化工原理課程設(shè)計(jì)列管式換熱器設(shè)計(jì)

1、列管式換熱器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者： 班級(jí)：姓名 ：學(xué)號(hào) ：日期 ： 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)成績(jī) 日期 目錄一、方案簡(jiǎn)介32、 方案設(shè)計(jì)41、 確定設(shè)計(jì)方案42、 確定物性數(shù)據(jù)43、 計(jì)算總傳熱系數(shù)44、 計(jì)算傳熱面積55、 工藝結(jié)構(gòu)尺寸56、 換熱器核算73、 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表104、 對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述115、 附圖（主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）（詳情參見(jiàn)圖紙）6、 參考文獻(xiàn)127、 主要符號(hào)說(shuō)明12附圖一、方案簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)任務(wù)是利用冷流體（水）給硝基苯降溫。利用熱傳遞過(guò)程中對(duì)流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產(chǎn)中用到的列管式換熱器.選擇換熱器時(shí),要遵循經(jīng)濟(jì),傳熱效果優(yōu),方便清洗,復(fù)合實(shí)際需要等原則。換

2、熱器分為幾大類(lèi)：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場(chǎng)合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。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)性大、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。所以首選列管式換熱器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。二、方案設(shè)計(jì)某廠在生產(chǎn)過(guò)程中，需將硝基苯液體從93冷卻到50。處理能力為1105噸/年。冷卻介質(zhì)采用自來(lái)水，入口溫度27，出口溫度37。要求換熱器的管程和殼程的壓降不大于10kPa。試設(shè)計(jì)能完成上述任務(wù)的列管式換熱器。（每年按300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行

3、）1確定設(shè)計(jì)方案 （1）選擇換熱器的類(lèi)型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度93，出口溫度50冷流體。冷流體進(jìn)口溫度27，出口溫度37。從兩流體溫度來(lái)看，估計(jì)換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會(huì)很大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。（2）流動(dòng)空間及流速的確定 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，硝基苯走殼程。另外，這樣的選擇可以使硝基苯通過(guò)殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時(shí)，在此選擇逆流。選用252.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/。 2、確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 殼程硝基苯的定性溫度為：管程流體的定性溫度為： 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的

4、有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 硝基苯在71.5下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 o=1154 kg/m3定壓比熱容 cpo=1.558kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) o=418.430.910-50.129 W/(m)粘度 o=0. Pas冷卻水在32下的物性數(shù)據(jù)： 密度 i=994.3kg/m3定壓比熱容 cpi=4.24 kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) i=0.618 W/(m)粘度 i=0. Pas 3計(jì)算總傳熱系數(shù) （1）熱流量 Wo=110510003002413889kg/hQo=Wocpoto=138891.558(93-50)=.7 kJ/h=258.5 kW（2）平均傳熱溫差 （3）冷卻水用量 （4）總傳熱系

5、數(shù)K 管程傳熱系數(shù) 殼程傳熱系數(shù) 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)o=290 W/(m2)； 污垢熱阻Rsi=0. m2/W , Rso=0. m2/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45 W/(m)4、計(jì)算傳熱面積 考慮 15的面積裕度，S=1.15S=1.1519.24=22.12m25、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速及管長(zhǎng) 選用252.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速u(mài)i=0.5m/s，選用管長(zhǎng)為3m（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 按單程管計(jì)算其流速為按單管程設(shè)計(jì)，流速過(guò)小，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。則該換熱器管程數(shù)為 (管程)傳熱管總根數(shù) N=94 (根)（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳

6、熱溫差校正系數(shù) 按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表。可得平均傳熱溫差（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 d0，則 t=1.2525=31.2532(mm)橫過(guò)管束中心線的管數(shù)得到各程之間可排列11支管，即正六邊形可排6層。則實(shí)際排管數(shù)設(shè)為102根，其中4根拉桿，則實(shí)際換熱器為98根（5）殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率0.7，則殼體內(nèi)徑為 圓整可取D400mm （6）折流板 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，則切去的圓缺高度為h0.25400100mm，故可取h100 mm。

7、取折流板間距B0.5D，則B0.3400200mm，可取B為200。 折流板數(shù) NB=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距-1=3000/200-1=14(塊)折流板圓缺面水平裝配。 （7）接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)硝基苯流速為 u1.0 m/s，則接管內(nèi)徑為 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為108 mm11mm。 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u1.5 m/s，則接管內(nèi)徑為 取76mm6.5mm無(wú)縫鋼管。6換熱器核算 （1）熱量核算 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 殼程流通截面積 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 粘度校正 管程對(duì)流傳熱系數(shù) 管程流通截面積

