苯冷卻器設(shè)計(jì)

1、河西學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目苯冷卻器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1.設(shè)計(jì)任務(wù)處理能力：100000 噸/年操作周期：7200小時(shí)/年2.操作條件苯：入口溫度80，出口溫度40。冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度25。允許壓強(qiáng)降：不大于50KPa。3.設(shè)備型式：管殼式換熱器 4.廠址：張掖地區(qū) 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說(shuō)明2.管殼式換熱器的工藝計(jì)算：確定換熱器的傳熱面積3.管殼式換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)4.輔助設(shè)備選型與計(jì)算5.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總6.繪制流程圖及換熱器設(shè)備工藝條件圖7.對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)述II目錄1設(shè)計(jì)概況11.1熱量傳遞的概念與意義11.2化學(xué)工業(yè)與熱傳

2、遞的關(guān)系11.3傳熱的基本方式11.4換熱器的種類21.4.1間壁式換熱器的類型21.4.2混合式換熱器31.4.3蓄熱式換熱器41.5列管式換熱器設(shè)計(jì)一般要求41.6流體通道的選擇原則41.7管殼式換熱器的簡(jiǎn)介52試算并初選換熱器規(guī)格62.1選擇換熱器類型62.2流體流動(dòng)途徑的確定62.3確定流體的定性溫度62.4計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量72.5計(jì)算兩流體的平均溫度差73工藝結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算83.1管徑和管內(nèi)的流速93.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)93.3殼體內(nèi)徑93.4傳熱管排列和分程方法103.5折流板:103.6接管104核算總傳熱系數(shù)114.1計(jì)算管程對(duì)流傳熱系數(shù)114.2計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)124

3、.3確定污垢熱阻124.4總傳熱系數(shù)124.5核算傳熱面積135 核算壓強(qiáng)降135.1計(jì)算管程壓強(qiáng)降135.2計(jì)算殼程壓強(qiáng)降136設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表157設(shè)計(jì)評(píng)述158參考文獻(xiàn)169附錄179.1經(jīng)驗(yàn)公式179.2符號(hào)說(shuō)明179.3設(shè)備流程圖及裝配圖19河西學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)概況1.1熱量傳遞的概念與意義1) 熱量傳遞的概念熱量傳遞是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，簡(jiǎn)稱傳熱。由熱力學(xué)第二定律可知，在自然界中凡是有溫差存在時(shí)，熱就必然從高溫處傳遞到低溫處，因此傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞現(xiàn)象。1.2化學(xué)工業(yè)與熱傳遞的關(guān)系化學(xué)工業(yè)與傳熱的關(guān)系密切。這是因?yàn)榛どa(chǎn)中的很多過(guò)程和單元

4、操作，多需要進(jìn)行加熱和冷卻，例如：化學(xué)反應(yīng)通常要在一定的溫度進(jìn)行，為了達(dá)到并保持一定溫度，就需要向反應(yīng)器輸入或輸出熱量；又如在蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作中，都要向這些設(shè)備輸入或輸出熱量。此外，化工設(shè)備的保溫，生產(chǎn)過(guò)程中熱能的合理利用以及廢熱的回收利用等都涉及到傳熱的問(wèn)題。由此可見(jiàn)，傳熱過(guò)程普遍的存在于化工生產(chǎn)中，且具有極其重要的作用?？傊?，無(wú)論是在能源，宇航，化工，動(dòng)力，冶金，機(jī)械，建筑等工業(yè)部門，還是在農(nóng)業(yè)，環(huán)境等部門中都涉及到許多有關(guān)傳熱的問(wèn)題。應(yīng)予指出，熱力學(xué)和傳熱學(xué)既有區(qū)別又有聯(lián)系。熱力學(xué)不研究引起傳熱的機(jī)理和傳熱的快慢，它僅研究物質(zhì)的平衡狀態(tài)，確定系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)變成另一個(gè)平衡狀態(tài)

