換熱器課程設(shè)計(jì)

成績(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目冷卻異丙苯換熱器的設(shè)計(jì)課程名稱化工原理課程設(shè)計(jì)專業(yè)制藥工程班級(jí)xx制藥xx班學(xué)生姓名xxx學(xué)號(hào)xxxx設(shè)計(jì)地點(diǎn)xxx指導(dǎo)教師xxx設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2018年8月27日至2018年9月14日目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1一、設(shè)計(jì)條件1二、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)1.4計(jì)算P、R值7783.1.7管徑、管內(nèi)流速89999101010111111111212121213131314151518196.參考文獻(xiàn)：19202021課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目：冷卻異丙苯換熱器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)條件1、處理能力：87萬(wàn)噸/年2、設(shè)備型式：自選3、操作條件：異丙苯：入口溫度120℃，出口溫度為（學(xué)號(hào)末兩位+40）℃，操作壓力0.3MPa（絕）冷卻介質(zhì)：自來(lái)水，操作壓力0.4MPa（絕）允許壓強(qiáng)降：不大于1×105Pa每年按300天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行4.設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。換熱器的工藝計(jì)算：確定換熱器的傳熱面積。換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。主要輔助設(shè)備選型。繪制換熱器總裝配圖。二、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容1、目錄；2、設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)(任務(wù)書(shū))；3、論述換熱器總體結(jié)構(gòu)(換熱器型式、主要結(jié)構(gòu))的選擇；4、換熱器加熱過(guò)程有關(guān)計(jì)算(物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號(hào)、殼體直徑等)；5、設(shè)計(jì)結(jié)果概要(主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等)；6、主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明；在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡(jiǎn)稱為換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。35％～40％。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世。

隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型的工藝設(shè)備。在化工廠，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的10%～20%，在煉油廠約占總費(fèi)用35%～40%。換熱器在其他部門如動(dòng)力、原子能、冶金、食品、交通、環(huán)保、家電等也有著廣泛的應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)和選擇得到使用、高效的換熱器對(duì)降低設(shè)備的造價(jià)和操作費(fèi)用具有十分重要的作用。換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過(guò)熱器等。

換熱器按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，按照傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為管殼式換熱器、板面式換熱器和擴(kuò)展表面式換熱器。換熱器類型很多，性能各異，從早期發(fā)展起來(lái)的列管式換熱器到今年來(lái)不斷出現(xiàn)的新型高效換熱設(shè)備，各具特點(diǎn)。進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)，首先是根據(jù)工業(yè)要求選用適當(dāng)?shù)膿Q熱器類型，同時(shí)計(jì)算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的傳熱面積，并確定換熱器的工藝尺寸。