列管式換熱器(化工原理課程設(shè)計)

化工原理課程設(shè)計題目:列管式換熱器設(shè)計班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師:2015年-2016年學(xué)年第1學(xué)期目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"設(shè)計任務(wù)書 3\o"CurrentDocument"前言 4\o"CurrentDocument"一．工藝說明及流程示意圖 5工藝流程 5\o"CurrentDocument"1.1酒精的工藝流程 5\o"CurrentDocument"冷卻流程圖 51.2.1白酒加工工藝流程 5冷卻流程 5工藝說明 6\o"CurrentDocument"流體流入空間的選擇 6出口溫度的確定（含算法程序） 6\o"CurrentDocument"流速的選擇 7\o"CurrentDocument"計算平均溫差 8\o"CurrentDocument"二．流程及方案的論證與確定 8\o"CurrentDocument"設(shè)計方案的論證 8確定設(shè)計方案及流程 8\o"CurrentDocument"選擇物料 8\o"CurrentDocument"確定兩流體的進(jìn)出口溫度 9\o"CurrentDocument"確定流程 9\o"CurrentDocument"換熱器類型的選擇 9\o"CurrentDocument"三．設(shè)計計算及說明 9\o"CurrentDocument"流體物性的確定 9\o"CurrentDocument"水的物性 9\o"CurrentDocument"1.2無水乙醇的物性 9初步確定換熱器的類型和尺寸 9\o"CurrentDocument"2.1計算兩流體的平均溫度差 9\o"CurrentDocument"2.2計算熱負(fù)荷和冷卻水流量 10\o"CurrentDocument"傳熱面積 10選擇管子尺寸 11\o"CurrentDocument"計算管子數(shù)和管長,對管子進(jìn)行排列,確定殼體直徑 11\o"CurrentDocument"根據(jù)管長和殼體直徑的比值,確定管程數(shù) 12核算壓強降 12\o"CurrentDocument"管程壓強降 12\o"CurrentDocument"殼程壓強降 12核算總傳熱面積 144?1管程對流傳熱系數(shù)aO 14\o"CurrentDocument"4.2殼程對流傳熱系數(shù)ai 14\o"CurrentDocument"污垢熱阻 15\o"CurrentDocument"4?4總傳熱系數(shù)K 15\o"CurrentDocument"傳熱面積安全系數(shù) 15\o"CurrentDocument"壁溫的計算 15\o"CurrentDocument"4.7偏轉(zhuǎn)角的計算 15\o"CurrentDocument"四．設(shè)計結(jié)果概要表 16\o"CurrentDocument"五．對設(shè)計的評價及問題的討論 17\o"CurrentDocument"對設(shè)計的評價 17\o"CurrentDocument"問題的討論 17\o"CurrentDocument"六．參考文獻(xiàn) 18七．致謝八．附錄：固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)圖、花板布置圖設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目：列管式換熱器設(shè)計。二、設(shè)計任務(wù)：將自選物料用河水冷卻或自選熱源加熱至生產(chǎn)工藝所要求的溫度三、設(shè)計條件：1?處理能力G=學(xué)生學(xué)號最后2位數(shù)X300t/d;物料2．冷卻器用河水為冷卻介質(zhì)，考慮地區(qū)可取進(jìn)口水溫度為20?30°C;加熱器用熱水或水蒸汽為熱源，條件自選。3．允許壓降：不大于105Pa；4．傳熱面積安全系數(shù)5~15%;5．每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行。四、設(shè)計要求：1.對確定的設(shè)計方案進(jìn)行簡要論述;2.物料衡算、熱量衡算;確定列管式冷卻器的主要結(jié)構(gòu)尺寸;計算阻力;選擇適宜的列管換熱器并進(jìn)行核算;用Autocad繪制列管式換熱器的結(jié)構(gòu)圖（3號圖紙）、花板布置圖（3號或4號圖紙）；7?