化工原理課程設(shè)計(一)擴能后Claus裝置E7101換熱器

化工原理課程設(shè)計(一)擴能后Claus裝置E7101換熱器學(xué)號：08412016 4二、換熱器簡介 6 9 93.2流程安排 9 4.1工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1.2、選擇管徑及管內(nèi)流速 4.1.4、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 4.1.5、傳熱管排列 4.1.6、管心距 4.1.9折流板和支承板 4.1.10、其他主要附件 4.1.11接管 275.2計算總傳熱系數(shù) 5.2.1熱流量 5.2.2平均傳熱溫差 5.2.3計算傳熱面積 285.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸 5.3.1管徑和管內(nèi)流速 5.3.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 29 29 295.4換熱器核算 六、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 37 39十、符號說明 十一、流程及尺寸圖 (1)設(shè)計方案簡介(7)主要設(shè)備的總裝配圖(8)編寫設(shè)計說明書作為整個設(shè)計工作的常在化工廠的建設(shè)中換熱器投資比例為1122956圖4-36固定管板式換熱器管板管板封頭圖1U型管換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖遍1圖7-12浮頭式換熱器1.殼蓋2.浮頭蓋3.浮頭管板4.殼體5.傳熱管6.支持板7.折流板體進口溫度為314℃,出口溫度255℃。進口壓力為35.20KP冷流體進口溫度165℃,出口溫度224℃,進口壓力27.60KPa,出口壓力四、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計與核算4.1工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1.1、估算傳熱面積1.換熱器的熱流量換熱器的熱流量是指在確定的物流進口溫度下，使其達到規(guī)定的出口溫度，冷流體和熱流體之間的在熱損失可以忽略不計的條件下，對于無相變的物流對于有相變的單組分飽和蒸汽冷凝過程，則依冷凝量當(dāng)換熱器殼體保溫后仍與環(huán)境溫度相差較大時，則其熱(冷)損失不可忽略，在計算熱流量時，應(yīng)計入熱(冷)損失量，以保證換熱器設(shè)計的可靠2.加熱劑或冷卻劑用量加熱劑或冷卻劑的用量取決于工藝流體所需的工藝流體被加熱的情況，加熱劑所房產(chǎn)的熱量等于工藝流體所吸收的對于工藝流體被冷卻的情況，工藝流體所放出的熱流量的3%~5%。在實際設(shè)計中，有時加熱劑或冷卻劑的用量由工藝條下，其出口溫度可由式(3-4)或式(3-5)得出。3.平均傳熱溫差平均傳熱溫差是換熱器的傳熱推動力。其值不但和流體的進出口溫度有關(guān)，而且還與換熱器內(nèi)兩種流體的相對流向有關(guān)。對于列管式換熱器，常見的相對流向有三種即：并流，逆流和折流，如圖3-5對于并流和逆流，平均傳熱溫差均可用換熱器兩端流折流情況下的平均傳熱溫差可先按純逆流情況4.估算傳熱面積在估算傳熱面積時，可根據(jù)冷、熱流體的具體情況，參考換熱器傳熱熱系數(shù)的大致范圍(見表3-1)加上我一K值，利用傳熱速率方程，估算傳熱面積Ap4.1.2、選擇管徑及管內(nèi)流速若選擇較小的管徑，管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可以提高積來說可以減少殼體直徑，但管徑小，流動阻力大較，一般要求選擇流速應(yīng)使流體處于穩(wěn)定的湍流狀態(tài)，及雷諾系數(shù)大于特別對于傳熱熱阻較大的流體或易結(jié)垢流體應(yīng)選取較大流速，以利于增加換熱器應(yīng)有適當(dāng)?shù)牡墓荛L和管程數(shù)，并保證不會4.1.3、選取管長，確定管程和總管數(shù)選定了管徑和管內(nèi)流速后，可以依下列公式確定換如果按單程計算傳熱太長，則應(yīng)采用多管程管子的長度，國標(biāo)(GB151)推薦的傳熱管長度注意合理利用材料，還要使換熱器具有適宜的長徑比徑比可在4—25范圍內(nèi)，一般情況下為6—10,豎直放置的換熱器，長徑比為4—6換熱器的總傳熱管數(shù)Nr=Nn,換熱器的實際傳熱面積為4.1.4、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)選用多管程換熱器損失部分傳熱溫差，這種情況下度管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高；相同的殼徑內(nèi)可產(chǎn)生污垢的場合；但其對流傳熱系數(shù)較正三角排列時為低。正方形錯列排接和焊接兩種。通常，脹接法取t=(1.3～1.5)do,且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm,即t≥(d+6)。焊接法取t=1.25do。多管程結(jié)構(gòu)中，隔板占有管板部分面積，,隔板中心到離其最近的一4.1.7、管束的分程方法按下式對于正方形排列 列，2管程η=0.55~0.7,4管程以上η=0.45~0.65。估算出殼體內(nèi)徑后，需圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸，換熱器的公稱直徑以400mm為基數(shù)，以100mm為進級檔，必要時也可采用500mm為進級檔。4.1.9折流板和支承板安裝折流擋板的目的，是為了加大殼程流體的速度，使湍動程度加劇，以殼內(nèi)徑的10～40%,一般取20～25%,過高或過低都不利于傳熱。兩相鄰4.1.10、其他主要附件乘積pu2來確定是否設(shè)置防沖擋板。非腐蝕性和非磨蝕性物料當(dāng)4.1.11接管接管不宜采用軸向接管，如必須采用軸向接管時，應(yīng)板，以防流體分布不良或?qū)芏说那治g，接管直接4.2換熱器核算4.2.1熱流量核算列管式換熱器傳熱面積以管熱管外表面為準(zhǔn)，再次規(guī)定則有傳熱系數(shù)的求法可參見有關(guān)文獻。此處僅對常見的無相(1)殼程流體無相變傳熱對于裝有弓形折流板的列管式散熱器，殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算法有貝爾法?？硕鞣岸嘀Z霍當(dāng)量直徑de隨管子布置方式而變，分別用下列各式計算。