最新南京工業(yè)大學(xué)列管式換熱器材料工程原理課程設(shè)計

1、精品好文檔.推薦學(xué)習(xí)交流南京工業(yè)大學(xué)列管式換熱器材料工程原理課程設(shè)計南京工業(yè)大學(xué)材料工程原理B課程設(shè)計設(shè)計題目：列管式換熱器設(shè)計混合氣體處理能力221OOOk0h專 業(yè)：班 級：學(xué) 號：姓 名：電子郵箱：日 期：指導(dǎo)教師：設(shè)計成績：僅供學(xué)習(xí)與交潦,如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝24“列管式換熱器設(shè)計”任務(wù)書(-)設(shè)計題目列管式換熱器設(shè)計混合氣體處理能力221000kg/h(-)設(shè)計任務(wù)及操作條件為滿足某生產(chǎn)需要，需將混合氣體采用循環(huán)冷卻水冷卻，使混合氣體的溫度 從100C。冷卻至50C0,已知混合氣體的壓力為6.9Mpa,循環(huán)冷卻水的壓力為 0.4Mpa,循環(huán)水入口溫度25C°,出口溫度

2、36C。要求處理混合氣體的流量為 221000kg/h,試設(shè)計一臺列管式換熱器，完成該設(shè)計任務(wù)。(三)混合氣體在各定性溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)：名稱密度P1(kg/h)熱容CP1(KJ/kgcr)導(dǎo)熱系數(shù)入1 (w/mC。)粘度Hi(Pa*S)混合氣體903.2970.02791.5* 10-5(四)循環(huán)冷卻水在各定性溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)：名稱密度P2 1 (kg/m3)熱容Cp2(KJ/kgC°)導(dǎo)熱系數(shù)入2 (w/mC°)粘度P2(Pa*S)冷卻水994.304.1740.6240.742* IO-3目錄第一章概述§1.1 換熱器的應(yīng)用及主要類型4§1.

3、2 列管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)5第二章列管式換熱器工藝的設(shè)計及計算§2.1 設(shè)計方案初選6§2.2 估算傳熱面積6§2.3 乙結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)i十 8第二章列管式換熱器工藝設(shè)計的核算 3.1 傳熱能力的核算12 3.2 壁溫的核算15 3.3 3.3換熱器內(nèi)流體流動的阻力的核算16第三章輔助設(shè)備的設(shè)計 4.1 管路系統(tǒng)原件的設(shè)計17 4.2 4.2泵的設(shè)計17 4.3 4.3風(fēng)機的設(shè)計19第四章列管式換熱器設(shè)計一覽表20第五章設(shè)計總結(jié)21第七章參考文獻22第八章設(shè)計附圖23第九章落辯包錄及評語26第一章概述§1.1 換熱器的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，為實現(xiàn)物料之間熱量傳

4、遞過程的設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。它是化 工、冶煉、機械和其它許多工業(yè)廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，特別是對于迅 速發(fā)展的化工、煉油等工業(yè)生產(chǎn)來說，換熱器尤為重要。通常在化工廠的建設(shè) 中，換熱器的投資約占總投資的1020%,在石油冶煉廠中約占全部工藝投資的 4050% o換熱器的類型隨工業(yè)發(fā)展而擴大，早期的換熱設(shè)備猶如制造水平和科學(xué)水 平的限制，多有結(jié)構(gòu)簡單、換熱面積小和體積較大等的特點，后來列管式換熱 器的誕生使其成為長期以來化工生產(chǎn)中使用的典型換熱設(shè)備。表1-1換熱器的分類及主要性能比較分類名稱相對費用耗用金屬 (kg/m2)最高操作壓力 (MPa)最高使用溫度 (c0)管固定管板式I3084100

5、0-1500亮浮頭式1.2246式U型管式1.01填料函式1.28板式波紋板式162.8260-360螺紋板式0.6504.01000板翹式165.7-269-500管式蛇管沉浸式100100噴淋式0.8-1.16010套管式0.8-1.4150100800空冷式0.8-1.8箱管式0.50.7100其它板殼式246.4800§1.2 列管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)管殼式換熱器(列管式換熱器)適用于冷卻、冷凝、加熱、換熱、再沸、蒸發(fā) 和廢熱回收等方面,由于其具有結(jié)構(gòu)牢、操作彈性大、可靠程度高、適應(yīng)性 強、使用范圍廣等優(yōu)點，在工程上使用廣泛，特別是在高溫高壓下。只有當(dāng)流 量小、壓力與溫度低，特