5、所需的總能量；而傳熱學(xué)研究能量的傳遞速率，因此可以認(rèn)為傳熱學(xué)士熱力學(xué)的擴(kuò)展。1.3傳熱的基本方式根據(jù)載熱介質(zhì)的不同，熱傳遞有三種基本方式：1）熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)的條件是系統(tǒng)兩部分之間存在溫度差。2）熱對(duì)流（簡(jiǎn)稱對(duì)流）流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過(guò)程稱為熱對(duì)流。熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中，產(chǎn)生原因有二：一是因流體中各處溫度不同而引起密度的差別，使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對(duì)位移的自然對(duì)流；二是因泵或攪拌等外力所致的質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)流。此外，流體流過(guò)固體表面時(shí)發(fā)生的對(duì)流和熱傳導(dǎo)聯(lián)合作用的傳熱過(guò)程

6、，即是熱由流體傳到固體表面（或反之）的過(guò)程，通常稱為對(duì)流傳熱。3）熱輻射 因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。熱輻射的特點(diǎn)是：不僅有能量的傳遞，而且還有能量的轉(zhuǎn)移。1.4換熱器的種類換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類，即間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。1.4.1間壁式換熱器的類型1) 夾套式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。當(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施

7、，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過(guò)程的加熱和冷卻。2) 沉浸式蛇管換熱器這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造； 其缺點(diǎn)是容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低，管外給熱系數(shù)小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。3) 噴淋式換熱器這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器。噴淋式換熱器的管外是一層湍動(dòng)程度較高的液膜，管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多。另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的

8、蒸發(fā)亦帶走一部分熱量，可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動(dòng)力的作用。因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。4) 套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成。在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數(shù)較大。另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目)。特別是由于套管換熱器同時(shí)具備傳熱系數(shù)大，傳熱推動(dòng)力大及能夠承受高壓強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在超高壓生產(chǎn)過(guò)程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過(guò)程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式

9、。5) 管殼式換熱器管殼式(又稱列管式) 換熱器是最典型的間壁式換熱器。管殼式換熱器主要有殼體，管束，管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，內(nèi)部裝有平行管束，管束兩端固定于管板上，在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板，折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍動(dòng)程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應(yīng)用更為廣泛。流體在管內(nèi)每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程，每通過(guò)殼體一次稱為一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體的速度，

10、可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板，將全部管子平均分隔成若干組。這樣，流體可每次只通過(guò)部分管子而往返管束多次，稱為多管程。同樣，為提高管外流速，可在殼體內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過(guò)殼體空間，稱多殼程。在管殼式換熱器內(nèi)，由于管內(nèi)外流體溫度不同，殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大，換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力，可能使管子彎曲，斷裂或從管板上松脫。因此，當(dāng)管束和殼體溫度差超過(guò)50時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏夭钛a(bǔ)償措施，消除或減小熱應(yīng)力。1.4.2混合式換熱器混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相

11、互混合的場(chǎng)合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。1.4.3蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器用于進(jìn)行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時(shí)用金屬波形帶等）。換熱分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，熱氣體通過(guò)火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來(lái)。第二階段，冷氣體通過(guò)火格子，接受火格子所儲(chǔ)蓄的熱量而被加熱。這兩個(gè)階段交替進(jìn)行。通常用兩個(gè)蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進(jìn)入一器時(shí)，冷氣體進(jìn)入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，

12、如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。1.5列管式換熱器設(shè)計(jì)一般要求1) 根據(jù)換熱任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計(jì)方案；2) 初步確定換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸；3) 核算換熱器的傳熱面積和流動(dòng)阻力；4) 確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。1.6流體通道的選擇原則1) 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，以便于清洗管子；2) 腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時(shí)受腐蝕，而且管內(nèi)也便于檢修和清洗；3) 高壓流體宜走管程，以免殼體受壓，并且可節(jié)省殼體金屬的消耗量；4) 飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時(shí)排出冷凝液，且蒸汽較潔凈，不易污染殼程；5) 被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體散熱，增強(qiáng)冷卻效果；6) 有毒流體宜

