化工原理課程設(shè)計(2)

1、Z飛譜阮usiness University化工原理課程設(shè)計*正戊烷換熱器的設(shè)計學(xué)生姓名：陳樊學(xué)號：1004011115專業(yè)：生物工程班級：10411成績：指導(dǎo)教師：廖慶玲柯斌清設(shè)計時間：2012年4月27日至2012年5月31日化學(xué)與生物工程學(xué)院化工原理設(shè)計任務(wù)書班級：2009級 姓名：陳樊 日期：2012年4月27日-2012 年5月31日一、設(shè)計任務(wù)書某廠用井水將正戊烷飽和蒸汽冷凝（冷凝溫度51.7 C）,井水進(jìn)口溫度28C,井水流量為70000kg/h，正戊烷年處理能力為25500t/a。 要求冷凝器允許壓降不大于 500000Pa;試設(shè)計一臺管殼式立式液體 冷凝器完成該生產(chǎn)任務(wù)。每年

2、按 330天計算，每天按24h連續(xù)運行。二、設(shè)計要求1、標(biāo)題頁2、目錄3、確定設(shè)計方案4、傳熱面積計算5、工藝結(jié)構(gòu)尺寸計算6、換熱器校核7、換熱器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計結(jié)果一覽表& 換熱器工藝條件圖9、自設(shè)計使用該換熱器的工藝流程圖10、設(shè)計評述11、參考文獻(xiàn)目錄一、設(shè)計題目 4二、設(shè)計條件 4三、設(shè)計內(nèi)容 43.1概述 43.2換熱器的分類 43.3換熱設(shè)備設(shè)計步驟 4四、設(shè)計說明 64.1選擇換熱器的類型 64.2流動空間的確定 6五、傳熱過程工藝計算 55.1計算液體的定性溫度，確定流體的物性數(shù)據(jù) 55.1.1正戊烷流體在定性溫度（51.7 C）下的物性數(shù)據(jù) 55.1.2井水的定性溫度 55

3、.2估算傳熱面積 65.2.1換熱器熱負(fù)荷計算 65.2.2平均傳熱溫差 65.2.3估算傳熱面積 65.2.4初選換熱器規(guī)格 65.2.5立式固定管板式換熱器的規(guī)格 75.2.6計算面積裕度H及該換熱器所要求的總傳熱系數(shù) Ko . 95.2.7折流板 8528換熱器核算 85.3核算壁溫與冷凝液流型 95.3.1核算壁溫 95.3.2核算流型 125.4計算接口直徑 125.4.1計算殼程接口直徑 125.5計算管程接口直徑 105.6計算壓強降 105.6.1計算管程壓降 105.6.2計算殼程壓降 11六、設(shè)計結(jié)果 13八、化工課程設(shè)計心得 14七、參考文獻(xiàn) 15一、設(shè)計題目正戊烷換熱器

4、的設(shè)計二、設(shè)計條件1、處理能力：25500t/a正戊烷2、設(shè)備形式：管殼式立式液體冷凝器3、操作條件：1）正戊烷飽：冷凝溫度 51.7 C ;液體于飽和溫度下離開冷凝器 51.7 C2）冷卻水介質(zhì)：井水，入口溫度 28C ;流量為70000kg/h3）允許壓降：不大于 500000Pa4）每年按330天計算，每天按24h連續(xù)運行三、設(shè)計內(nèi)容3.1概述換熱器在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。在煉油廠中，原油常 減壓蒸餾裝置中換熱器的投資占總投資的20%在化工廠中，換熱器約占總投資的11%以上。由于在工業(yè)生產(chǎn)中所用換熱器的目的和要求 不同，所以換熱器的種類也多種多樣。列管式換熱器在石油化工生產(chǎn) 中應(yīng)

5、用最為廣泛，而且技術(shù)上比較成熟。3.2換熱器的分類1）混合式換熱器：冷、熱流體直接接觸和混合進(jìn)行換熱。這類換 熱器結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，常做成塔狀。2）熱式換熱器：冷、熱流體交替通過格子磚或填料等蓄熱體以實 現(xiàn)換熱，這類換熱器由于少量流體相互摻和，易造成流體間的“污染”。3）壁式換熱器：冷、熱流體通過將它們隔開的固體壁面進(jìn)行傳熱， 這是工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的一類換熱器。3.3換熱設(shè)備設(shè)計步驟1）據(jù)任務(wù)的要求，確定設(shè)計方案；2）行工藝計算；3）擇適宜的結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計；4) 行流體阻力核算；5) 制流程圖及設(shè)備圖紙，寫說明書。四、設(shè)計說明4.1選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體正戊烷溫