換熱器的類型雖然很多，但計(jì)算傳熱面積所依據(jù)的傳熱基本原理相同，不同之處僅在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)采用不同的計(jì)算方法而已。列管式換熱器是目前應(yīng)用最廣泛的一種換熱設(shè)備，設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)比較完善，目前在許多國(guó)家已有系列化標(biāo)準(zhǔn)。列管式換熱器在換熱效率、緊湊型和金屬消耗量等方面不及其他新型的換熱器，但由于它有結(jié)構(gòu)牢固、適應(yīng)性大、材料范圍廣等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而在各種換熱器的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展中仍占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫度差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)分，主要有固定板式換熱器、浮頭式換熱器、填料函式換熱器和U形管式換熱器。對(duì)于列管式換熱器，一般要根據(jù)換熱器流體的腐蝕性及其他特性來(lái)選擇結(jié)構(gòu)與材料，根據(jù)材料的加工性能、流體的壓力和溫度、換熱管程與殼程的溫度差、換熱器的熱負(fù)荷、檢修清洗的要求等因素決定采用哪一類型的列管式換熱器。確定列管式換熱器以后，對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行總結(jié)說(shuō)明。由于設(shè)計(jì)者水平有限，方案中難免有不妥和錯(cuò)誤之處，希望老師給予指正。在水冷卻異丙苯換熱器設(shè)計(jì)中，由于水和異丙苯的溫差較大和便于清洗殼程污垢，采用浮頭式列管式換熱器為宜。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)為：管束可以拉出，便于清洗；管束的膨脹不受殼體的約束，因而當(dāng)兩種換熱流體的溫差相差較大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。在列管換熱器中，哪一種流體流經(jīng)管程，哪一種流經(jīng)殼程，關(guān)系到設(shè)備的使用是否合理?？紤]到冷卻水常用江河水或井水，比較臟，硬度較高，受熱后容易結(jié)垢，在管內(nèi)流體易于維持高速，可避免懸浮顆粒沉積。所以冷卻水應(yīng)該走管程。異丙苯冷物料一般走殼程，便于散熱。a．定性溫度：可取流體進(jìn)出口的平均值殼程間異丙苯定性溫度為：（℃）管程冷卻水定性溫度為：（℃）b.根據(jù)定性溫度分別取殼程和管程流體的有關(guān)物性參數(shù)。①異丙苯在96℃的有關(guān)物性參數(shù)如下：密度定壓比熱容導(dǎo)熱系數(shù)粘度②冷卻水在25℃下相關(guān)悟性參數(shù)：密度定壓比熱容導(dǎo)熱系數(shù)粘度異丙苯120℃→72℃冷卻水20℃→30℃溫差100℃42℃在這里我選取逆流的方式，則3.1.4計(jì)算P、R值平均傳熱溫度矯正由異丙苯走殼程，冷卻水走管程且異丙苯μ=0.5～1mPa·s為中有機(jī)物，查K值大致范圍表，取K=500。管程殼程總傳熱系數(shù)/[W/（m3·℃）水（流速為0.9～1.5m/s）水冷水冷水冷水鹽水有機(jī)溶劑輕有機(jī)物μ＜0.5mPa·s中有機(jī)物μ=0.5～1mPa·s重有機(jī)物μ＞1mPa·s水（流速為1m/s）水水溶液μ＜2mPa·s水溶液μ＞2mPa·s有機(jī)物μ＜0.5mPa·s有機(jī)物μ=0.5～1mPa·s有機(jī)物μ＞1mPa·s水水水水水水水水水（流速為0.9～1.5m/s）水（流速較高時(shí)）輕有機(jī)物μ＜0.5mPa·s中有機(jī)物μ=0.5～1mPa·s重有機(jī)物μ＞1mPa·s輕有機(jī)物μ＜0.5mPa·s有機(jī)溶劑μ=0.3～0.55mPa·s輕有機(jī)物μ＜0.5mPa·s中有機(jī)物μ=0.5～1mPa·s重有機(jī)物μ＞1mPa·s水蒸氣（有壓力）冷凝水蒸氣（常壓或負(fù)壓）冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝有機(jī)物蒸氣及水蒸氣冷凝重有機(jī)物蒸氣（常壓）冷凝重有機(jī)物蒸氣（負(fù)壓）冷凝飽和有機(jī)溶劑蒸氣（常壓）冷凝含飽和水蒸氣的氯氣（＜50℃）SO2冷凝NH3冷凝氟里昂冷凝582～698814～1163467～814290～698116～467233～582198～233233～465116～34958～2332326～46521745～34891163～1071582～2908582～1193291～582114～349582～1163116～34958～174582～1163174～349814～1163698～9307563.1.7管徑、管內(nèi)流速管徑選擇：選用傳熱管（碳鋼）估算管內(nèi)流速：取管內(nèi)流速單程管數(shù)管長(zhǎng)：確定管程按單程設(shè)計(jì)。確定管子排列方法：采用正三角形排列管心距：穿過(guò)中心線管數(shù)：殼體內(nèi)徑：則在6～10之內(nèi)，符合要求。