6、別是物流對碳鋼具有腐蝕性或粘度很高時選用板式換 熱器，如果流量小，但壓力或溫度較高時選用套管式換熱器。而具體的選用則 需要綜合多種因素?fù)駜?yōu)選擇。常用列管式換熱器的基本構(gòu)型有一下幾種。(1)固定管板式換熱器 換熱管束固定在兩塊管板上，管板又分別焊在外殼的 兩端，管子、管板和殼體都是剛性連接。當(dāng)管壁與殼壁的壁溫相差大于500 時，為減小或消除溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力，必須設(shè)有溫差補償裝置，比如波形膨脹 節(jié)。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，制造成本低，管程可用多種結(jié)構(gòu)，規(guī)格范 圍廣，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。因殼側(cè)不易清洗故不適宜較臟或有腐蝕性的物流的 換熱，適用于殼壁與管壁溫差小于700、殼程壓力不高、殼程結(jié)垢不嚴(yán)重

7、、并 且可以用化學(xué)方法清洗的場合。(2)浮頭式換熱器一端管板與殼體固定,另一端管板可以在殼體內(nèi)自由浮 動。殼體與管束對熱膨脹是自由的，因而殼體與管束之間無溫差應(yīng)力。為了浮 頭部分便于檢修、安裝和清洗，浮頭端常常設(shè)計成可拆卸結(jié)構(gòu)，安裝時要保證 浮頭的密封，否則操作時無法知道內(nèi)浮頭端是否泄漏。浮頭式換熱器的應(yīng)用比 較普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對費用較高(3) U形管式換熱器管束彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，殼體與管束 分開，僅有一塊管板，無浮頭，可以不考慮溫差補償。U形管式換熱器結(jié)構(gòu)簡單.管束可以從殼體內(nèi)抽出，便于管外清洗。但管 內(nèi)清洗困難，故管內(nèi)必須是清潔和不易結(jié)垢的物流。管束中心存在空隙，流體

8、易走短路從而影響傳熱效果。管板上排管數(shù)較少，U形管不能互換.結(jié)構(gòu)不緊 湊。(4)填料函式換熱器浮頭部分與殼體采用填料函密封。一是把填料函設(shè)置在 浮頭端的接管處；二是把填料函設(shè)置在管板處；三是把浮頭伸出空調(diào)外設(shè)置成 外填料函式。填料函式換熱器具有浮頭式的優(yōu)點，又克服了固定管板式的跳點，制造方便，易于檢修清洗。但是由于填料函密封性能的限制，目前只用于直徑700mm 以下的換熱器，大直徑很少采用，尤其在操作壓力和溫度較高時就更少采用。 殼程內(nèi)不宜走易揮發(fā)、易燃、易爆及有毒物流。第二章列管式換熱器的設(shè)計及計算§2.1設(shè)計方案初選一、選擇換熱器類型考慮制造費用、操作具體條件要求、維護費用及清洗

9、的難易程度的因素， 初步選擇固定管板式換熱器(后續(xù)計算表明應(yīng)該選擇浮頭式)。二、流程安排流程的安排應(yīng)該考慮到一下原則：1 .易結(jié)垢的流體應(yīng)走易清洗的一側(cè)。2 .有時在設(shè)計上要提高流體的流速來提高傳熱膜系數(shù)，在這種情況下應(yīng)將 需提高流速的流體放在管程。3 .具有腐蝕性的流體應(yīng)走管程。4 .粘度大的流體應(yīng)走殼程。需要指出的是，以上要求常常不能同時滿足，故在設(shè)計中應(yīng)該考慮其主要 問題。根據(jù)本次實驗的要求，由于冷卻水容易結(jié)垢，為便于清洗，應(yīng)使水走管 程，混合氣體走殼程。從熱交換角度，混合氣體走殼程可以與空氣進行熱交 換，增大傳熱強度。選用由25X2. 5 mm的10號碳鋼管。三、確定物性數(shù)據(jù)殼程混合氣