正方形排列時雷諾數(shù)并用式(3-26)求表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(2)殼程為飽和蒸汽冷凝工業(yè)上冷凝器多采用水平管束和垂直管束;;冷凝器，且管表面液膜為層流。在該種情況下一數(shù)多大于努賽爾理論公式的計算值。德沃爾基于2.管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)若管程為流體無相變傳熱，則在通常情況下可用普朗特數(shù)Pr在0.6~160之間；特征尺寸取傳熱管內(nèi)徑di。至于目前對污垢熱阻的選取主要憑經(jīng)驗數(shù)據(jù)。選擇污垢熱阻時，應(yīng)特別慎重，尤其對易結(jié)垢的物料更是如此。因為在這種情況下，污垢熱阻往往在傳熱熱阻中占有較大的比例，其值對傳熱系數(shù)的影響很大。常見物料的污熱溫差后，則與Kc對應(yīng)的計算傳熱面積為根據(jù)Ac和A可求出該換熱器的面積裕度為保證換熱器操作的可能性，一般應(yīng)使用換熱器的面積裕度大于15%-20%。滿足此要求，則所設(shè)計的換熱器較為適合，否則應(yīng)予以調(diào)整或4.2.2傳熱管和殼體壁溫核算有些情況下，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與壁溫有關(guān)，這種情況下，計算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)需先假設(shè)壁溫，球的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)后，再核算壁溫。另外，計算熱應(yīng)力，檢驗所選換熱器的形式是否合適、是否需要加設(shè)溫度補償裝置等均需式中，φ為換熱器熱流量，W;Tm為熱流量的平均溫度，℃;Tw為熱流體側(cè)的管壁溫度，℃;tm為冷流體的平均溫度，℃;tw為冷流體側(cè)的表因此有液體平均溫度(過渡流及湍流)液體(層流階段)及氣體的平均溫度的保溫，或殼體流體近似環(huán)境溫度，則殼體壁溫可近似取殼程流體的平均4.3.3換熱器內(nèi)流體阻力計算 5.1確定物性數(shù)據(jù)殼程(熱)流體的定性溫度為管程(冷)流體的定性溫度為5.2計算總傳熱系數(shù)5.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸按單程管設(shè)計，傳熱管過程，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)取傳熱管長L=6m,(根)傳熱管總根數(shù)N,=18949×1=18949(根)t=1.25d?則各程相鄰的管心距為44mm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%,則切去則B=0.5×5530=2765mm可取B為2765mm。折流板數(shù)折流板圓缺面水平裝配。5.4換熱器核算5.4.1.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)管程流體流通截面積管程流體流速5.4.1.3污垢熱阻和管壁熱阻,取管內(nèi)側(cè)污垢熱阻R,=0..03m2·k/w碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為46w/(m·K)。所以殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為為確?？煽浚⊙h(huán)冷卻水進口溫度為15℃,出口溫度為39℃計算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中，應(yīng)該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。于是，按式4-42有傳熱管壁溫之差為△t=284.5-246=38.5℃。壁易產(chǎn)生污垢，因此，需選用浮頭式換熱器較為適宜N,=1,Np=6,F,=1.4Re=1887處于層流區(qū)λ=64/Re=0.033管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。5.4.3.2殼程阻力流體流經(jīng)管束的阻力熱流體B=0.15m,D=0.45m△P=(△P?+△P?)F,N,=(75.管程殼程流率kg/s進/出口溫度/℃定性溫度/℃密度/(kg/m3)粘度/(Pa*s)熱導(dǎo)率(W/m·k)臺數(shù)1殼程數(shù)1管子排列正四邊形3傳熱面積/m2管程數(shù)1材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[W/(m2·k)]污垢熱阻/(m2·k/W)傳熱系數(shù)/[W/(m2·K)][2]化工設(shè)備技術(shù)全書編委會.換熱器設(shè)計[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出[3]大連理工大學(xué).化工原理(上冊)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，[4]時均等.化學(xué)工程手冊(第二版，上卷)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版[5]童景山.流體的熱物理性質(zhì)中國石化出版社外徑*厚度I級換熱器Ⅱ級換熱器外徑偏差外徑偏差碳鋼不銹鋼流體類型管內(nèi)流速(m/s)管間流速(m/s)一般液體海水，河水等易結(jié)垢流體氣體水蒸氣優(yōu)質(zhì)-不含油水蒸氣劣質(zhì)-不含油處理過的鹽水有機物燃燒油焦油空氣溶劑蒸氣表4、常用金屬材料的熱導(dǎo)率/W/(m.K)料溫度/℃0碳鋼碳鋼鋁銅鉛鎳銀—圖5、對數(shù)平均溫差校正系數(shù)P光側(cè)1程，管屬3、6.9程0圖6、對數(shù)平均溫差校正系數(shù)0PT殼側(cè)1程，管偶2程成2n程，n=裝數(shù)對數(shù)平均溫差校正系數(shù)φ相對雅籍度力相對雅籍度力摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及相對粗糙度的關(guān)系十、符號說明Q…………熱流量，Wm……………………KJ/(Kg.K)Iw…………誰蒸氣冷凝熱，KJ/KgAp…………傳熱面積，m2K…………傳熱系數(shù)W/(m2.kn………單程管子數(shù)目u…………流體流速，m/sL…………管子長度，mAc…………計算傳熱面積，m2S………隔板與中心距離，mD…