13、走管程，以減少流體泄漏；7) 粘度較大或流量較小的流體宜走殼程，因流體在有折流板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流體流向和流速不斷改變，在很低的雷諾數(shù)（Re<100）下即可達(dá)到湍流，可提高對(duì)流傳熱系數(shù)。但是有時(shí)在動(dòng)力設(shè)備允許的條件下，將上述流體通入多管程中也可得到較高的對(duì)流傳熱系數(shù)。在化工生產(chǎn)中為了實(shí)現(xiàn)物料之間能量傳遞過(guò)程需要一種傳熱設(shè)備。這種設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進(jìn)行著各種不同的換熱過(guò)程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝。換熱器就是用來(lái)進(jìn)行這些熱傳遞過(guò)程的設(shè)備，通過(guò)這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞到溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。它是化工煉油，動(dòng)力，原子能和其他

14、許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，對(duì)于迅速發(fā)展的化工煉油等工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，換熱器尤為重要。換熱器在化工生產(chǎn)中，有時(shí)作為一個(gè)單獨(dú)的化工設(shè)備，有時(shí)作為某一工藝設(shè)備的組成部分，因此換熱器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用是十分廣泛的。任何化工生產(chǎn)中，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，它在生產(chǎn)中都占有主導(dǎo)地位。 1.7管殼式換熱器的簡(jiǎn)介管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。它包括:固定管板式換熱器、U型管殼式換熱器、帶膨脹節(jié)式換熱器、浮頭式換熱器、分段式換熱器、套管式換熱器等。管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構(gòu)成。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導(dǎo)熱元件，決定換熱器的熱力性能。另一個(gè)對(duì)換熱器熱力性能有較大影

15、響的基本元件是折流板（或折流桿）。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。1）工作原理管殼式換熱器和螺旋板式換熱器、板式換熱器一樣屬于間壁式換熱器，其換熱管內(nèi)構(gòu)成的流體通道稱為管程，換熱管外構(gòu)成的流體通道稱為殼程。管程和殼程分別通過(guò)兩不同溫度的流體時(shí)，溫度較高的流體通過(guò)換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體，溫度較高的流體被冷卻，溫度較低的流體被加熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩流體換熱工藝目的。圖1 列管式換熱器1折流擋板；2管束；3殼體；4封頭；5接管；6管板；2）主要技術(shù)特性一般管殼式換熱器與其它類型的換熱器比較有以下主要技術(shù)特性：a.耐高溫高壓，堅(jiān)固可靠耐用；b.制造應(yīng)用歷史悠久，制

16、造工藝及操作維檢技術(shù)成熟；c.選材廣泛，適用范圍大。2試算并初選換熱器規(guī)格2.1選擇換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度80，出口溫度40。冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度25，出口溫度35。該換熱器用循環(huán)水冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的溫壁溫和殼體壁溫之差較大。因此，初步確定并選用固定管板式換熱器。2.2流體流動(dòng)途徑的確定本換熱器處理的是兩流體均不發(fā)生相變的傳熱過(guò)程，根據(jù)兩流體的情況，水易結(jié)垢，苯是被冷卻的流體易走管間可利用外殼向外散熱的作用，增強(qiáng)冷卻效果；故選擇苯走換熱器的殼程，循環(huán)水走管程。2.3確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)，并選擇列管換熱器的型式冷