10、體的定性溫度T： T100T2=50 T= (+12)/2=75管程冷卻水的定性溫度t： J=25t2=36 t=(t1+t2) /2=30. 5各物性數(shù)據(jù)如表2.1名稱密度P1 (kg/h)熱容Cpi(KJ/kgr)導(dǎo)熱系數(shù)入1 (w/m)粘度U1(Pa*S)混合氣體903. 2970.02791.5*10-5名稱密度Pa(kg/m3)熱容Cp2 (KJ/kgr)導(dǎo)熱系數(shù)x2 (w/mr)粘度U2(Pa*S)冷卻水994. 304. 1740. 6240.742*10-3§2.2估算傳熱面積一、換熱器的熱負(fù)荷換熱器的熱負(fù)荷是指在確定的物流進口條件下，使其達到規(guī)定的出口狀 態(tài)，冷流體

11、和熱流體之間所交換的熱量，或是通過冷、熱流體間壁所傳遞的熱 量。在熱損失很小，可以忽略不計的條件下，對于無相變的工藝物流，換熱器 的熱負(fù)荷由下式確定：Qi =n»CpA式中Qi -熱負(fù)荷，kJ/h ；mi -工藝流體的質(zhì)量流速，kg/h ；J -工藝流體的熱容，kJ/kgC° ；工藝流體的溫度變化，C。*由上式計算本次列管式換熱器設(shè)計的熱負(fù)荷：Qi = m, cf, =221000x3.297x(100 - 50)=36431850kJ/h=10120kw二、冷卻劑的用量冷卻劑的用量取決于工藝流體所需的熱量及冷卻劑的進出口溫度，此外還與設(shè) 備的熱損失有關(guān)。而對于流體被冷卻的

12、情況，工藝流體所放出的熱量等于冷卻 劑所吸收的熱量與熱損失之和，在實際設(shè)計中，為可靠起見，常可忽略熱損 失，以下式計算冷卻劑用量：與 Cpd,式中m2冷卻劑用量，kg/h ；Cp?冷卻劑熱容,kJ/kgC°；冷卻劑進出口溫度的變化，C°*由上式計算本次列管式換熱器設(shè)計的冷卻劑用量：10120X103 4.174x1()3x(36 25)=220.4kg/s=793440kg/h三、平均傳熱溫差平均傳熱溫差是換熱器的傳熱推動力，其值不僅和進出口溫度有關(guān)，而且 與換熱器內(nèi)兩種流體的流型有關(guān)。對于逆流和并流，平均溫差均可用換熱器兩端流體溫度的對數(shù)平均溫差表 示，即：A-lm 冬I

13、n逆流或并流的平均傳熱溫差，c°；圖2-1逆流：品=Ti - t2乜二12- tj并流:At| =Ti - t,2 二-2* 按逆流計算本次列管式 換熱器設(shè)計的平均傳熱溫 差：a（10036） （5025）. 二 -=1 （I。- 36）=41.5C°In，n（50-25）四、傳熱面積式中A-K對于傳熱面積的估算可根據(jù)流體的具體情況，參考換熱器傳熱系數(shù)的大致范圍 選取合適的K值，然后利用傳熱速率方程式，初步確定所需的傳熱面積：-估算的傳熱面積，n?； 選取的傳熱系數(shù),w/m2C° ；-平均傳熱溫差，C.換熱器的熱負(fù)荷，kw考慮到估算性質(zhì)的影響，常取傳熱面積為計算值

14、的1.51.15倍。* 根據(jù)本次設(shè)計的要求，查列管式換熱器用作冷卻器時的K值范圍表選擇總的傳熱系數(shù)K=412wm2/C。按逆流估算本次列管式換熱器設(shè)計的 傳熱面積：Q. 10120 xlO3心“ 430 x 41.5=567 m2考慮到估算性質(zhì)的影響，常取傳熱面積為計算值的1.51.15倍、即:A=567x 1.25=709 m2翹淞總麟減 期皿乜r1備注水1枷跚W0-嫩有ft裔長弊8a械0.5刈拈，延髓戰(zhàn)2205)i好加M>lxiO'Wg2g表2-2§2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計一、選擇管徑及管內(nèi)流速若選擇較小管徑，管內(nèi)傳熱膜系數(shù)可以提高，而且對于同樣傳熱面積來說 可以戒

