2011級化工-1,2,3,4-設(shè)備選擇與設(shè)計-課程設(shè)計

1、化工設(shè)備選擇與設(shè)計課程設(shè)計課程設(shè)計題目：冷凝乙醇蒸汽列管式換熱器選擇與計算學院名稱：化學工程學院專業(yè)：化學工程與工藝班級：化工112姓名： 尹雄博學 號 11402010212任 課教師：董 明定稿日期：2014年5月12 日i / ii課程設(shè)計題目：冷凝乙醇蒸汽列管式換熱器選擇與計算（1）選擇列管式換熱器所需的條件換熱器在常壓下冷凝 3600kg/h 的純乙醇蒸汽，冷凝液在冷凝溫度下排出，冷凝用水的入口溫度為18C，出口溫度為29C，冷凝水走管程，管程壓降不超 過9.8X103p&試選用一適當型號的列管式換熱器達到上述要求。基本數(shù)據(jù)及要 求如下：1）乙醇冷凝量： 1.0 kg/s；2）乙醇冷

2、凝溫度：783C；3）假設(shè)乙醇冷凝潛熱： 843 kj/kg；4）選用 25X 2.5無縫鋼管作為換熱器管束；5） 冷凝水在管束內(nèi)的流速： 1.0 m/s；6）乙醇蒸汽一水系統(tǒng)冷凝操作的傳熱系數(shù) K的初選值可取650W/（m2 C ）；7）管子排列方式：組合排列法（見參考文獻1, p209及表7-5）;8）無縫鋼管的絕對粗糙度： 0.15mm；9）管程結(jié)垢校正系數(shù)： 1.5；10）管束內(nèi)外垢層熱阻之和： 0.0006m2.C /W；11）列管換熱器選用水平安裝方式。（ 2）計算內(nèi)容及要求1 ）估算換熱器的傳熱面積、管程數(shù)和管束總數(shù)目；2）寫出初選換熱器的型號；3）校核換熱器的管程壓降；4）計算

3、換熱器的總傳熱系數(shù) K （須校核管束外壁的壁溫tw）;5）計算換熱器的安全系數(shù)及管束與殼體的溫差，判斷所選型號換熱器是否 合理；6）采用2004版本的CAD繪圖軟件，繪制列管式換熱器的管束排列圖；7）以上內(nèi)容及計算過程用A4紙張打印、裝訂后交給任課教師（管束排列圖 須裝訂在最后一頁）；8）以上課程設(shè)計須在 3 個星期內(nèi)完成。（3）參考資料1 喻健良 等編著. 化工設(shè)備機械基礎(chǔ)（第七版 ,教材），大連理工大學出版 社， 2013 年 8月；2 劉道德 等編著. 化工設(shè)備的選擇與設(shè)計（第三版，教材） ，第四章等內(nèi) 容；3 化工原理教材中相關(guān)內(nèi)容 .3 / 11目錄1、選擇條件 5.2、選擇計算 5

4、.2.1 水耗量 5.2.2、估算傳熱面積與管子根數(shù) 6.2.3 初選換熱器 6.2.4 管程壓降的計算 7.2.5計算管內(nèi)給熱系數(shù) a 8.2.6冷凝給熱系數(shù) aO K值的計算 82.6.1 的計算8.2.6.2垢層熱阻 9.2.6.3 K值的計算9.2.6.4 校核 tw 9.2.7 計算傳熱面積及安全系數(shù) 9.2.8 管束與殼體溫差的計算 9.3、換熱器 CAD 圖1.14 / 111、選擇條件換熱器在常壓下冷凝3600kg/h的純乙醇蒸汽，冷凝液在冷凝溫度下排出， 冷凝用水的入口溫度為18C，出口溫度為29C，冷凝水走管程，管程壓降 不超過9.8X103p&試選用一適當型號的列管式換熱

5、器達到上述要求?；?數(shù)據(jù)及要求如下：1）乙醇冷凝量：Wi=1.0 kg/s；2）乙醇冷凝溫度：T=783C；3）假設(shè)乙醇冷凝潛熱：r=843 kj/kg ；4）選用 25X 2.5無縫鋼管作為換熱器管束；5） 冷凝水在管束內(nèi)的流速：1.0 m/s；6） 乙醇蒸汽一水系統(tǒng)冷凝操作的傳熱系數(shù)K的初選值可取650W/（m2 C ）；7） 管子排列方式：組合排列法（見參考文獻1, p209及表7-5）；8） 無縫鋼管的絕對粗糙度： =0.15mm；9）管程結(jié)垢校正系數(shù)：F=1.5;10） 管束內(nèi)外垢層熱阻之和：R +尺=0.0006m2 C /W ；11）列管換熱器選用水平安裝方式。2、選擇計算2.