17、卻介質(zhì)為循環(huán)水，取入口溫度為：25 ，出口溫度為：35苯的定性溫度：Tm=80+402=60水的定性溫度：tm=25+352=30兩流體的溫差： Tm-tm=60-30=30由于兩流體溫差不大于50，故選用固定管板式列管換熱器.查化工原理上冊(cè)天津大學(xué)出版社：苯=0.381mPas 水=0.8007mPasP238圖415表416 可有：CpC=4.174KJ/KgCph=1.389KJ/KgP274圖428(2)液體導(dǎo)熱系數(shù) 可有：苯=0.135Wm 水=0.6.176Wm查化工原理上冊(cè)天津大學(xué)出版社表1 兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下: 物性流體密度 Kg/m3比熱KJ/(·oC

18、)粘度 mPa·s導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·oC)苯836.61.8280.3810.151水995.74.1740.80070.61762.4計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量苯的流量： Wh=1087200×3600=3.858KJs熱流量:QO=WhCphT1-T2=100000×1037200×3600×1.828×80-40=282.1KJ冷卻水流量：Wc=QCPt2-t1=2850004.174×10=6.76Kgs2.5計(jì)算兩流體的平均溫度差暫按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算，逆流時(shí)平均溫度差為：t=t2-t1lnt1t1=80

19、-35-40-25ln4515=27.3而：P=t2-t1T1-t1=35-2580-25=1055=0.182 R=T1-T2t2-t1=80-4035-25=4圖2 對(duì)數(shù)平均溫度校正系數(shù)值t=0.8953tm'=ttm=24.443工藝結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算根據(jù)低溫流體為水，高溫流體為有機(jī)物（參見(jiàn)化工原理P355）有K值的范圍：430850W/(m2·oC），假設(shè)K=450Wm2表2 管殼式換熱器中常用的流速范圍流體的種類一般液體易結(jié)垢液體氣體流速/(m/s)管程0.53>1530殼程0.21.5>0.5315表3 管殼式換熱器中易燃、易爆液體的安全允許速度液體名稱乙醚

20、、二硫化碳、苯 甲醇、乙醇、汽油丙酮安全允許速度/（m/s)<1<23<10表4 管殼式換熱器中不同黏度液體的常用流速液體黏/mPa.s>1500150050050010010035351<1最大流速（m/s）0.60.751.11.51.82.43.1管徑和管內(nèi)的流速選用19×2mm，L= 2m的列管，由流速范圍可設(shè)ui=0.6m/s3.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)由V=ui4di2ni可求得單管程管子根數(shù)：ni=Vui4di2=6.76995.7×0.6×3.144×0.0152=64S0=QK0tm=282.1×103

21、450×27.3=22.96m2考慮到15%面積裕度：S0'=1.15S0=1.15×22.96=26.404m2則按單管程計(jì)算,所需的傳熱管長(zhǎng)數(shù)為: Li=S0d0ni=26.4043.14×0.019×64=6.915單管程設(shè)計(jì),傳熱管過(guò)長(zhǎng),宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)L= 2m，則該換熱器管程數(shù)為： Np=LIL=6.9152=3.46圓整為：43.3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：D=1.05an'=1.05×24×2560.7=481.9mm圓整后取500mm3.4傳熱管排列和分程方

22、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a=1.25d0 則a=1.25×0.019=23.75mm（約等于24mm）橫穿過(guò)管束中心線管數(shù) Nc=1.1n=1.1256=17.6將這些管子進(jìn)行排列有圖如下：圖3 正三角形排列3.5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 h=0.25×500=150mm 取圓整后150mm取折流板間距B=0.3D,則B=0.3×500=150mm，可取B為150mm折流板數(shù)Nb=傳熱管長(zhǎng)折流板間距-1=2000150-1=13塊折流板圓缺面水平裝配。3.