6、度51.7 C:冷流體井水入 口溫度32C，出口溫度 經(jīng)計算為35.57 C，估計該換熱器的管壁溫 和殼體壁溫相差不大。因此初步確定選用固定管殼式換熱器。4.2流動空間的確定熱流體正戊烷需提高流速以增大傳熱膜面積，而井水粘度較大， 走殼程易增大其湍動，則井水走管程，正戊烷走殼程。五、傳熱過程工藝計算5.1計算液體的定性溫度，確定流體的物性數(shù)據(jù)5.1.1正戊烷流體在定性溫度(51.7 C )下的物性數(shù)據(jù)密度：P。=598 kg / m3定壓比熱容：Cpo =2.34 kJ /(kg C)黏度：-o =1.8 10 pa s 導(dǎo)熱系數(shù)： o =0.13 w / (m C)5.1.2井水的定性溫度入

7、口溫度：1=28=；出口溫度：t2 =31.83 C (經(jīng)過試差法得到此數(shù)據(jù)，詳見草稿本)；井水的定性溫度為：二28 31.83 /2 = 29.915 C ；兩流體的溫差：Tm -tm =51.7 -29.915 =20.085 C ：: 50 C ,故選固定管殼式換熱器。當(dāng)水在定性溫度(29.915 C )下的物性數(shù)據(jù)：密度：&二 995.7 kg / m定壓比熱容：Cpo =4.174 kJ / (kg C)黏度：=0.802710 - pa s導(dǎo)熱系數(shù)：0 =0.6178 w /(m oC)兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下:表5-1定性溫度下的物性數(shù)據(jù)物性溫度c密度kg/m3比熱容粘度

8、mPa-skJ/(kg -c)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m-C )正戊烷51.75960.182.340.13井水29.915995.70.80274.1740.6175.2估算傳熱面積 521換熱器熱負(fù)荷計算質(zhì)量流量：32550010ms13219.697kg/h= 0.8943603kg/s；330 x 24熱負(fù)荷：Q 二 ms1r =0.8943603347.5044= 310.7941kW5.2.2平均傳熱溫差(51.7 29.915 )(51.7 28 )%十 ln_ 51.7-29.915/ 51.7 -28= 215.2.3估算傳熱面積假設(shè)總傳熱膜系數(shù):310794.122則：Ap26 m；

9、故：A= 261.1 = 28.6 mk .；tm55021.7295.2.4初選換熱器規(guī)格選擇固定管板換熱器：管程數(shù)Np：1管長L:3m管子直徑：25mm 12501210800, 10001265.2.5立式固定管板式換熱器的規(guī)格殼體內(nèi)徑D:500mm管程數(shù)Np：1管長L:3m管子直徑：25mnX 2.5 mm（碳素鋼管）管中心距：32mm管子根數(shù)N:143根拉桿數(shù)：6根管子排列方法：正三角形排列；5.2.6計算面積裕度H及該換熱器所要求的總傳熱系數(shù) K0換熱器的實際換熱面積：2A0 =Nt 二d0 L -0.1 =143 ： : 2000；j“0.0008027普朗常數(shù)：3_3CpiB4

10、.174 漢10 X 0.8027 心0Pri5.43入0.617:i = 0.023Re0.8 Pr0.4 =0.023 0617 工 r0.8 5.43.4 = 2351.68W/(m2 C) dj0.02 程傳熱膜系數(shù)：o核算:因為立式管殼式換熱器，殼程為正戊烷飽和蒸汽冷凝為飽和液體后離開換熱器，故可按蒸汽在垂直管外冷凝的計算公式計算a。1/4小3、g P扎r現(xiàn)假設(shè)管外壁溫tw =40 C，則冷凝液膜的平均溫度為：0.5 ts - tw = 0.5 51 .740 = 45.85 C , 這與其飽：o =1.13wkmt和溫度很接近，故在平均膜溫45.85 C下的物性可沿用飽和溫度 51

11、.7 C 下的數(shù)據(jù)在層流下：二。=1.13、一 KitgP2 扎3r.1/4233 19.81596 X0.13 X347.5 漢 10=13 3、0.18 乂10一X3 乂 （51.7 50 ）2=1474.36W /m11RsoKo：o_ 11474.360.0001720.0025452522.50.0002251202351.682520 定污垢熱阻Rs。=1.72 10 m2 C/W （有機液體），Rsi= 2.0 10 m 2 C/W （井水） 傳熱系數(shù)Kb dodo 1 d- Rsw dmdi: i di=0.00067830.0001720.0000620.000250.000

