化工原理課程設(shè)計(jì)――列管式換熱器的設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)題目：用水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 者：班級(jí) * 姓名 * 學(xué)號(hào) * 指導(dǎo)教師 * 日期 2014年3月27日 設(shè)計(jì)成績(jī)：進(jìn)度 說(shuō)明書(shū) 圖紙 總分 西南科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院目錄一、 設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)條件 21 設(shè)計(jì)題目 22 設(shè)計(jì)條件 23 設(shè)計(jì)任務(wù) 2二、 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 21 選擇換熱器的類型 22 管程安排 33 流向的選擇 3三、 流體物性的確定 31 流體定性溫度的確定 32 定性溫度下流體的物性 3四、 工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 41 計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水量 42 計(jì)算兩流體的對(duì)數(shù)平均溫度 43 初選換熱器規(guī)格 54 折流板 6五、 核算總傳熱系數(shù) 6

2、1 管程對(duì)流傳熱系數(shù) 62 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 73 污垢系數(shù)得 84 總傳熱系數(shù)K 95 傳熱面積裕度 96 壁溫 9六、 壓力損失的計(jì)算 91 管程的壓力損失 102 殼程的壓力損失 10七、 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 111 接管 112 拉桿直徑和拉桿數(shù)量 113 放氣孔、排氣孔 12八、 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 12九、 對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述 13參考文獻(xiàn) 13一、設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)條件1設(shè)計(jì)題目用水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)條件(1甘油 處理量：33700kg/h、進(jìn)口溫度：100、出口溫度：40、壓強(qiáng)降：101.3kPa (2冷卻水進(jìn)口溫度：25、出口溫度：35 ，壓強(qiáng)降：101.

3、3kPa3設(shè)計(jì)任務(wù)(1根據(jù)設(shè)計(jì)條件選擇合適的換熱器型號(hào)，并核算換熱面積、壓力降是否滿足要求，并設(shè)計(jì)管道與殼體的連接，管板與殼體的連接、折流板數(shù)目、形式等。(2繪制列管式換熱器的裝配圖。(3編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1選擇換熱器的類型選擇固定管板式換熱器。2管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使甘油走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降；又因?yàn)楸焕鋮s的流體走殼程，便于散熱。所以從總體上綜合考慮，應(yīng)使冷卻循環(huán)水走管程，甘油走殼程。3流向的選擇當(dāng)冷、熱流體的進(jìn)出口溫度相同時(shí)，逆流操作的平均推動(dòng)力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體

4、，所需的傳熱面積較小。逆流操作時(shí)，冷卻介質(zhì)溫升可選擇得較大因而冷卻介質(zhì)用量可以較小。顯然，在一般情況下，逆流操作總是優(yōu)于并流。故選擇逆流為流向。三、流體物性的確定1流體定性溫度的確定對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。殼程25%甘油的定性溫度為：管程冷卻水的定性溫度為：2定性溫度下流體的物性根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)25%甘油在70下有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 =1048kg/m3比熱容 =3790J/(kg.導(dǎo)熱率 =0.57W/(m.黏度 =0.0007255Pa.s冷卻水在30下有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 =995.7kg/m3比熱容 =4

5、174J/(kg.導(dǎo)熱率 =0.6171W/(m.黏度 =0.0008012Pa.s四、工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型1計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水量（1）熱流量=33700×3790×(100-40=2128464J(2冷卻水量2計(jì)算兩流體的對(duì)數(shù)平均溫度暫按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算。逆流時(shí)，=-=100-35=65；=-=40-25=15對(duì)數(shù)平均溫度為R=6； P=0.133查圖表1得，溫差修正系數(shù)為圖表 1 殼側(cè)單程、管側(cè)2程的換熱器溫差修正系數(shù)3初選換熱器規(guī)格設(shè)總傳熱系數(shù)為K0=680 W/(m.K則所需的傳熱面積為A0=Q/(K0tm=2128464/(680×30

6、.69=101.99m2取面積A=102.4m2，據(jù)此，由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)（設(shè)換熱器為浮頭式）中選定換熱器，有關(guān)參數(shù)如表所示：殼徑D800mm管程流通面積0.0707m2管程數(shù)N2中心排管數(shù)23管子總數(shù)n450根管子尺寸ø25mm×2.5mm管長(zhǎng)L3m材料碳鋼10排列方式正三角形排列即總傳熱系數(shù)K：4折流板采用圓缺型折流板，去圓缺形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25×800=200mm假定折流擋板間距是殼體內(nèi)徑的0.3倍，則折流擋板間距，則可取 B=250mm折流板板數(shù)五、核算總傳熱系數(shù) 1管程對(duì)流傳熱系數(shù)水的質(zhì)量流速：50.99kg/