23、6接管 換熱器中流速u的經(jīng)驗(yàn)值可取為：對(duì)液體u=1.5-2m/s對(duì)蒸汽u=20-50m/s殼體流體進(jìn)出口，出口接管內(nèi)苯流速為u=1.5m/s則接管內(nèi)徑為：d1=4Vu=4×3.858836.6×3.14×1.5=63mm70mm×3.5mm管程流體進(jìn)出口，出口接管內(nèi)循環(huán)水流速為u=1.5m/s則接管內(nèi)徑為：d2=4Vu=4×6.76995.7×3.14×1.5=76mm80mm×1.5mm據(jù)此初選固定管板式換熱器規(guī)格尺寸為下表：圖5 工藝尺寸殼 徑 D500mm管 子 尺 寸19×2mm管 程 數(shù) 4管

24、長(zhǎng)L2m管子總數(shù) n256管子排列方法正三角形4核算總傳熱系數(shù)4.1計(jì)算管程對(duì)流傳熱系數(shù)iAi=2564×3.144×0.0152=0.011304m2ui=Vssi=6.76997.5×0.011304=0.6ms與假設(shè)相合適 Re=diui=0.015×997.5×0.60.8007×10-3=11212Pri=Cp=4.174×103×0.8007×10-30.6176=5.411圖4 殼程摩擦系數(shù)f與Re的關(guān)系所以：i=0.023diRe0.8Pri0.4水被加熱 =0.023×0.61

25、760.015×112120.8×5.4110.4=32314.2計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 0換熱器中心附近管排中流體流通截面積為： S0=BD1-d0t=0.15×0.5×1-0.0190.024=0.01563m2由正三角形排列得：de=432t2-4d02d0=4×32×0.0242-3.144×0.01923.14×0.019=0.0144 u0=VSS0=3.858836.6×0.01563=0.3msReo=deuoo=0.0144×0.3×836.60.381×10

26、-3=9486Pro=Cpoo=1.828×103×0.381×10-30.151=4.6120=0.36deRe0.55Pro13w0.14=0.36×0.1510.0144×94860.55×4.61213×1=962.54.3確定污垢熱阻 管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別取為： Rsi=0.00017m2w苯， Rso=0.00017m2w水4.4總傳熱系數(shù)K0因?yàn)楸綖橛袡C(jī)物，管子材料選用不銹鋼，取其導(dǎo)熱系數(shù)為w=45wm2，總傳熱系數(shù)為： K0=110+Rso+Rsidodi+bdodm+doidi =11962.5+0.00

27、017+0.000170.0190.015+0.002×0.01945×0.017+0.0193231×0.015 =11.866×10-3=535.9Wm2由計(jì)算得K0K=535.9450=1.20(在1.15-1.25范圍內(nèi))4.5核算傳熱面積實(shí)際傳熱面積S0=ndL=（256-18）×3.14×0.019×（2-0.06）=27.55m2傳熱面積S=QK0tm=282100535.9×24.44=21.54m2該換熱器的面積裕度為H=S0-SS×100%=27.55-21.5421.54×

28、100%=27.9%由前面計(jì)算可知，該型號(hào)換熱器，總傳熱系數(shù)為535.9W/m2，在傳熱任務(wù)所規(guī)定的流動(dòng)條件下，計(jì)算出的S0為27.55m2其面積裕度為27.9%故所選擇的換熱器是合適，能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。5 核算壓強(qiáng)降5.1計(jì)算管程壓強(qiáng)降Pi=P1+P2FtNPNs前面已算出：ui=0.6ms Ft=1.5 NS=1 NP=4P1=ldu22=0.039×995.7×0.622×20.015=932PaP2=3ui22=3×995.7×0.622=537.7PaPi=932+537.7×1×4×1.5=8818.2

29、Pa<50KPa5.2計(jì)算殼程壓強(qiáng)降P0=P1+P2FtNs其中Fs=1.15,NS=1 P1=Fsf0ncNB+1u022管子為正三角形排列，取F=0.4f0=5.0×9486-0.228=0.62 P3=FfoncNB+1u22 =0.4×5×9486-0.228×17.6×13+1836.6×0.322=2300.5Pa P4=NB3.5-2hDu22 =13×3.5-2×0.150.5836.6×0.322=1419.3Pa P=P3+P4FtNs=2300.5+1419.31.5×