編寫設(shè)計說明書（包括：①封面；②目錄；③設(shè)計題目（任務(wù)書）；④流程示意圖；⑤流程及方案的說明和論證；⑥設(shè)計計算及說明（包括校核）；⑦主體設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；⑧設(shè)計結(jié)果概要表；⑨對設(shè)計的評價及問題討論；⑩參考文獻(xiàn)。）備注：參考文獻(xiàn)格式：期刊格式為：作者姓名.論文題目.刊物名稱，出版年，卷號（期號）：起止頁碼專著格式為：作者姓名?專著書名?出版社名,出版年，起止頁碼例：潘繼紅等.管殼式換熱器的分析與計算.北京:科學(xué)出版社,1996,70?90之瑞,志耘.樺木科植物葉表皮的研究.植物分類學(xué)報，1991,29（2）:127?135前言酒精工業(yè)是十分重要的有機基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一,又是新興的能源工業(yè)之一。酒精在食品、醫(yī)藥、化工、燃料和國防工業(yè)等方面都有著廣泛的用途。在酒精生產(chǎn)中,水的用量很大,根據(jù)各廠的管理水平、生產(chǎn)工藝、設(shè)備選型及原料的不同,每生產(chǎn)一噸酒精用水量從幾十噸到一百多噸不等?！?】在生產(chǎn)過程中,水除了部分用于工藝配料外,大部分是用于冷卻物料,如:糖化醪的冷卻;酒母、發(fā)酵醪的冷卻;酒精蒸餾的冷凝、冷卻等,可見在酒精生產(chǎn)中使用換熱器的工序、部位很多,在設(shè)計過程中,換熱器選型和設(shè)計將對酒精廠節(jié)約用水產(chǎn)生重要的影響。乙醇是一種重要的基礎(chǔ)化工原料，用于合成乙醛、乙醚、醋酸乙酯等基本有機原料還是配制飲用酒和醫(yī)藥上的殺菌劑的原料。工業(yè)生產(chǎn)乙醇的主要原料是玉米、小麥或木薯等淀粉質(zhì)，通過催化分解為可發(fā)酵的糖類，然后發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇。燃料乙醇的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)是乙醇脫水。乙醇脫水傳統(tǒng)技術(shù)主要包括分子篩吸附工藝、環(huán)烷酸恒沸蒸餾技術(shù)比較先進(jìn)的技術(shù)包括溶鹽精餾技術(shù)和乙二醇萃取精餾技術(shù)等。乙醇的工業(yè)生產(chǎn)方法主要有兩種，即以糖類、淀粉和水解纖維素等碳水化合物為原料的發(fā)酵法和乙烯為原料的水化法。本工藝為以淀粉為原料的發(fā)酵法，經(jīng)過一系列的生產(chǎn)工藝后得到的乙醇液體溫度還接近于其沸點，且乙醇是易揮發(fā)液體。在相對高溫下不利于白酒的裝罐貯存，所以在蒸餾后冷凝和冷卻必不可少。又因為是流體的大生產(chǎn)量冷卻，故使用列管式換熱器將其進(jìn)行冷卻以達(dá)到一定的貯存溫度?；ぴ碚n程設(shè)計是化工類專業(yè)學(xué)生運用自己已學(xué)課程的知識來解決常規(guī)化工設(shè)計中的問題的一次很好地、全面地鍛煉過程。通過設(shè)計可以不斷增強學(xué)生運用綜合知識的能力,解決工程實際問題的能力和全面分析問題的能力。換熱器是進(jìn)行熱量傳遞的通用工藝設(shè)備，它在煉油、輕化工及其他一般化學(xué)工業(yè)中廣泛應(yīng)用著，例如冷卻、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等。隨著化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，各種換熱器發(fā)展很快，新型結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，以滿足各工業(yè)部門的需要。列管式換熱器是目前生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的一種傳熱設(shè)備，由于不斷的改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)也較完善。換熱器按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器傳熱量大、應(yīng)用最為廣泛。本設(shè)計選用的是間壁式換熱器中傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊、堅固傳熱效果好的列管式換熱器。列管式換熱器是化工生產(chǎn)中常用的一種換熱設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡

單，適應(yīng)性強；單位體積所具有的傳熱面積大并傳熱效果好；且種類多，型號全?！?】工藝說明及流程示意圖1?工藝流程圖1.1酒精的工藝流程酒精制造的傳統(tǒng)工藝⑶我國酒精制造的傳統(tǒng)工藝分別是釀造工藝和水合工藝。釀造工藝的主要原料是以大米、小麥、紅薯等淀粉質(zhì)，主要方法是利用稻、麥、豆及紅薯、土豆等高淀粉含量的植物對其淀粉里的酶在水溶作用下經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)化合成為葡萄糖，對葡萄糖進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成酒精。整個過程的實質(zhì)就是將原料粉碎、蒸煮、葡萄糖化和酵母發(fā)酵及蒸餾形成一個有機的整體。其具體的生產(chǎn)流程為：淀粉f調(diào)漿f蒸煮f糖化酶f糖化f發(fā)酵f酒精，產(chǎn)巨====_=_『=-■--L，產(chǎn)巨====_=_『=-■--L1.2冷卻流程圖1.2.1白酒加工工藝流程淀粉原料 粉碎 拌料蒸煮（糊化） 糖化（加糖化酶） 冷卻

發(fā)酵（加酵母菌種）一一蒸餾塔（蒸餾）——精餾塔（精餾）一—5%乙醇——淡化?過濾一一白酒1.2.2冷卻流程冷說棒進(jìn)口 - “ 熱流侔逬口冷流fi岀口熱面塔出口冷說棒進(jìn)口 - “ 熱流侔逬口冷流fi岀口熱面塔出口囹匸】0管禿式換熱器示審圖1封頭』"?隔極*?一博板「1—持根；斤一莊子：—外氓圖1乙醇冷卻示意圖2?工藝說明2.1流體流入空間的選擇固定管板式換熱器要求不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，易于清潔；腐蝕性流體宜走管程，以免殼體和管外空間的其他零件受腐蝕；根據(jù)冷熱流體的特性，本設(shè)計選擇讓酒精走殼程而讓冷河水走管程。這是因為相比而言河水更易結(jié)垢而管便于清洗，走管程有助提高流速減少水垢；而作為熱流體讓白酒走殼程能增大與管壁接觸面積，易于散熱。進(jìn)出口溫度的確定及成本計算酒精將由85°C冷卻到45°C,取冷卻河水入口溫度為25°C。對于列管換熱器的優(yōu)化設(shè)計,可以認(rèn)為目標(biāo)函數(shù)是指包括設(shè)備費用和操作費用在的總費用,其最少值就是所求。本實驗以河水為冷卻介質(zhì)，且河水的進(jìn)口溫度一定，有傳熱速率方程可知，冷卻河水的出口溫度將影響熱溫差，從而影響傳熱器的傳熱面積和投資費用，存在一個使設(shè)備費用和操作費用之和為最小的最優(yōu)冷卻河水出口溫度。換熱器年總費用和水的出口溫度有以下函數(shù)關(guān)系：lT-tTOC\o"1-5"\h\zln 1C=CK— 1^2 +3600CH -——tAFK[(T-1)-(T-1)] Uyc(t-1)2 1 1 2 pc2 1Q=G11-T2)式中G 換熱器熱介質(zhì)處理量,21X300X1000/24/2二1.313x105kg/h;Cpi 熱流體介質(zhì)比熱容,2.784kJ/(kg?C);T「T2 熱流體的進(jìn)出口溫度,°C。CA----換熱器單位傳熱面積的投資費用，4200元/m2Q 換熱器的熱負(fù)荷，1.46x107kJ/h=4.01x106WCu----單位質(zhì)量冷卻水費用，0.4元/kgKf 換熱器的年折舊率，設(shè)使用年限為10年，則Kf=0.1Hy 年工作小時24x330=7920h根據(jù)流體物性確定總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值290?698w/(m2?C),并結(jié)合本工藝實際可取K=450w/(m2?°C)。把T=85°C,T2=45°C,t1=25°C代入，結(jié)合工藝實際計算可得：優(yōu)化后的河水的出口溫度為35C所以，無水乙醇的進(jìn)出口溫度分別為850C、45°C;河水的進(jìn)出口溫度分別是250C、35°C。源程序如下:#include<math.h>main(){intQ,t2,tm,km;longdoublea,b,c,d,e,f,g,h,total=1000000000000000;for(t2=25;t2<=35;t2++){a=(longdouble)t2;b=15/(90-a);c=log(b);d=a-75;e=4200*0.1*1221000*c/(1100*d); /*換熱器的年固定費用*/f=3600*0.4*24*330*1221000/(4187*(a-20));/*換熱器的操作費用*/g=e+f;/*換熱器的年總費用*/if(g<total){total=g;tm=t2;}/*比較各個總費用之間大小*/}printf("goodoneis%d%d",tm,km);

