.76kg/s=143146kg/h五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸1、管徑和管內(nèi)流速選用Φ25*20較高級冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速=1.5m/s。2、管程數(shù)和傳熱管數(shù)可依靠傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)=85按單程管計算，所需的傳熱管長度為=29m按單程管設(shè)計，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為傳熱管總根數(shù)Nt=3403、傳熱溫差校平均正及殼程數(shù)平均溫差校正系數(shù)：按單殼程，雙殼程結(jié)構(gòu)，查得溫差修正系數(shù)得平均傳熱溫差由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。4、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)采用正方形排列。取管心距t=1.25，則t=1.25*25=31.35=32mm隔板中心到離其最近一排管中心距離：S=t/2+6=32/2+6=22mm各程相鄰管的管心距為44mm。管數(shù)的分程方法，每程各有傳熱管85根。5、殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，進(jìn)行殼體內(nèi)徑估算。取管板利用率=0.75，則殼體內(nèi)徑為：D=按卷制殼體的進(jìn)級檔，可取D=800mm筒體直徑校核計算：殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或大于管板的直徑，所以管板直徑的計算可以決定殼體的內(nèi)徑，其表達(dá)式為：=t（-1）+2e因?yàn)楣茏影舱切闻帕校?取e=1.2*20=24mm所以=32*（20-1）+2*34=676mm按殼體直徑標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸進(jìn)行圓整：=800mm6、折流擋板采用圓缺形折流擋板，去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*800=200取折流板間距B=0.3D，則B=0.3*800=240mm，可取B為240mm。折流板數(shù)目N=傳熱管長/折流板間距-1=7000/240-1=277、其他附件拉桿數(shù)量與直徑選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為800mm，故其拉桿直徑為12mm最少拉桿數(shù)8。8、接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速為u=0.2m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為210mm管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流體u=1m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為230mm六、換熱器核算1、熱流量核算（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用克恩法計算當(dāng)量直徑殼程流通截面積：殼程立體流速及其雷諾數(shù)分別為普朗特數(shù)粘度校正 （2）管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)TC"（2）管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)"\fC：管程流體流通截面積： 管程流體流速： 雷諾數(shù)： 普朗特數(shù)：污垢熱阻和管壁熱阻：TC"（3）污垢熱阻和管壁熱阻"\fC管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻管壁熱按查得碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50w/(m·K)。所以（4）傳熱系數(shù)TC"（4）傳熱系數(shù)"\fC有： 傳熱面積裕度TC"（5）傳熱面積裕度"\fC：計算傳熱面積Ac： 該換熱器的實(shí)際傳熱面積為： 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)。壁溫計算因?yàn)楣鼙诤鼙。冶跓嶙韬苄?，故管壁溫度可按式計算。由于該式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別計算為0.4×40+0.6×30=34℃(102+40)/2=71℃6629w/㎡·K3046w/㎡·K傳熱管平均壁溫℃殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=71℃。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為℃。因此，需選用固定板式換熱器較為適宜。3．換熱器內(nèi)流體的流動阻力TC"換熱器內(nèi)流體的流動阻力"\fC（1）管程流體阻力TC"（1）管程流體阻力"\fC ,,由Re=40691，傳熱管對粗糙度0.01，查圖得，流速=1.5m/s,,所以：管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力：TC"（2）殼程阻力"\fC按式計算 ,,流體流經(jīng)管束的阻力 F=0.50.5×0.2419×20×(27+1)×=1335.7Pa流體流過折流板缺口的阻力,B=0.24m,D=0.8mPa總阻力1335.7+1544.8=2880.4Pa所以殼程流體的阻力適宜。3）換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果TC"（3）換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果"\fC見下表：參數(shù)管程殼程流/出口溫度/℃40/30102/40壓力/kPa<60<60物性定性溫度/℃3571密度/（kg/m3）994986定壓比熱容/[kj/（kg?K）]4.1744.19粘度/（Pa?s）0.728×0.54×熱導(dǎo)率（W/m?K）0.6240.662普朗特數(shù)4.853.42設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定板式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/㎜800臺數(shù)1管徑/㎜Φ25×2.5管心距/㎜32管長/㎜7000管子排列正三角形排列管數(shù)目/根340折流板數(shù)/個27傳熱面積/有機(jī)186.83