化工原理課程設(shè)計答案參考模板管殼式換熱器選型.doc

一、前言 熱交換器是進行熱交換操作的通用工藝設(shè)備,被廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)部門,尤其在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。換熱器分類方式多樣,按照其工作原理可分為:直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類,其中間壁式換熱器用量最大,據(jù)統(tǒng)計,這類換熱器占總用量的99 %。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類,其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性,在長期的操作過程中積累了豐富的經(jīng)驗,其設(shè)計資料比較齊全,在許多國家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。近年來盡管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn),但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等優(yōu)點,管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型換熱器,尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有絕對優(yōu)勢。如何確定最佳的換熱器,是換熱器優(yōu)化的問題。本說明書對指定有機物進行冷卻選擇合適的換熱器，并且合理安排操作管路以及選擇合適的離心泵作出詳細的計算說明。2、 設(shè)計任務(wù)班級： 姓名： 學(xué)號： 任課老師：選擇一個合適的換熱器，冷卻78C的某液態(tài)有機物至60C，此有機物的流量為82kg/s；（1） 合理安排操作管路；（2） 選擇一臺合適的離心泵；（3） 有機物69C的物理性質(zhì)： （4） 冷卻水：進口溫度t1=20C；（5） 操作條件：換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應(yīng)超過0.1MPa。3、 目錄一 前言.1二 設(shè)計任務(wù).2四 計算明細表.4 1 管殼式換熱器規(guī)格.4 2 離心泵的型號規(guī)格.4 3 計算數(shù)據(jù)結(jié)果記錄.5五 計算過程.6 1 選擇合適的換熱器.6 1.1 熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取.6 1.2 計算熱負荷和.6 1.3 計算溫差和估計傳熱系數(shù).6 1.4 估算換熱面積.7 1.5 計算管程壓降和給熱系數(shù).7 1.6 計算殼程壓降和給熱系數(shù).8 1.7 計算傳熱系數(shù).9 1.8 校核傳熱面積.9 2 安排管路和選擇合適的離心泵.9 2.1 管徑初選.9 2.2 壓頭計算.10六 附錄.12七 符號說明.13八 設(shè)計說明.15九 參考文獻.15四、計算結(jié)果明細表（1） 管殼式換熱器的規(guī)格公稱直徑DN/mm公稱壓力PN/MPa管程數(shù)N管子根數(shù)n中心排管數(shù)管程流通面積/m2換熱管長度L/mm管心距/mm換熱面積/m270042574270.0507450025150.8（2） 離心泵的型號規(guī)格型號轉(zhuǎn)速n/(r/min)流量揚程/m效率功率必需氣蝕量（NPSH）r/m質(zhì)量（泵/底座）/kgm3/hL/s軸功率電機功率IS150-125-250145012033.322.57110.418.53.0758/15820055.6208113.53.024066.717.57814.73.5（3）計算數(shù)據(jù)結(jié)果記錄 項目 結(jié)果單位冷卻劑出口溫度40循環(huán)水定性溫度30熱負荷3276.72kW冷卻水質(zhì)量流量39.25并流對數(shù)平均溫差35.7逆流對數(shù)平均溫差39.0估算換熱面積147.4管程流動面積0.0507管內(nèi)冷卻水流速0.78管程給熱系數(shù)3969摩擦系數(shù)0.036管程壓降12539.7Pa殼程流動面積0.134殼程有機物流速0.61當(dāng)量直徑0.0173m殼程給熱系數(shù)1315殼程壓降5483.32Pa核算傳熱系數(shù)693校核傳熱面積121.24冷卻水流量144總局部阻力系數(shù)21.64阻力損失7.5m壓頭（揚程）15.96m五、計算過程一 選擇合適的換熱器1 熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取冷卻劑：河水， 從tm10及防止水中鹽類析出為原則，選選擇出口溫度：t2=40C 循環(huán)水的定性溫度：入口溫度為，出口溫度為循環(huán)水的定性溫度為兩流體的溫差兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下物性流體溫度密度kg/m3粘度mPas比熱容kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)有機物699970.62.220.16循環(huán)水30995.70.80124.1740.61712 計算熱負荷和由熱量衡算3 計算溫差和估計傳熱系數(shù)并流時， 逆流時， 根據(jù)管程走循環(huán)水，殼程走有機物，總傳熱系數(shù)K現(xiàn)暫取：4 估算換熱面積 根據(jù)可以選擇下述標(biāo)準(zhǔn)換熱器（查附錄得）：（排列方式：正三角形）公稱直徑DN/mm公稱壓力PN/MPa管程數(shù)N管子根數(shù)n中心排管數(shù)管程流通面積/m2換熱管長度L/mm管心距/mm換熱面積/m270042574270.0507450025150.85 計算管程壓降及給熱系數(shù)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)換熱器提供的參數(shù)管程流動面積 管內(nèi)冷卻水流速 管程給熱系數(shù) 取鋼的管壁粗糙度為0.1mm，則管程壓降6 計算殼程壓降及給熱系數(shù)擋板間距B取0.9m，殼程中有機物被冷卻，取折流擋板間距 管束中心線管數(shù)殼程流動面積因管子排列為三角形，F(xiàn)=0.5，fs=1.15擋板數(shù)： 殼程壓降7 計算傳熱系數(shù)污垢熱阻和管壁熱阻 管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻取鋼管壁厚，熱導(dǎo)率8 校核傳熱面積所選換熱器：所以 選擇的換熱器符合要求。c二 安排管路和選擇合適的離心泵1 管徑初選初取水經(jīng)濟流速 由于182mm不是標(biāo)準(zhǔn)管徑，因此確定 符合經(jīng)濟流速范圍故確定：2 壓頭He在水槽液面及壓力表處列柏努利方程取，查圖得局部阻力： 底閥1個 標(biāo)準(zhǔn)90彎頭3個 球心閥1個流入換熱器流出換熱器故 換熱器壓降 根據(jù)和以及IS型離心泵系列特性曲線可以選擇型號為IS150-125-250的離心泵。六、附錄（1）物理性質(zhì)物性流體溫度密度kg/m3粘度mPas比熱容kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)有機物699970.62.220.16循環(huán)水30995.70.80124.1740.6171（2）管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 鋼管熱導(dǎo)率 七、符號說明主要符號說明符號意義計量單位A面積m2定壓比熱容d管徑mg重力加速度m/s2單位重量流體的機械能損失ml管路長度mm質(zhì)量kg虛擬壓強Pap流體壓強Papa大氣壓PaB擋板間距mT周期時間st時間st溫度u流速m/sqv體積流量m3/sqm質(zhì)量流量Kg/s絕對粗糙度mm局部阻力系數(shù)摩擦系數(shù)動力黏度密度Kg/m3He有效壓頭mD換熱器殼徑mf校正系數(shù)f0殼程流體摩擦系數(shù)K傳熱系數(shù)NT管子總數(shù)Q熱流量W或J/S給熱系數(shù)熱導(dǎo)率數(shù)群Gr格拉私霍夫數(shù)Nu努塞爾數(shù)Pr普朗特數(shù)Re雷諾數(shù)下標(biāo)g氣體的m平均w壁面的s殼程的t管程的有有機物的八、設(shè)計說明（1） 需要冷卻的有機物走殼程，冷卻劑走管程；（2） 有機物可以采取逆流的方式；（3） 換熱器說明： 1 采用光滑管 光滑管結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。缺點是它強化傳熱的性能不足。為了提高換熱器的傳熱系數(shù)，可采用結(jié)構(gòu)形式多樣化的管子，如異性管，翅片管，螺紋管等。 2 選用 的管子。 3 本設(shè)計中采用4.5米長的管子。 4 管子的排列形式：本設(shè)計中采用正三角形錯列的排列方式，而在隔板兩側(cè)采用正方形直列。 5 采用多管程，故管板中間要留有隔板的位置。 6 允許折流板的間距與管徑有關(guān)，取折流板間距B=0.9m（4） 管路布置如圖所示： （5） 管路選擇內(nèi)徑150mm的鋼管，至少使用下列零件：底閥1個；標(biāo)準(zhǔn)90彎頭3個；球心閥1個。（6） 由于計算所得有效壓