流速的選擇換熱器的流速增加，傳熱膜系數(shù)增大，同時亦減小了污垢在管子表面沉積的可能性降低了垢層阻力，從而使總傳熱系數(shù)提高，所需傳熱面積減少，設(shè)備投資費減少。但隨著流速的增加，流動阻力也相應(yīng)增加，動力消耗增大，使操作費用增加。因此，選擇適宜的流速是十分重要的。經(jīng)查閱相關(guān)資料，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)核算，可設(shè)定河水在管的流速為0.6m/s。計算平均溫差按逆流計算時的平均溫度差為無水乙醇 85°C4―?河水35C25C △t（85-35）（45-25）At1=85-35=50CAt2=45-25=20CAt'At'—=50:12。=32.74m1AtIni

At2ln5020二、流程及方案的論證與確定1.設(shè)計方案的論證計算熱負(fù)荷；按純逆流計算平均傳熱溫差，然后按單殼程多管程計算溫度校正，如果溫差校正系數(shù)小于0.8，應(yīng)增加殼程數(shù)；選擇適當(dāng)?shù)目倐鳠嵯禂?shù)K以估算傳熱面積；計算冷卻水用量；確定兩流體流經(jīng)管程或殼程，選定管程流體速度，由流速和流量估算單程管的管子根數(shù)，由管子根數(shù)和估算的傳熱面積，估算管子長度和直徑，再由系列標(biāo)準(zhǔn)選用適當(dāng)型號換熱器。傳熱管排列和分程方法；計算殼體徑和折流板間距、折流板數(shù)；計算殼程流體傳熱膜系數(shù)；計算管程流體流速，若結(jié)果與前面設(shè)定的流速不接近，則要從頭在設(shè)定一個速度，再開始算過，直到兩者相互接近；計算管傳熱膜系數(shù)；確定污垢熱阻，計算總傳熱系數(shù)，如果相差較多，應(yīng)重新估算；壁溫核算，結(jié)果如果大于50°C,要設(shè)置溫差補償裝置；如果超過105Pa,則要從頭開始再設(shè)數(shù)據(jù)算，直到結(jié)果不大于105Pa為止。計算殼程接管徑，選取殼程流體進(jìn)出口接管規(guī)格；計算管程接管徑，選取管程流體進(jìn)出口接管規(guī)格；計算傳熱面積安全系數(shù)，必須滿足5％－15％的安全度，若不在此圍，則要再改數(shù)據(jù)再試算，直到符合要求；2.確定設(shè)計方案及流程2.1選擇物料本實驗選擇無水乙醇作為熱流體，選擇沒經(jīng)過處理的河水作為冷流體.2.2確定兩流體的進(jìn)出口溫度無水乙醇的進(jìn)出口溫度分別為85°C、45°C;河水的進(jìn)出口溫度分別是250°C、35°C。2?3確定流程由于無水乙醇是被冷卻的流體，黏度大，在有折流板的殼程流動時容易達(dá)到湍流，同時，為便于清洗污垢，熱流酒精應(yīng)該走殼程；河水應(yīng)走管程。2.4換熱器類型的選擇對于列管式換熱器，一般要根據(jù)換熱流體的腐蝕性及其他特性來選擇結(jié)構(gòu)與材料，根據(jù)材料的加工性能，流體的壓力與溫度，本設(shè)計的是無水乙醇由85C降溫到45°C;采用河水冷卻。再根據(jù)幾種列管式換熱器類型的比較，選固定板管式換熱器，因為其結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、重量輕、造價低廉等優(yōu)點。設(shè)計計算及說明1?流體物性的確定表1無水乙醇與選用河水的物性參數(shù)項目密度kg/m比熱容KJ/（Kg?兀）黏度Pa-S熱導(dǎo)率W/(m'C)