15、小殼體直徑。但管徑小，流動阻力大，機械清洗困難，設(shè)計時可根據(jù)具 體情況選用合適的管徑。根據(jù)本次設(shè)計要求及查常用換熱管的規(guī)格和尺寸偏差表、列管式換熱器中 不同粘度液體的最大流速表以及列管式換熱器常用流速，選擇GB81638 （碳 鋼）025x2.5取管內(nèi)流速由 = 1.5m/s二、選擇管長、確定管程數(shù)和總管數(shù)選定管徑和管內(nèi)流速后，可由下式確定單程管數(shù)：V =-d-u4 1式中n,-單程管數(shù)目；V管程的體積流量，m'/s ；d-傳熱管內(nèi)徑，m； u管內(nèi)流體流速，m/s可得單程換熱器的管長如下：111叫式中按單程計算的管長，？；A-估算的傳熱面積，n?；d0管外徑，in如果按單程計算的管太長

16、，則應(yīng)該采用多程管，此時應(yīng)按實際情況選擇每 程管的長度。在選取管長時應(yīng)注意合理利用材料，還要使換熱器具有適宜的長 徑比。列管式換熱器的長徑比可在425范圍內(nèi)，一般情況下為610。確定了每程管子長度后即可求的管程數(shù)：式中L-按單程計算的管長，m； L選取的每程管長，m ；Np-管程數(shù)（必須取整數(shù)） 則換熱器的總管數(shù)為：電=%式中 Nt換熱器總管數(shù)220.4/994.30*由上式分別計算本次列管式換熱器設(shè)計的管程數(shù)和傳熱管數(shù):=470.6=471 什艮）709=19.2mn，" 工“2 =0.785x（0.02）2x1.5 按單程管計算所需的傳熱管長度：叫 3.14x0.025x471因

17、此按單程管設(shè)計時傳熱管過長，宜采用多程管結(jié)構(gòu)。根據(jù)本次設(shè)計的實 際情況，去傳熱管長1=1。孫則該換熱器的管程數(shù)為：N =-= （管程）p 6傳熱管總數(shù)N二471x2=942 （根）三、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)換熱器的平均傳熱溫差由下式計算：熱流體的溫降_TT1 冷流體的溫升_t2i冷流體的溫升 t2-一兩流體最初溫差一不彳其中溫差校正系數(shù)匕與流體的進出口溫度有關(guān)，也與換熱器的殼程數(shù)及管 程數(shù)有關(guān)（匕值可查溫差校正系數(shù)圖）。而一般要求氣值不得低于08否則 會出現(xiàn)溫度交叉或溫度逼近的情況，此時應(yīng)該采用多殼程結(jié)構(gòu)的換熱器或多臺換熱器串聯(lián)*本次列管式換熱器設(shè)計平均傳熱溫差的 計算：10°一

18、5。4636-2536-25100-25按單殼程，雙管程，查溫差校正系數(shù)圖得%=0.91平均傳熱溫差：, = 0.91 x41.5=37.8C0= 0.147a ts<i由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8,同時殼程流體流量較大，故取單殼程合 適。四、管子排列正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機械清洗。對于多管程換熱器,換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三 角形錯列和同心圓排列，如下圖所示。常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安 裝隔板，采用正方形排列方式。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。管板與管子的

19、連接可脹接或焊接。*本次列管式換熱器的設(shè)計采用組合排列法，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/ = l.25"o = L25 x 25 = 32 (mm)隔板中心到距離其最近一排管中心距離的計算：5 = 1 + 6 = 22 (mm)2即各程相鄰的管心距為22x2=44 (mm)管束的分程方法，由于每程各有 傳熱管471根，其前后管箱中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序按如圖選取。五、殼體內(nèi)徑采用多管程換熱器殼體的內(nèi)徑由下式計算：式中所一一傳熱管數(shù)目H管板利用率(正三角形排列，2管程，7片0.70.85)需要指出的是，由此計算的內(nèi)徑僅做參考，內(nèi)徑的可靠確定方法是按比例