12、531 5= 0.0016938Ko =591W/m2 - C539.83W /m 2 C所選換熱器的安全系數(shù)為:591 -550100% =6.94%10%5915.3核算壁溫與冷凝液流型 5.3.1核算壁溫核算壁溫時，一般忽略管壁熱阻，按以下近似計算公式計算:T - twt - tw51.7 - twt w-33.351-1 -1 1RsoRsi0.000172-0.0002：o:i1474.363089tw =41.06 C，這與假設(shè)tw =40 C相差不大，在5 10C之間，可以接受。532核算流型冷凝負(fù)荷：ms10.8943603M0.08196 kg/m s :b3.140.025

13、1394MRe 二.=408.4216 : 2000 ；（符合層流假設(shè)）。0.00080275.4計算接口直徑5.4.1計算殼程接口直徑 假設(shè)正戊烷進(jìn)口速度為u。= 33 m / s ：殼程流通面積：S。二 BD （1 匕）=0.2一竺-m2 :tv 3240 - （36000.02141 m :3.14 工殼體進(jìn)口內(nèi)徑：d1故殼程的進(jìn)口接管內(nèi)徑：d 1 =22 mm。 假設(shè)正戊烷出口速度為u0 =9m/s ：殼體出口內(nèi)徑:4qv 4 TH 0 亠（3600.）0.041 m : 皿。，3.14 一故殼程的出口接管內(nèi)徑：d 1 =41 mm 。d15.5計算管程接口直徑假設(shè)管程流體流速為u，9

14、m s :官程內(nèi)徑：d2=J-3-4i i f 0 - （3600-95.7）0.0526 m :V3.14 沃 9故官程的接官內(nèi)徑：d 2 = 53 m m。5.6計算壓強降5.6.1計算管程壓降A(chǔ)pi = Api Ap2 FtNpNs （Ft結(jié)垢校正系數(shù)，N管程數(shù)，M殼程數(shù)）；取碳鋼的管壁粗糙度為：心0.1mm ,則十= 0.005 ,而Rej =11089.52；則：，=0.1d Re= 0.10.1 68 +2011089.52= 0.03552 2L ：比3995.70.447-=0.0355529.704Padj20.02.：p2 =322995.70.447=3298.42Pa2

15、對 $252.5mm 的管子有： Ft =1 4 且 N p = 1, N 1 ；. p 二.p . ：p2 FtN p Ns =529.704 298.421.4 1 1 =1159.3736Pa5.6.2計算殼程壓降由于殼程為恒溫恒壓蒸汽冷凝，故可忽略此壓降。因設(shè)計要求冷凝器允許壓降不大于500000Pa,由計算結(jié)果可知，所選換熱器是合適的。六、設(shè)計結(jié)果換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表換熱器形式：固定管板式名稱管程殼程物料名稱井水正戊烷操作壓力，Pa5.0 X 105操作溫度，C28/31.8351.7流量，kg/h700003219.697流體密度，kg/m3995.7596流速，m/s0

16、. 4470.068599熱負(fù)荷，kw310.794總傳熱系數(shù)，W/mK595污垢系數(shù)，m K/W2.0 X10-41.72 X10-4阻力降，Pa1159.3736忽略程數(shù)11推薦使用材料碳鋼管子規(guī)格巾 25X 2.5 mm管數(shù)143管長mm 3000管間距，mm32排列方式正三角形排列折流板型式上下間距，mm200切口高度%25殼體內(nèi)徑，mm500壁厚，mm10換熱面積，m25.33傳熱系數(shù)安全系數(shù)，%7.56面積裕度，%1.86八、化工課程設(shè)計心得努力了二周，我的第一次課程設(shè)計終于畫上了完美的句號。雖然在工作期間遇到了許多的困難，但我從中收獲吸取的知識與這次的經(jīng)歷，將讓我受益終生。在這次的課程設(shè)計中，我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與 實踐相結(jié)合起來，才能真正獲得答案。每一次的假設(shè)取值，每一次的 結(jié)果核算，著實的磨練了我的耐心，教會了我如何尋求最佳值。在設(shè) 計的過程中遇到問題，可以說是困難重重，畢竟這是第一次做，難免 會遇到過各種各樣的問題。同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之 處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程還教會了查閱資料的能力，很多東西都要