3無水乙醇765.72.7840.899X10-30.1696河水995.74.1740.801X10-30.6171水的物性t1=25°C,t2=35°C水的定性溫度為：Tm=(25+35)/2=30°C1.2無水乙醇的物性T1=85C,T2=45C無水乙醇的定性溫度為：Tm=(85+45)/2=65°C2．初步確定換熱器的類型和尺寸計算兩流體的平均溫度差①按逆流計算時的平均溫度差為：白酒85°C45°C ?河水35C25°C △t(85-35)C(45-25)CAt1=85-35=50°CAt2=45-25=20°C1AtIni

At2ln5020At'=A〔—At2=1AtIni

At2ln5020m②平均傳熱溫差校正系數(shù)

t-tP=I-tTt-tP=I-tT-t85-4535-2535-2585-25二4.0=0.17根據(jù)P,R值，查溫差校正系數(shù)圖，￡At二0.90>0.8，所以可選用單殼程此時△tm=￡AtAtm'=0.90x32.74=29.46°C△t,At——分別是換熱器兩端冷熱流體的溫差12計算熱負(fù)荷和冷卻水流量根據(jù)設(shè)計的要求，換熱器的處理能力設(shè)為21x300=6300t/d。因此無水乙醇的流量為：M二21x300t/d=2.625x10人5kg/hi由于這個處理量比較大，選擇用兩個換熱器并聯(lián)在一起處理所以，每一個換熱器的處理量為：2.625X10s/2=1.313x10sKg/h熱負(fù)荷：Q=McAt=131300x2.784x(85-45)=1.4622x10?kJ/hiip,iiQ——熱負(fù)荷，kJ/h；iM——熱流體的流量，kg/h;i△t——熱流體的溫度差，Cic——熱流體的比熱，kJ/kg?CoP，i河水的流量為：W=QicW=QiccAtp001.4622X1074.174x(35-25)=3.50X10fkg/h=97.22kg/sAt——冷流體的溫度差，°Coc——冷流體熱容，kJ/kg?Cp,o傳熱面積根據(jù)流體物性確定總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值290?698w/(m2?C)，并結(jié)合本工藝實際可取K=450w/(m2?C)。Q 1.4622X1010S=-Q= =306.38m2KAt 450x29.46x3600m選擇管子尺寸考慮到無水乙醇與水的黏度接近，而河水與無水乙醇相比更易在管子中結(jié)垢，故采用?25mmx2.5mm直徑的管子較合理。計算管子數(shù)和管長,對管子進(jìn)行排列,確定殼體直徑選用標(biāo)準(zhǔn)管長為匸6000mm的管子，取管流速0.6m/s單管程所需的管子數(shù)=518=518根?！猟2U4o3.14/4x0.02?！猟2U4oV——管的流體流量,m3/sd°-管徑，mu——管流速，m/s單程管束長度L為:306.38S306.38L= = =9.41mN兀d0 518x3.14x0.02s0單程管長太長故采用多程，管程數(shù)np=L/l^2管程，即設(shè)計采用雙管程以提高換熱器效率。總管數(shù)為NT=518x2=1036根殼體直徑：采用焊接法連接傳熱管和管板管心距取a=1.25d=1.25x25=31.25mm0殼體徑應(yīng)等于或大于(在浮頭式換熱器中)管板的直徑，所以，以管板直徑的計算可以決定殼體的徑。通過按下式確定殼徑。D=a(b-1)+2e式中：D—殼體徑，mm;a—管心距，mm;b—橫過管束中心線的管數(shù)，管子按正三角行排列：b=1.U--7；管子按形排列：b=1.19、^；n為換熱器的總管數(shù)；e—管束中線上最外層管中心到殼體壁的距離，一般取e二(1~1.5d)。則D=a(b-1)+2e= 31.25X(l.h;1036-1)+2xl.5x25=1150.2^1151mm查表1-4得對應(yīng)最小壁厚為14mm。根據(jù)管長和殼體直徑的比值,確定管程數(shù)根據(jù)管長和殼體直徑的比值,確定換熱器放置方式L/D=6/1.151=5.2屬于立式的4~6規(guī)定圍之間，故采用立式放置。管程數(shù)np二L/l~2程，即設(shè)計采用雙管程以提高換熱器效率。3．核算壓強降管程壓強降管程流體流通截面積兀 兀A=-d2n=-x0.022x518=0.162m20404管程流體流速Wcu=0AP00=0.60m/s995.7x0.162雷諾數(shù)Re0dupRe0dup―^-000.02x0.60x995.70.000801=14916.8YaP=(AP+AP)FNNi12tspF=1.4,N=1,N=2tspAP1、AP2——分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓力降，Pa;Ft——結(jié)垢校正系數(shù)，無因次，對于825x2.5mm管子，取為1.4。由Re=14916.8，取傳熱管相對粗糙度為0.01，查得入=0.,所以有:lPu2 6x995.7x0.6022x0.02AP=X 02=0.042x =2x0.021 2d0竺二3譽=3嚴(yán)"02=537.7Pa工AP=(225&2+537.7)x2x1.4=7828.5Pa<105Pa0殼程壓強降YAP=(AP'+AP')FNi12ssAP'——流體橫過管束的壓強降，Pa;1AP'——流體通過折流板缺口的壓強降，Pa;2Fs——殼程壓強降的結(jié)垢校正因數(shù)，無因次，取1。AP'二Ffn(N+1)1 icB 22hAP2二NB⑶5-萬)