20、在管 板上畫出隔板位置并進行排管，以此確定內(nèi)徑。£) = 1.*本次列管式換熱器設(shè)計中取管板利用率；7=0.75,則有：=1.05 x 32942/ 0.75 = 1191( mm)按卷制殼體的金級擋，取0=1250 (mm)六、折流板安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋 板圖2-2的形狀和間距必須適當(dāng)。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫 使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約 為外殼內(nèi)徑的1。40%,一般取25%,過高或過低都不利于傳熱。*本次列管式換熱器設(shè)計的

21、折流板取圓缺形，圓缺的高度為殼體內(nèi)徑的25% 即：h = 25%xl250= 312.5 (mm)故可取 h=320m (mm)折流板間距 B=0.3D=0.3xl250=375(mm)故可取 B=400 (mm)傳執(zhí)管長7000折流板數(shù)"廣焉施一=可65 = 16 (塊)七、其它主要附件及接管拉桿數(shù)量與直徑可查拉桿直徑與拉桿數(shù)表選取*本次列管式換熱器設(shè)計的內(nèi)徑為1250mm故其拉桿直徑為 中12,拉桿數(shù)量不得少于10個。在殼程入口處應(yīng)該設(shè)置防沖擋板，如圖2-3圖2-3換熱器流體進出口接管不宜采用軸向接管，但如果必須采用軸向接管時， 應(yīng)考慮設(shè)置管程緩沖擋板，而接管直徑取決于處理量和適

22、宜的流速，同時還應(yīng) 考慮結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性及強度要求。*本次列管式換熱器設(shè)計中，對于殼程流體進出口接管.若取接管內(nèi)流速為U) =10m/5,則接管內(nèi)徑為:匪 出221000/(360旦=0295 (m)V 加 3.14x10對于管程流體進出口接管，若取管內(nèi)流體流速叼 = 2.5m/s則接管內(nèi)徑為： ”93440 4 3600 0=0 3366-3.14x2.5圓整后，取殼程流體進出口接管規(guī)格為350x20,取管程流體進出口接管 規(guī)格為350x10第三章列管式換熱器工藝設(shè)計的核算§3.1傳熱能力的核算核算的目的在于驗證所設(shè)計的換熱器是否能打到規(guī)定的熱負(fù)荷，并留有一 定的傳熱面積裕度C1、殼程

23、流體傳熱膜系數(shù)的核算克恩提出的對于采用圓缺形折流板時殼程流體的傳熱膜系數(shù)的計算式為：./o=O.36-ReO55Pr,/3()°,4式中%管外傳熱膜系數(shù)，卬/產(chǎn)C；丸殼程流體的導(dǎo)熱系數(shù)，卬/加Cd,當(dāng)量直徑，m ；凡管外流動雷諾數(shù)；P,普蘭特常數(shù)，取定性溫度下的值流體定性溫度下的粘度，Par ；4流體壁溫下的粘度，Par而當(dāng)量直徑4隨管子的布置方式而變化，對于采用三角形排列的情況:式中t管間距m；d。傳熱管外徑，m凡3雷諾數(shù)o = "%-殼程流體的體積流量，加/5So = BDQ）式中 B-折流板間距，m；d0-管子外徑，m；t管子間距，m*本次列管式換熱器設(shè)計中的殼程流體

24、傳熱膜系數(shù)的核算：用克恩法計算，其中當(dāng)量直徑：4（ I1-4：） 4（ X0.0322 - 0.758 x 0.0252）3.14x0.025丸=二=0.02,n殼程的流通截面積：So = 80(1 - % = 0.45 xl.25x (1士產(chǎn)士在小公、古.221000/(3600x90) « /冗程流體的流速. = = 5.5ni/sU 1 乙 J 1雷諾數(shù)：叫普蘭特數(shù)：Pr0.02x5.5：90 = 66oooo1.5xlO-53.297 x 103x 1.5 x 10-5 .=1.7730.0279=10.l4 粘度校正4I 陽） =0.36&Re°55 pr