折流板間距/㎜240管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）1.50.2表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[W/（㎡?K）]66293046.3污垢熱阻/（㎡?K/W）0.00060.0004阻力/Pa57030.752880.4熱流量/KW1659.7傳熱溫差/℃25傳熱系數(shù)/[W/（㎡?K）]400裕度/%28%七、結(jié)構(gòu)設(shè)計1、固定管板及法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計：由于換熱器的內(nèi)徑已確定，采用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑、固定定管板外徑及各結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)構(gòu)尺寸為：公稱直徑Dbcd螺栓孔數(shù)800930890798843401023362、管板與殼體的連接在固定管板式換熱器中，管板與殼體的連接均采用焊接的方法。由于管板兼作法蘭與不兼作法蘭的區(qū)別因而結(jié)構(gòu)各異，前者的結(jié)構(gòu)是在管板上開槽，殼體嵌入后進(jìn)行焊接，殼體對中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場合。3、管子與管板的連接管子與管板的連接是管殼式換熱器制造中最主要的問題。對于固定管板換熱器，除要求連接處保證良好的密封性外，還要求接合處能承受一定的軸向力，避免管子從管板中拉脫。管子與管板的連接方法主要是脹接和焊接。脹接是靠管子的變形來達(dá)到密封和壓緊的一種機(jī)械連接方法，如圖1-13所示。當(dāng)溫度升高時，材料的剛性下降，熱膨脹應(yīng)力增大，可能引起接頭的脫落或松動，發(fā)生泄露。一般認(rèn)為焊接比脹接更能保證嚴(yán)密性。對于碳鋼或低合金鋼，溫度在300℃以上，蠕變會造成脹接殘余應(yīng)力減小，一般采用焊接。焊接接口的形式見圖1-14。圖1-14（a）的結(jié)構(gòu)是常用的一種；為了減少管口處的流體阻力或避免立式換熱器在管板上方滯留的液體，可采用圖1-14（b）的結(jié)構(gòu)；為了不使小直徑管子被熔融的金屬堵住管口，則可改成圖1-14（c）的結(jié)構(gòu)；圖1-14（d）的形式適用于易產(chǎn)生熱裂紋的材料，但加工量大。脹接和焊接方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在有些情況下，如對高溫高壓換熱器，管子與管板的連接處，在操作時受到反復(fù)熱變形、熱沖擊、腐蝕與流體壓力的作用，很容易遭到破壞，僅單獨(dú)采用脹接或焊接都難以解決問題，如果采用脹焊結(jié)合的方法，不僅能提高連接處的抗疲勞性能，還可消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。目前脹焊結(jié)合的方法已得到比較廣泛的。八、對設(shè)計的評述在剛開始做課程設(shè)計時，覺得好難，沒有一點(diǎn)頭緒，不知道從哪里下手，就按照設(shè)計書上的例子一部部計算，其中很多東西都要查表，感覺很復(fù)雜，很煩！修改重算過很多次，結(jié)果一直都不怎么讓人滿意。在熟悉整個計算過程后理清了思路，發(fā)現(xiàn)計算簡單了。我想開始是由于過于盲目，沒有科學(xué)地規(guī)劃，以至于一直處在在盲目的計算、改數(shù)字、再次計算這個階段。這次化工原理課程設(shè)計給我留下了極深的印象，也讓我有很大的收獲。化工原理課程設(shè)計是旨在學(xué)生的工程設(shè)計能力，對所學(xué)知識進(jìn)行一次綜合性訓(xùn)練。這次我們對換熱器進(jìn)行了設(shè)計。將設(shè)計題目、設(shè)計內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，設(shè)計題目來源于生產(chǎn)實(shí)際，具有實(shí)際意義。課程設(shè)計與計算機(jī)使用相結(jié)合。設(shè)計中要求我們根據(jù)設(shè)計任務(wù)，用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，設(shè)計計算與CAD設(shè)計相結(jié)合，應(yīng)用CAD繪制符合工程設(shè)計制圖的要求的圖紙，在設(shè)計過程中采用AutoCAD輔助設(shè)計、繪圖。通過這次設(shè)計使我對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力、分析和解決工程實(shí)際問題能力和計算機(jī)的應(yīng)用能力等方面都得到了提高，為今后的工作做了必要的準(zhǔn)備，對我們很有幫助。九、參考書目:姚玉英.化工原理,上冊.天津:天津大學(xué)出版社,2010王國勝.化工原理課程設(shè)計.大連:大連理工大學(xué)出版社,2011基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(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)的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機(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)時內(nèi)核設(shè)計及其應(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)動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計基于雙單片機(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)的時控和計數(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)的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計基于單片機(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)的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機(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-免疫計數(shù)器自動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)計與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實(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)