F——管子排列方法對壓強降的校正因數(shù)，對正三角形排列F=0.5;f——殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re>500時，f=5.0Re-0.228；iiiin 橫過管束中心線的管子數(shù)；n=1.1心N=1.W1036二35.41沁36c c T折流擋板數(shù)；nb=折流擋板數(shù)；nb=h-1=0.6塊）h——折流擋板間距，m；h=0.6m其中有Ns=1，F(xiàn)s=1.15；流體流經(jīng)管束的阻力損失A=h(D—nd)=0.6x(1.151-36x0.025)=0.1511.313x1.313x105u=—i 0.32m/siA0 3600x765.7x0.151iiReidup

□'Reidup

□'i0.025x0.32x765.70.000899=6813.8>500f=5.0Re-0.228=5.0x6813.8—0.228=0.67ii'=Ffn(N+1)怛=0.5x0.67x36x(9+1)x765.7x0.322=4727.98P1icb 2 2流體流過折流板缺口的阻力損失：AP2'=NbE-琴)學(xué)=9xE-需)x =867?07Pa工AP=(AP'+AP')FN=(4727.98+867.07)x1x1=5595.05<105Pi 1 2SS a計算表明，管程和殼程的壓強降都能滿足題目要求4．核算總傳熱面積4.1管程對流傳熱系數(shù)a0當(dāng)Re=14916.8時，流體流動狀態(tài)為湍流，所以：0普蘭特數(shù)“cH 4.174x103x0.801x10-3Pr_p0亠_ 沁5.420九00.6171當(dāng)Re>10000，Pr=0.7~120，L/d=9.34/0.02=467.>60時0a=0.023你RePr0.4=0.023x0.6171x14916.80.8x5.420.4=3045W/0 d0 0 0.020管徑，m;P——熱流體黏度，Pa?S;i入——熱流體傳熱系數(shù)，w/m?ria——管傳熱膜系數(shù)，W/(m2?°C)i4.2殼程對流傳熱系數(shù)ai因為管子為正三角形排列，則當(dāng)量直徑為4(出a2-—d2) 4(込x0.03752-0.785x0.0252)d= 2 4 = 2 =0.037me —d3.14x0.025殼程流通截面積A=hD(1-a)=%x1-151x(1-冊)=02302m2殼程流體流速M 1.313X105 018/u_—i_ _0.18m/sAp 3600x765.7x0.2302i雷諾數(shù)為r_dup_0.037x0.18x765.7_56705ei *i0.000899普蘭特數(shù)C)Pr=2.784x103x0.899x10-Pr=0.1696管水被加熱，故取（叮叮014=】.05,此時W/(m2?’二036牛只?？?+1。"=°36X船X5672-50-X誨X1-05=噸5W/(m2?ew°C)污垢熱阻管外側(cè)污垢熱阻Ri=0.00014m2?K/w管側(cè)污垢熱阻R0=0.00021m2?K/wbd