25、1/3（/L）°14 = 0.36x 0 0279x66OOOtf 55 x 1.773 =965卬/"產(chǎn)C4Z<0.022、管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的核算若管程為流體無相變的傳熱，則通常情況下用下式計算其傳熱膜系數(shù)：4 =0.023凡°8 Pr，d。 =0.3（流體被冷卻）n = 0.4（流體被加熱）適用條件為低粘度流體（< 2x10-3* 本次列管式換熱器的管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的核算：管程流體流通截面積： = 0.785 x0.022x471 =0.1479（/«2）管程流體流速：”, = 793440/(3600x994.3)=1.499/H/5雷諾數(shù)

26、：凡=0.14790.02x1.499x994.3= 40174普蘭特數(shù)：Pr =0.742x10"4.174x103x0.742x10-3故 q = 0.023 ± Pr04 = 0.023 x x 40174 08 x 4.96（U = 6565 w/產(chǎn)C d。0.023、污垢熱阻和管壁熱阻的核算由于目前處理物料種類繁多且操作條件復(fù)雜，以至于目前對污垢熱阻的選取主要憑經(jīng)驗數(shù)據(jù)（具體可查污垢熱阻的大致范圍表）而對于管壁熱阻的計算可采用下式計算：式中b傳熱管壁厚，m；4-管壁導(dǎo)熱系數(shù)，/c/w （查常見金屬材料到導(dǎo)熱系數(shù)表）* 本次列管式換熱器設(shè)計的污垢熱阻及管壁熱阻的核算

27、查污垢熱阻的大致范圍表，取管外側(cè)污垢熱阻& = 0.0004,產(chǎn)C/w管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 叫=0 0006 產(chǎn)C/w管壁熱阻（查表知碳鋼在設(shè)計條件下導(dǎo)熱系數(shù)約為50產(chǎn)C/w）450故總傳熱系數(shù)為：Rw =2'- = 0.00005 產(chǎn)C/w252520 6565 20+ 0.0004+0.00005- + 0.0006 += 4112 20c4、換熱面積裕度的核算在求的了平均傳熱溫差和中傳熱系數(shù)后，對于確定的熱負(fù)荷所需的傳熱面積 為：A - Q KA, 據(jù)此數(shù)值根據(jù)換熱器的實際傳熱面積可求出換熱器的面積裕度:/=4 一為保證換熱器操作的可靠性，一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于1520%

28、,否 則應(yīng)予以調(diào)整或重新設(shè)計，直至滿足設(shè)計要求為止。* 本次列管式換熱器換熱面積裕度的核算：所需的傳熱面積4 Q 1O12OX1O32A,=593/KA 411.2x41.5加本次換熱器設(shè)計的實際傳熱面積：4=%/°/N.r = 3.14 x 0.025 x 10 x942 = 740m2故該換熱器的面積裕度為：f = 4-4/ = 740-593 =28%/ 4740因此該換熱器的設(shè)計符合要求，能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。§3.2壁溫的核算有些情況下，傳熱膜系數(shù)與壁溫有關(guān)，在這種情況下，計算傳熱膜系數(shù)需先 假定壁溫.求得傳熱膜系數(shù)后再核算壁溫。另外，計算溫差應(yīng)力，檢驗所設(shè)計 的換熱

29、器型式是否合適，是否需要加設(shè)溫度補償裝置等均需核算壁溫。對于穩(wěn)定的傳熱過程，如果忽略污垢熱阻，則有Q = %/“(7； 一兀)=acAc(tw-t,n)式中Q換熱器熱負(fù)荷，w；T, -熱流體平均溫度，C° ；兀-熱流體側(cè)的管壁溫度，C°；tin一冷流體的平均溫度，C°；Q冷流體側(cè)的管壁溫度，CT；%-熱流體側(cè)的傳熱膜系數(shù)，卬/產(chǎn)C ；%一冷流體側(cè)的傳熱膜系數(shù)，卬/產(chǎn)C ；4-熱流體側(cè)的傳熱膜面積，/；4-冷流體側(cè)的傳熱膜面積，/當(dāng)管壁熱阻很小時，用下式計算壁溫：Tm(一+凡)+乙”(十()._ 4 2cn4%*本次列管式換熱器設(shè)計的壁溫核算：因管壁很薄，且熱阻很小