30、;1=5579.7Pa<50KPa由上面計(jì)算可知，該換熱器管程與殼程的壓強(qiáng)均滿足題目要求，故所選換熱器合適。6設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表項(xiàng) 目管程（循環(huán)水）殼程（苯）流量，Kg /s6.763.858溫度，（進(jìn)/出）25/3580/40物性定性溫度，3060密度，Kg /m3995.7836.6比熱，KJ/4.1741.828粘度，Pa·s0.8007×10-30.318×10-3導(dǎo)熱系數(shù)，KJ/m0.61760.151普蘭特?cái)?shù)5.4114.612結(jié)構(gòu)參數(shù)殼體內(nèi)徑，mm500臺(tái)數(shù)1管徑，mm 19×2殼程數(shù)1管長(zhǎng)，m2管心距，mm 24管數(shù)256管子排列正三角

31、形排列傳熱面積，m224.86折流板數(shù)13管程數(shù)4折流板距，m0.15材質(zhì)碳鋼管主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速，m/s0.60.3污垢熱阻,(m2·)/W1.7×1041.7×104壓力降Pa88185579.77設(shè)計(jì)評(píng)述通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)、性能都有了一定的了解，同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也掌握了一定的工藝計(jì)算方法。換熱器是化工廠中重要的化工設(shè)備之一，而且種類繁多，特點(diǎn)不一，因此，選擇合適的換熱器是相當(dāng)重要的。在本次設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)進(jìn)行換熱器的選擇和設(shè)計(jì)是要通過(guò)反復(fù)計(jì)算，對(duì)各項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行比較后，從中確定出比較合適的或最優(yōu)的設(shè)計(jì)，為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮很多方面的因素。

32、首先要滿足傳熱的要求，本次設(shè)計(jì)時(shí)，由于初選總傳熱系數(shù)不合適，使規(guī)定條件下的計(jì)算結(jié)果與初設(shè)值的比值不在要求范圍內(nèi)，因此，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算，才選擇到合適的K值為450W/（m2）計(jì)算結(jié)果為535.9（W/m2），核算為比為1.20，滿足要求。其次，在滿足工藝條件的前提下選擇合適的換熱器類型，通過(guò)分析操作要求及計(jì)算，本次設(shè)計(jì)選用換熱器為上述計(jì)算結(jié)果。再次，從壓強(qiáng)降來(lái)看，管程約為8818Pa，殼程約為5579.7Pa，都低于要求值（50KPa），因此，可適當(dāng)加大流速，從而加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低污垢熱阻，然而，流速增加，流動(dòng)阻力也會(huì)隨之增大，動(dòng)力消耗就增多，因此，作出經(jīng)濟(jì)

33、衡算在確定流速時(shí)是相當(dāng)重要的。此外，其他因素（如加熱和冷卻介質(zhì)用量，換熱器的檢修和操作等），在設(shè)計(jì)時(shí)也是不可忽略的。根據(jù)操作要求。在檢修和操作方面，固定管板式換熱器由于兩端管板和殼體連接成一體，因此不便于清洗和檢修。本次設(shè)計(jì)中，在滿足傳熱要求的前提下，考慮了其他各項(xiàng)問(wèn)題，但它們之間是相互矛盾的。如：若設(shè)計(jì)換熱器的總傳熱系數(shù)較大，將導(dǎo)致流體通過(guò)換熱器的壓強(qiáng)降（阻力）增大，相應(yīng)地增加了動(dòng)力費(fèi)用；若增加換熱器的表面積，可能使總傳熱系數(shù)或壓強(qiáng)降減小，但卻又受到換熱器所能允許的尺寸限制，且換熱器的造價(jià)也提高了。因此，只能綜合考慮來(lái)選擇相對(duì)合適的換熱器。然而在本次設(shè)計(jì)中由于經(jīng)驗(yàn)不足，知識(shí)有限，還是存在著很多問(wèn)題。