化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1-目錄目錄 1一、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 2（一）管殼式換熱器草圖 2（二）流程簡(jiǎn)介 21、概述 32、流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則 33、流體流速選擇 34、換熱管規(guī)格和排列方式 35、折流擋板 46、殼體有圓缺型折流擋板時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算 47、材質(zhì)的選擇 48、管程結(jié)構(gòu) 5二、工藝計(jì)算 5（一）熱量衡算 5（二）平均溫度差 6（三）估算傳熱面積 6（四）面積核算 6（五）壓力核算 9三、設(shè)計(jì)概要 9四、評(píng)述 10參考文獻(xiàn) 11設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介管殼式換熱器草圖A、管殼式（列管式）換熱器工作示意圖B、管殼式（列管式）換熱器結(jié)構(gòu)圖流程簡(jiǎn)介（工藝簡(jiǎn)介）1、概述列管式換熱器又稱管殼式換熱器，在化工生產(chǎn)中被廣泛使用。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、制造較容易，處理能力大，適應(yīng)性能，操作彈性較大，尤其在高壓高溫和大型裝置中使用更為普遍。其中，列管式換熱器又分為三類：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器和U型管式換熱器。流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則A、壓力高的流體宜走管程，以避免制造較厚的殼體。B、兩流體溫差較大時(shí)，對(duì)于固定管板式換熱器，宜將對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體走管程，以減小管壁和殼體的溫差，減小熱應(yīng)力。C、需要冷卻的的流體宜選管程，便于散熱，以減少冷卻劑用量。但溫度很高的流體，其熱能可以利用，宜選管程，以減少熱損失。D、粘度大或流量較小的流體宜走殼程，因有折流擋板的作用，在低Re下（Re>100）即可達(dá)到湍流。流體流速的選擇流體在殼程或管程中的流速增大，不僅對(duì)流傳熱系數(shù)增大，也可減少雜質(zhì)沉積或結(jié)垢，但流體阻力也相應(yīng)增大。故應(yīng)選擇適宜的流速，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。（詳細(xì)數(shù)據(jù)見《化工原理第四版》王志魁、劉麗英、劉偉等，化學(xué)工業(yè)出版社（2010））換熱管規(guī)格和排列方式對(duì)一定的傳熱面積而言，傳熱管徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。對(duì)于清潔的流體，管徑可取小些，而對(duì)于粘度較大或易結(jié)垢的流體，考慮管束的清洗方便或避免管子的堵塞，管徑可大些。折流擋板換熱器內(nèi)安裝折流擋板是為了提高殼程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)。為了獲取良好效果，折流擋板的尺寸和間距必須適當(dāng)。對(duì)于常用的圓缺形擋板，弓形切口太大或太小都會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)‘死區(qū)’，不利于傳熱，且增加流體阻力。一般切口高度與直徑之比為0.15—0.45，常見的是0.20和0.25兩種。擋板間距過(guò)小，檢修不方便，流體阻力也大；間距過(guò)大，不能保證流體垂直流過(guò)管束，使對(duì)流傳熱系數(shù)降低。一般擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.2—1.0倍，通常的擋板間距為50mm的倍數(shù)，但不小于100mm。殼體有圓缺型折流擋板時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算當(dāng)Re=2*10^3—10^6之間時(shí)，用下式計(jì)算較為簡(jiǎn)便或7、材質(zhì)的選擇列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來(lái)選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前，常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據(jù)實(shí)際需要，可以選擇使用不銹鋼材料。8、管程結(jié)構(gòu)換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列，如下圖所示。(a)正方形直列

（b）正方形錯(cuò)列

(c)三角形直列

（d）三角形錯(cuò)列

（e）同心圓排列正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗。對(duì)于多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。

管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來(lái)。管板與管子的連接可脹接或焊接。工藝計(jì)算（一）熱量衡算冷卻水用量（二）平均溫度差逆流按單殼程，偶數(shù)管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)查有關(guān)圖表，可得ψ=0.98>0.8可行所以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(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。（三）估算傳熱面積取K值為400W/(㎡.℃)計(jì)算由Q=KAΔtm得（四）面積核算為了減少熱損失和充分利用煤油的熱量，采用煤油走管程，水走殼程。取流速為u=1m/s，選用ф25mmX2.5mm傳熱管（碳鋼）其中設(shè)所需單管程數(shù)為n則按單程計(jì)算，所需傳熱管長(zhǎng)度為選用6m長(zhǎng)的管，6管程。結(jié)合以上數(shù)據(jù)初選固定管板式換熱器的主要參數(shù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D(DN)600mm管尺寸￠25mmX2.5管程數(shù)Np（N）6管長(zhǎng)l（L）6m管數(shù)n158管排列方式正方形排列中心排管數(shù)nc10管心距32mm管程流通面積Si0.0083m傳熱面積73.1m總管數(shù)為158根，每管程的管數(shù)為n=26根，管芯距t=32mm，正方形錯(cuò)列殼體內(nèi)徑D=600mm，折流擋板間距h=200mm，故折流擋板數(shù)傳熱面積管內(nèi)油的流速管程：管程對(duì)流傳熱系數(shù)殼程流通截面積水流量正方形的當(dāng)量直徑不考慮污垢熱阻，碳鋼的熱導(dǎo)率（五）壓力核算設(shè)計(jì)概要了解傳熱任務(wù)，掌握工藝特點(diǎn)與基本數(shù)據(jù)冷、熱流體的流量，進(jìn)、出口溫度，操作壓力等。冷、熱流體的公寓特點(diǎn)，如腐蝕性、懸浮物含量等。冷熱流體的物性數(shù)據(jù)。選用計(jì)算內(nèi)容和步驟計(jì)算熱負(fù)荷。計(jì)算平均溫差，先按單殼程多管程計(jì)算，如果溫度系數(shù)Ψ<0.8,應(yīng)增多殼程數(shù)。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取總傳熱系數(shù)，估算傳熱面積。確定兩流體流經(jīng)管程或殼程，選定管程流體流速；由流速和流量估算單管程的管子根數(shù)，由管子根數(shù)和估算的傳熱面積估算管子長(zhǎng)度；再由系列標(biāo)準(zhǔn)選適當(dāng)型號(hào)換熱器。分別計(jì)算管程和殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，求出總傳熱系數(shù)，并與估算時(shí)選取的總傳熱系數(shù)比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算。根據(jù)計(jì)算的總傳熱系數(shù)和平均溫度差計(jì)算傳熱面積。并與選定的換熱器傳熱面積比較，應(yīng)有10%~25%的裕量。評(píng)述經(jīng)過(guò)歷時(shí)兩天的計(jì)算，終于做完了這個(gè)看似簡(jiǎn)單的小設(shè)計(jì)。就這兩天的感受來(lái)說(shuō)，要做好這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)，需要具備以下幾點(diǎn)基本心理素質(zhì)：首先得耐得住計(jì)算過(guò)程中的枯燥乏味，只有經(jīng)得住這些，才能一心計(jì)算，心無(wú)旁騖；做設(shè)計(jì)之前，必須把相關(guān)知識(shí)扎扎實(shí)實(shí)的掌握好，否則容易不知所以，什么時(shí)候該做什么會(huì)搞不清楚；耐心選擇適合自己數(shù)據(jù)的換熱器相關(guān)參數(shù)，才能得到正確的數(shù)據(jù)；以上三點(diǎn)就是這兩天的實(shí)踐收獲總結(jié)，凡事認(rèn)認(rèn)真真才會(huì)有回報(bào)，另外，從這兩天里我還學(xué)到了課堂上不可能學(xué)到的東西，那就是我探到了這門課的深