30、，故管壁溫度可由上式計算。并且由于本次設(shè)計 換熱器用循環(huán)水做冷卻劑，當(dāng)冬季操作時循環(huán)水進口的溫度會明顯降低，為確保安全可靠取循環(huán)水進口溫度為150,出口溫度為36C。計算壁溫。并且取兩側(cè) 污垢熱阻為零來計算。于是有：式中tm = 0.4/2 4-0.6/j =0.4 x 36 + 0.6x15 = 234刀” =J 5 + 4)=；(100+50) = 75 ca. =a； = 6565vv/7?2 Can =q)=965w/ C傳熱管平均壁溫：-5/6565 + 23.4,965 = 3°,c1/6565 +1/965而殼體溫度可以近似取味哦殼程流體的平均溫度：T=75C°

31、;A, =75 - 30.01 =45此溫差較大，故需設(shè)置溫度補償裝置。而由于換熱器課程流體的壓力較 高，因此需選用浮頭式換熱器。§ 3.3換熱器內(nèi)流體流動的阻力的核算1、管程流體阻力核算對于無相變的換熱器，管程流體的阻力等于流體流經(jīng)傳熱管直管阻力和換 熱器管程局部阻力之和，即：式中立 單程直管阻力；Ml-局部阻力；N,殼程數(shù)；Np-管程數(shù)；Ft直管阻力結(jié)垢校正系數(shù)(近似1.5) ； M管程總阻力其中3I =4笄(一般情況4取3)*本次列管式換熱器的設(shè)計中管程流體阻力的核算：根據(jù)設(shè)計計算.N, = l叫=2由/?(,= 40174 ,傳熱管相對粗糙度為0.01,查莫狄圖4=004,流

32、速 u = 1.499w/5 , p = 994.30kg/m3故：八 101.4992x 994.30.021.499% 994.32% =4p = 3x= 3351 .3Pa=0.04 xx= 22342P4管程流體阻力在允許范圍內(nèi)。2、殼程流體阻力核算：對于圓缺形折流板時殼程流體阻力采用貝爾方法計算:式中斗殼程總阻力；)流過管束的阻力；時流過折流板缺口的阻力；Ft殼程校正系數(shù)(對氣體1. 0,對液體1. 15)N,一一殼程數(shù)其中=尸血防+1號 ”=N£3.5言)乎*本次列管式換熱器的設(shè)計中殼程流體阻力的核算：取 N =l,4=1, %=3.5?/s,流體流經(jīng)管束的阻力損失：F

33、=0.5 人=5.0x 6565 出=0.6740Ng = 16 M = L IN；” = 1.1x1232 05 = 38.6? O2 x9OARj =0.5x0.6740 x38.6x(16 + l)x() = 39805 Pa流體流過折流板缺口的阻力損失：由 B=0.4m D= 1.25m 則:_ Z zo C 2B I")p2x0.4 2.02x90 _7 N w (3.5 )16 x (3.5 -) x8236 .oPci' B D 21.252總阻力損失：6 =39805+8236.8=4.8x1()4'由于所設(shè)計即日起殼程流體的操作壓力較高，故此阻力損失

34、也較適宜C第四章輔助設(shè)備的設(shè)計§4.1 管路系統(tǒng)原件的設(shè)計1、管件選取綜合操作條件下壓力、溫度以及經(jīng)濟的要求，選用壓力配管用碳素鋼管 STPG35. 38、42 (JIS G3454)2、管接頭、閥門、龍頭的選取由于單管的長度多為5m、6m或16ft (英尺)、20ft,而本次設(shè)計管長達 10m (非標(biāo)設(shè)計)，故管接頭的選取尤為重要。管接頭一般有焊接接頭和法蘭 街頭兩類。雖然在可裝卸接頭中螺旋式管接頭的應(yīng)用最為廣泛，但由于氣密性 和腐蝕性的問題不宜用于化工廠，所以本次設(shè)計選用法蘭作為管接頭。(具體 法蘭以及密封墊的尺寸可查表選用)閥門、龍頭的選取參照J(rèn)ISB20112062(注意標(biāo)明