8、管程流體流速 普蘭特準(zhǔn)數(shù)傳熱系數(shù)K傳熱面積S該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp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)。 （2）換熱器內(nèi)流體的壓力降 管程流動(dòng)阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re10064.6，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01/200.005，查莫狄圖得i0.037 W/m， 流速u(mài)i0.414m/s，994 .3kg/m3，所以 管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。殼程壓力降流體流經(jīng)管束的阻力 流體流過(guò)折流板缺口的阻力 殼程壓力降也比較適宜。 三、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表?yè)Q熱器形式：固定管板式換熱面積（m2）:22.2工藝參數(shù)名稱(chēng)管程殼程物料名

9、稱(chēng)冷卻水硝基苯操作壓力，Pa未知未知操作溫度，27/3793/50流量，kg/h21945.313889流體密度，kg/m3994.31154流速，m/s0.4140.191傳熱量，kW258.5總傳熱系數(shù)，W/m2K347.5傳熱系數(shù)，W/（m2）2402.3866.6污垢系數(shù)，m2K/W0.0.阻力降，Pa2185.51800.8程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格252.5管數(shù)98管長(zhǎng)mm:3000管間距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距，mm200切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm400保溫層厚度，mm未知表格 1四、對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述初次接觸化工原理課程設(shè)計(jì)，還荒謬地以為是像其他課程一

10、樣是實(shí)驗(yàn)類(lèi)的，聽(tīng)課的時(shí)候也一頭霧水，根本不知道該做什么，該怎么做，無(wú)從下手，只是覺(jué)得好難。有一段時(shí)間都在觀望。所以自己設(shè)計(jì)的時(shí)候只能是根據(jù)老師提供的模板，用新的數(shù)據(jù)代替舊的數(shù)據(jù)，其他的公式完全照抄，花了一天時(shí)間，終于把計(jì)算部分完成了。裕度15，在合理范圍內(nèi)，但是，一看壓力降，徹底崩潰了，12多千帕，天啊，完全不合理。再細(xì)看模板和自己的設(shè)計(jì)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，我的設(shè)計(jì)根本是行不同，果真用這設(shè)計(jì)的話，也是謀財(cái)害命。所以我決定重新來(lái)過(guò)。這時(shí)離交作業(yè)還有三天，做出來(lái)的裕度居然一直都在50以上，重新分析計(jì)算的過(guò)程中也出現(xiàn)了幾次錯(cuò)誤，由于急于求成，算出來(lái)后的結(jié)果偏離太多，檢查才發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，

11、而且老師給的模板里面也有一些錯(cuò)誤，這樣照搬下去的一些公式就除了問(wèn)題了，只好靜下來(lái)認(rèn)真地理解和消化原有的一些公式，這樣又一次重新算過(guò)。因此，有花了一天的時(shí)間在計(jì)算上。那么接下來(lái)就是畫(huà)圖了，由于學(xué)過(guò)機(jī)械制圖，以為畫(huà)圖比較簡(jiǎn)單，5個(gè)小時(shí)左右可以完成，誰(shuí)知道，畫(huà)圖更難，這主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，沒(méi)有兼顧考慮到畫(huà)圖，因此設(shè)計(jì)出來(lái)的管數(shù)很難安排，冥思苦想了好久，換了好多方案，查了好多資料，換了多種排列方法，還是行不通。最終，只好把管數(shù)安排成易于排列的數(shù)目，才解決了這個(gè)問(wèn)題。其實(shí)，在整個(gè)過(guò)程中，雖然遇到了很多問(wèn)題，也犯了不少錯(cuò)誤，但是自己真的學(xué)到了很多東西，比如word文檔公式的運(yùn)用，比如如何使自己的設(shè)計(jì)更加合理，這就要求自己在設(shè)計(jì)前要詳細(xì)的考慮各種可能出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法，才能達(dá)到事半功倍的效果。我覺(jué)得，如何查找數(shù)據(jù)也很重要，假如自己查不到數(shù)據(jù)，接下來(lái)的工作完全沒(méi)辦法做，假如查的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，那設(shè)計(jì)出來(lái)的東西也是錯(cuò)誤的，而且很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。六、參考文獻(xiàn)化工原理，王志魁 編，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.化工設(shè)備設(shè)計(jì)，潘國(guó)呂，郭慶豐 編著，清華大學(xué)出版社，1996.化工物性算圖手冊(cè)，劉光啟等 編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.生物工程專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)，尹亮，黃儒強(qiáng) 編.石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) 化學(xué)化工工具書(shū)等.七、主要符號(hào)說(shuō)明硝基苯的定性溫度T冷卻水定性溫度t硝