7、s則（湍流）普蘭特準(zhǔn)數(shù)：即>10000，則=2殼程對(duì)流傳熱系數(shù)管心距a=32mm流體通過(guò)管間最大截面積為當(dāng)量直徑，由正三角形排列得：普蘭特準(zhǔn)數(shù)：黏度校正,=3污垢系數(shù)得查2得管側(cè)、殼側(cè)的污垢熱阻分別取=0.000352 m2·/W =0.000172 m2·/W查1得，管子的熱導(dǎo)率為： =454總傳熱系數(shù)K=1.3K=7605傳熱面積裕度計(jì)算面積S:該換熱器的裕度為：%即傳熱面積裕度合適，且裕度為H=12.2%，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。6壁溫六、壓力損失的計(jì)算1管程的壓力損失圖表 3摩擦系數(shù)與雷諾數(shù) 及相對(duì)粗糙度/d的關(guān)系設(shè)管壁粗糙度又Re=18755，查圖表3得，

8、摩擦阻力系數(shù)0.037正三角形排列，其中=6.786101.3kPa管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。2殼程的壓力損失對(duì)正三角形排列，F(xiàn)=0.5；對(duì)液體，=1.15 ，殼程流體：即=0.7738=2.107101.3kPa殼程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。七、輔助設(shè)備的計(jì)算及選型1接管管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速u=2.0m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為180mm殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)25%甘油流速u=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為90mm以上資料均為查3所得。2拉桿直徑和拉桿數(shù)量拉桿直徑：12mm；拉桿數(shù)量：8根。3放氣孔、排氣孔換熱器的殼體上常設(shè)有放氣孔、排氣孔，以

9、排除不凝氣體和冷凝液等。八、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表表格 1 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表參數(shù)管程殼程流率(kg/s50.999.36進(jìn)/出口溫度/25/35100/40壓力/KPa<101.3<101.3物性定性溫度/3070密度/（kg/m3）995.71048定壓比熱容/kJ/（kgK）4.1743.790粘度/（Pas）0.8012×10-30.7255×10-3熱導(dǎo)率（W/mK） 0.61710.570普朗特?cái)?shù)5.4194.824設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/800臺(tái)數(shù)1管徑/25×2.5管心距/32管程接管/180×4.0殼程程接管/90&

10、#215;3.0管長(zhǎng)/3000管子排列正三角形管數(shù)目/根450折流板數(shù)/個(gè)11傳熱面積/102.4折流板間距/250管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）0.7550.124表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/（k）36561561污垢熱阻/（k/W）0.0001720.000352阻力/ Pa67861115傳熱系數(shù)/W/（K）677裕度/%12.2九、對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)，感概頗深，印象深刻，剛開(kāi)始，沒(méi)有一點(diǎn)頭緒，無(wú)從下手，于是就先看教材，網(wǎng)上找資料和模板。然后按照步驟一步步進(jìn)行。尤其是在計(jì)算K值時(shí)，第一次遇到如此棘手的問(wèn)題。大量的數(shù)據(jù)，不斷的查表、查圖、運(yùn)算，如此反復(fù)進(jìn)行，一次次地挑

11、戰(zhàn)自己的耐心和毅力，相信自己一定要算出合理的K值。現(xiàn)在想想，做工程師也不容易呀！這次化工原理課程設(shè)計(jì)給我留下了極深的印象，也讓我們有了很多的收獲?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)是旨在學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行一次綜合性訓(xùn)練。而這次我們進(jìn)行的是對(duì)換熱器的設(shè)計(jì)及選擇。本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)換熱器及其附件一起進(jìn)行設(shè)計(jì)的，不能單獨(dú)只考慮一個(gè)或幾個(gè)基本構(gòu)件的情況，要綜合考慮，對(duì)其各個(gè)因素進(jìn)行認(rèn)真考慮，整體構(gòu)思。將設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，設(shè)計(jì)題目來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際，具有很深的實(shí)際意義。團(tuán)隊(duì)協(xié)作，在這次課程設(shè)計(jì)中通過(guò)我和同學(xué)兩人的分工合作，同時(shí)相互請(qǐng)教，一起發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，讓我們有了更多從事設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力、分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題能力都得到了提高，為今后的工作做了必要的準(zhǔn)備，對(duì)我們有很大幫助。由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，加上時(shí)間倉(cāng)促，難免有錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1陳敏恒主編.化工原理（上冊(cè)）.第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2010.072黃建偉主編.普通物理實(shí)驗(yàn). 哈爾濱市：黑龍江教育出版社, 2009.033錢(qián)頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)M.