6、1水耗量已知水的進口溫度t2H=18C ;水的出口溫度t2K=29C，則水的平均溫度為:11tm 二-（t2k t2H）（29 18） = 23.5 C22在23.5C時，水的有關(guān)物理量如下表所示：密度：997.3 kg/m3熱容：4.180 kJ/kg.C導(dǎo)熱系數(shù)：0.6054W/（m. C）粘度：0.0009335Pa.s普蘭特準數(shù)：6.454熱負荷.Q 二汀二1.0 843 =84（kw）843W2 =Q=18.33(kg/s)水耗量： Cp(t2-t1)4.180(29 -18)2.2、估算傳熱面積與管子根數(shù)(T -t2H)-(T JQ (78.3-18)-(78.3-29)54.6l

7、n8T - t2k,78.3-18 In78.3 - 29C)乙醇蒸汽-水系統(tǒng)冷凝操作的傳熱系數(shù)K值范圍為 450-1140W/ (m.C),初平均溫度差為:7 / 11選 650W/ (m.C)。估算的傳熱面積為:23.7( m2)650 54.6單程管數(shù)為:n=4 18.33=2= 59(根):2 -、1.0 3.14 0.02997.3u. .di .4S23.75單程管長為:l5.128(m)nd59 3.14 0.025選定換熱器管長l=3m，貝U管程數(shù)Np為:2=宀1.709選Np=2程，則總管數(shù)為：n =2n = 2 59 =118(根)2.3初選換熱器根據(jù)S=23.75m2,n

8、=118根，Np=2,查列管式固定管板換熱器基本參數(shù)表，選用G500-2 2540列管式換熱器，其實際傳熱面積為 38.3m2，有關(guān)參數(shù)如 下：公稱直徑DN500mm公稱壓力PN2.5 106Pa傳熱面積S40/38.3m2管程數(shù)Np2管數(shù)n168管長13m管子規(guī)格 25 x 2.5mm管心距t32mm管子排列方式組合排列法2.4管程壓降的計算管程雷諾準數(shù)為：Re3其中，u為選定換熱器的實際操作流速，由下式計算:Vsjin. .d i4式中VsW _ 18.33P 9 97-0.1 8 sm3/s)nW= 84( 根)所以0.01838cm /、u0.7( m/s)兀2840.024故0.02

9、漢0.70沢997.34Re1.496 100.00093352由于鋼管的絕對粗糙度0.0075-；=O.mm，故d，查，與Re及d的關(guān)系圖，得=0.038,又取管程結(jié)垢校正系數(shù)Ft=1.5,故得管程壓降為:?u2ip 2-(0.03830.023) 1.5 22997.3 0.7023= 6319.1(N/m 廠：9.8 10 (Pa)因此，壓降滿足要求25計算管內(nèi)給熱系數(shù)ai因為 Re=i.496 104 104，而且丨 3d100 時，取該系數(shù)；二。6。設(shè)壁溫tw =57.6C，則平均膜溫11Tw =丄仃 tw)二丄(78.357.6) = 67.95C22此溫度下查得液態(tài)乙醇的物理量如

10、下：=0.1854W/(m.C)Q =7 4.0(kg/m3)“0.5136 10-3(Pa.s)：0= 2.02 0.6 0.18543740.52 3 1680.0007405 1.02= 1617.09W/(m .C)262垢層熱阻乙醇蒸汽冷凝時，垢層熱阻&較小，管內(nèi)的垢層熱阻Ri較大，取Ro + Ri=0.0006m2C /W。2.6.3 K值的計算do、di分別為加熱鋼管的外、內(nèi)徑，dm為平均管徑，為管壁厚,管導(dǎo)熱系數(shù)，則264校核twtw出R Ro:idiodm ：o0.0250.0025 0.02510.00061617.093210.8 0.022=599.01W/(m C)45 0.0225汀-汕=78.3- 599。1 54J 58.07(C)1617.09：o與假設(shè)值tw=57.6C相比較，僅相差0.47C，認為設(shè)計合理。2.7計算傳熱面積及安全系數(shù)按傳熱方程式計算的傳熱面積為：QK=tm84300025.78(m2)599.01 54.6實際換熱器的傳熱面積為38.3m2,故安全系數(shù)為:38.325.78-1.48611/ 111.15故安全，表示選的合理。2.8管束與殼體溫差的計算根據(jù)對流傳熱速率可得：Q itwTw)t+tw：iS8430003210.8