折流板高度：折流板間距：板數(shù)：流通截面積流速雷諾系數(shù)普朗特?cái)?shù)傳熱系數(shù)當(dāng)量直徑：流通截面積：流速：雷諾系數(shù)：傳熱系數(shù)：普朗特?cái)?shù)：管程水污垢熱阻殼程異丙苯污垢熱阻3則對(duì)的管子有2.殼程壓降殼體平均溫度壁溫與傳熱管平均壁溫之差：3.5附件3.5.1接管異丙苯流速內(nèi)徑取水流速內(nèi)徑取3.5.2拉桿殼體直徑殼體直徑/mm拉桿直徑/mm最少拉桿數(shù)殼體直徑/mm拉桿直徑/mm最少拉桿數(shù)200～2501041100128273，400，500，600124＞12501210800，1000126查上表可得：拉桿直徑最少拉桿數(shù)6參數(shù)管程殼程流率(kg/h)進(jìn)口溫度/℃20120出口溫度/℃3072壓力/MPa物性參數(shù)定性溫度/K2596密度/（kg/m3）定壓比熱容/[kJ/（kg?℃）]粘度/（mPa?s）熱導(dǎo)率（W/m?℃）0.142640.613設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm680臺(tái)數(shù)1管徑/mm25管心距mm320管長(zhǎng)/mm4500管子排列正三角形管數(shù)/根284折流板數(shù)/個(gè)21傳熱面積/m2折流板間距mm235管程數(shù)1材質(zhì)碳鋼圓缺高度/mm150拉桿直徑及數(shù)量12mm，6接管/mm340200主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）1.2表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[W/（m2?℃）]污垢熱阻/（m2?℃/W）管壁熱阻/（m2?℃/W）45阻力/Pa熱流量/KW溫度校正系數(shù)83傳熱溫差/℃總傳熱系數(shù)ko/[W/（m2?℃）]6195.附圖5.1符號(hào)表含義及單位字母意義單位熱流體進(jìn)口溫度℃熱流體出口溫度℃冷流體進(jìn)口溫度℃冷流體出口溫度℃密度定壓比熱容粘度導(dǎo)熱系數(shù)熱流量或熱流體的質(zhì)量流量冷流體的質(zhì)量流量按逆流情況求得的對(duì)數(shù)平均溫差℃溫度校正系數(shù)平均傳熱溫差℃?zhèn)鳠崦娣e流體的流量管子內(nèi)徑管程數(shù)按單程計(jì)算的管長(zhǎng)選定的每程管長(zhǎng)換熱器的總根數(shù)殼體內(nèi)徑管心距殼程數(shù)折流板數(shù)折流板間距當(dāng)量直徑殼體流通截面積管程流通截面積殼體流體流速管程流體流速雷諾系數(shù)普朗特?cái)?shù)殼程對(duì)流傳熱系數(shù)管程對(duì)流傳熱系數(shù)冷卻水的污垢熱阻間二氯苯的污垢熱阻管壁的熱導(dǎo)率管壁的厚度管程總壓力降單程直管阻力單程局部阻力污垢校正系數(shù)殼程總壓力降流體流過(guò)管束的壓力降流體流過(guò)折流板缺口的壓力降結(jié)垢校正系數(shù)管子排列方式對(duì)壓力降的校正因數(shù)殼程流體的摩擦系數(shù)橫過(guò)管束中心線管子數(shù)5.2管子排列方式5.3換熱器裝置圖6.參考文獻(xiàn)：1.任曉光，《化工原理課程設(shè)計(jì)及指導(dǎo)》，天津大學(xué)出版社2009年1月2.王志祥，《制藥化工原理》，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年5月3.馬江權(quán)，冷一欣《化工原理課程設(shè)計(jì)（第二版）》，中國(guó)石化出版社2011年1月4.付家新，王衛(wèi)國(guó)《化工原理課程設(shè)計(jì)》化學(xué)工業(yè)出版社2010年11月5.申迎華，郝小剛，《化工原理課程設(shè)計(jì)》化學(xué)工業(yè)出版社2009年5月6.賈紹義，柴誠(chéng)敬，《化工原理課程設(shè)計(jì)（化學(xué)傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)）》，天津大學(xué)出版社，2008年5月7.王許云，王小紅，田景紅等《化工原理課程設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2012年7月7.設(shè)計(jì)結(jié)果概要及致謝7.1結(jié)果（1）估算管內(nèi)流速，在范圍內(nèi)，符合要求。（2）由計(jì)算得管長(zhǎng)，單程管長(zhǎng)，符合要求。（3）換熱器的長(zhǎng)度與殼體直徑之比（4）殼程流體流速（5）傳熱溫差校正系數(shù)（6），在1.10-1.25之間，符合要求。（7）在1.15~1.25范圍之內(nèi)，符合要求。（8）管程壓降，符合要求。（9）殼程壓降，符合要求。7.2致謝感謝校方給予我們這樣一次機(jī)會(huì)，能夠獨(dú)立地完成一個(gè)課程設(shè)計(jì)，并在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識(shí)、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，老師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。本次課