九dia總傳熱系數(shù)K'bd

九diadad000.0253045x0.020+0.00021+2.5x10-3x2545x22.5+0.00014+1492.5二350.55W/(m2?oC)則K'1.25,比值在1.15?1.25圍，初步設(shè)計的換熱器合適.4.5傳熱面積安全系數(shù)理論面積：S=K'Atm4.01x106350.55x29.46=440.3m2實際面積：S'=兀dlN=3.14x0.025x6x1036=487.9m2T安全系數(shù)：S'-S 487.9-440.3F=x100%= x100%=9.75%S'487.9可見此安全系數(shù)在5%?15%圍，滿足設(shè)計要求。壁溫的計算T=0.4T+0.6T=0.4x85+0.6x45=61oCm12t=0.4t+0.6t=0.4x35+0.6x25=29<>Cm21a2=a0=3045W/(m2?°C) a1=ai=492.5W/(m2?°C)aT+at492.5x61+3045x29 “=廠t=—1_m 2m= =33.5oC所以wa+a 3045+492.512t=33.5oC<50oCw故理論上不需要設(shè)置溫差補償，但為了減少熱應(yīng)力，防止管子壓彎或管子從管板處拉脫，可考慮添加補償圈。偏轉(zhuǎn)角計算管外徑d=25mm,管心距a=31.25，查表1-3得偏轉(zhuǎn)角=7°0設(shè)計結(jié)果概要表表2物料特性及設(shè)備參數(shù)管程■±-工口冗程物料名稱無水乙醇河水流量,kg/h1.313x1053.50x1O5溫度，°C進(jìn)/出85/4525/35物定性溫度C6530密度kg/m3765.7995.7性熱容kJ/(kg°C)2.7844.174

黏度Pa?s0.899x10-30.801x10-3傳熱系數(shù)w/m?C0.16960.6171普蘭特數(shù)14.75.42類型固定管板式放置方法立式管程數(shù)2殼程數(shù)1管徑mm825x2.5管心距mm31.25管長mm6000管子排列正三角型設(shè)管數(shù)目(根)1036折流板數(shù)（個）9備傳熱面積m2487.9折流板間距mm600結(jié)殼體徑mm1151材料碳鋼構(gòu)殼體壁厚mm14偏轉(zhuǎn)角7o參數(shù)主要計算結(jié)果管程■±-工口冗程流速m/s0.600.18傳熱膜系數(shù)w/(m2?K)3045492.5污垢熱阻(m2-K)/w0.000140.00021阻力降Pa2258.2537.7傳熱量W4.01x106傳熱溫差°C29.46總傳熱系數(shù)w/m2?C350.55傳熱面積安全系數(shù)9.75%對設(shè)計的評價及問題的討論1.對設(shè)計的評價：1.本設(shè)計對冷卻水的出口溫度采用了優(yōu)化設(shè)計,使換熱器的年固定費用和操作費用之和最小。2?創(chuàng)新方面:本實驗在優(yōu)化過程中應(yīng)用了Excel和C語言編程等進(jìn)行結(jié)合計算。通過本次課程設(shè)計，使我們的獨立工作能力、設(shè)計能力、動手能力得到了極大的提高。在設(shè)計的過程中鍛煉了我們的統(tǒng)籌、創(chuàng)新、綜合運用知識的能力；在反復(fù)演算的過程中既鍛煉了我們的計算能力又鍛煉了耐性。4?本次課程設(shè)計提高了我們互相合作的精神，有誰的數(shù)據(jù)有問題找不出原因，大家都會一起研究，驗算；有誰畫圖有問題，互相指正，學(xué)習(xí)。最后要感謝老師在整個設(shè)計過程中對我們幫助和指導(dǎo)，使我們能以順利完成設(shè)計。5?本次課程設(shè)計我收獲了獨立工作能力、設(shè)計能力、動手能力，統(tǒng)籌、創(chuàng)新、綜合運用知識的能力，在反復(fù)演算的過程中鍛煉了耐性。令自己掌握如何有效查閱文獻(xiàn)資料、搜索有關(guān)數(shù)據(jù)，掌握了CAD工程制圖的技術(shù)，鞏固了自己對這門課程的認(rèn)知，正確選用公式。增加了知識面，更好地掌握應(yīng)用所學(xué)的化工知識，加強了個人動手能力與獨立思考能力，增強了對換熱器的認(rèn)識，為日后在實際生產(chǎn)中工作打下基礎(chǔ)。6?總之，化工生產(chǎn)本身是復(fù)雜的,影響因素很多。綜合平衡、全面考慮各種復(fù)雜的影響因素,是設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。要獲得這方面