35、閥的開度、開關(guān)方向，以 防由于操作失誤而發(fā)生事故)§4.2 泵的設(shè)計1、確定泵進出口的直徑泵吸入口的流速匕一般取為3m/s左右。從制造方便考慮，大型泵的流速取 大些，以減小泵的體積，提高過流能力。而從提高泵的抗汽蝕性能考慮，應(yīng)減 小吸入流速；對于高汽蝕性能要求的泵，進口流速可以取到1.0-2. 2m/s。*本次離心泵設(shè)計中取流速2. 2m/s,而冷卻水流量。= 793440 / 994.3 = 798 w3/ 則由下式計算進口直徑：= 358()4Q _ )4x798/36002.2x3.14出 口 直徑：Dd= 290（"?帆）2、泵轉(zhuǎn)速的確定從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式_ 5.6如

36、可知，轉(zhuǎn)速n和汽蝕基本參數(shù)徜和C有確定的關(guān)系（假定即給2.6） 則泵的安裝高度：6.9xl03- 90x9.80.4X103994.3x9.8 2.6 = 5.16(/?/)NPSHr = NPSHa/1. 3 = 2 (m)562相 _ 5.62hx 7798/3600一般的清水泵C值大致在8001000左右,選01000,則有n=1400 （rpm）3、確定泵的功率及工作效率首先確定比轉(zhuǎn)速（揚程H=60m）.3.65 ® _ 3.65 xl400x /798/3600s H估算容積效率：3/460V4= 111.61 + 0.68x111 寸= 0.94=0.938估算機械效率：

37、1 + 820/ 1 + 820/111.62估算水力效率（設(shè)計總效率70%）ih = - = 79.4%為 / 0.938x0.94軸功率n 39.8 X1O3X 798 x6010 rzPa = 164 KwIOOO77 1000x0.794x3600配套電機功率（K為工況變化系數(shù).K=l. ri. 2）p =陋=1.2x164 =197 K 卬4、選擇葉片數(shù)對于a=111.6（6 25。），取 Z=6（片）5、計算葉輪直徑% = %,。用通查泵產(chǎn)品設(shè)計規(guī)程圖得占0.20 匕=0.2 x 2x9.8x60 = 6.859?/ s求通過葉輪的流量。名稱油鉞 4曲承取由盟 后涪蜷桎: Q 79

38、8 / 3600v,O = = 0.236 m小 0.94求葉輪進口直徑：115IK言芟案軸窄J衣孟§4.2風(fēng)機的設(shè)計對于混合氣體輸入設(shè)備的選取，由于混合氣體壓力為6.9MPa,故普通的 通風(fēng)機和鼓風(fēng)機是無法完成輸送任務(wù)的，因此需選擇壓縮機來完成輸送任務(wù)。 理論上選擇活塞式壓縮機可在較高效率下完成輸送任務(wù)，但考慮設(shè)計難度以及 經(jīng)濟性，選擇離心式壓縮機。離心壓縮機主要由葉輪和機殼組成，小型壓縮機的葉輪直接裝在電動機 上，中、大型壓縮機通過聯(lián)軸器或皮帶輪與電動機聯(lián)接。離心式壓縮機一般為 單側(cè)進氣，用單級葉輪；流量大的可雙側(cè)進氣，用兩個背靠背的葉輪。由于離心式壓縮機的設(shè)計過程繁瑣，使用離心泵的設(shè)計思路無法完成設(shè)計 任務(wù)或設(shè)計不合理，因此直接選用BCL406型離心式壓縮機來完成混合氣體的 輸送任務(wù)（最高操作壓力以及操作溫度均在設(shè)計要求范圍內(nèi)）。年道網(wǎng)渣舞葉輪隔板用1 離心區(qū)組機姑構(gòu)刻第五章列管式換熱器設(shè)計一覽表換熱器型式：浮頭式換熱器換熱器換熱面積，/709工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水混合氣體操作壓力，MPa0.46.9操作溫