宋娟的化工原理課程設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)題 目 熱水冷卻器的設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 化學(xué)化工學(xué)院 指導(dǎo)教師 劉慧君 職 稱 教授 班 級(jí) 精工101 學(xué) 號(hào) 20104540125 學(xué)生姓名 宋娟 2013年1月10日化工原理課程設(shè)計(jì)題 目 熱水冷卻器的設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 化學(xué)化工學(xué)院 指導(dǎo)教師 劉慧君 職 稱 教授 班 級(jí) 精工101 學(xué) 號(hào) 20104540125 學(xué)生姓名 宋娟 2013年1月10日化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班級(jí)：精工101 設(shè)計(jì)人：宋娟計(jì)題目：熱水冷卻器的設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1處理能力 3000kg/h(熱水)2設(shè)備型式：鋸齒型換熱器3操作條件熱水：入口溫度80,出口溫度60冷

2、卻介質(zhì)：自來(lái)水，入口溫度32，出口溫度40允許壓強(qiáng)降：不大于105Pa二、 設(shè)計(jì)要求(一)、編制一份設(shè)計(jì)說(shuō)明書（打印稿），主要內(nèi)容包括：1. 前言；2. 流程的確定和說(shuō)明書（附流程簡(jiǎn)圖）；3. 生產(chǎn)條件的確定；4. 換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算，由熱平衡計(jì)算傳熱量的大小，并確定第二種換熱流體的用量并決定流體通入的空間。5. 算流體的定性溫度，以確定流體的物性數(shù)據(jù)。初算有效平均溫差。一般先按逆流計(jì)算，然后再校核。6. 計(jì)算傳熱系數(shù)K值，然后再作校核。7. 估傳熱面積。常取實(shí)際傳熱面積是計(jì)算值的1.5-1.25倍。8. 計(jì)算流體流動(dòng)阻力。如阻力超過(guò)允許范圍，需調(diào)整設(shè)計(jì)，直至滿意為止。選擇適宜的鋸齒型換熱器并進(jìn)

3、行核算。9. 附屬設(shè)備的選型和計(jì)算；10. 設(shè)計(jì)結(jié)果列表；11. 設(shè)計(jì)結(jié)果的討論和說(shuō)明；12. 注明參考和使用的設(shè)計(jì)資料；13. 結(jié)束語(yǔ)。 （二）繪制換熱器裝配圖1張 (手繪1#號(hào)圖紙)三、設(shè)計(jì)日期：2011年12月26日至2012年1月6日目錄 1 概述1.1 換熱器1.2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1.3 設(shè)計(jì)方案的確定1.3.1 設(shè)計(jì)流程圖1.3.2 工藝流程簡(jiǎn)圖1.3.3 換熱器的選型1.4 符號(hào)說(shuō)明2 鋸齒形板式熱水冷卻器設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算2.1 確定設(shè)計(jì)條件2.1.1 定性溫度的計(jì)算2.1.2 熱負(fù)荷的計(jì)算2.1.3 平均溫差的計(jì)算2.1.4 初估換熱面積及初選板型2.1.5 核算總傳熱系數(shù)K2.1

4、.6 傳熱面積S的計(jì)算2.1.7 壓降的計(jì)算 2.2鋸齒形板式熱水冷卻器的主要參數(shù)及計(jì)算結(jié)果3 課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的感想及收獲3 參考文獻(xiàn)1概述1.1換熱器 換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備。在生產(chǎn)中占有重要地位。它的主要功能是保證工藝過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器種類很多，若按換熱器傳熱面積形狀和結(jié)構(gòu)可分為管式換熱器和特殊形式換熱器。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各一相同，故換熱器的類型很多，特點(diǎn)不一、可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行選擇。本次設(shè)計(jì)為鋸齒形板式熱水冷卻器

5、。板式換熱器是由許多波紋形的傳熱板片，按一定的間隔，通過(guò)橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設(shè)備。板片組裝時(shí)，兩組交替排列，板與板之間用粘結(jié)劑把橡膠密封板條固定好，其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網(wǎng)形流道，換熱板片壓成各種波紋形，以增加換熱板片面積和剛性，并能使流體在低流速成下形成湍流，以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果。板上的四個(gè)角孔，形成了流體的分配管和泄集管，兩種換熱介質(zhì)分別流入各自流道，形成逆流或并流通過(guò)每個(gè)板片進(jìn)行熱量的交換。板式換熱器的特點(diǎn)包括：（1）體積小，占地面積少；（2）傳熱效率高；（3）組裝靈活；（4）金屬消耗量低；（5）熱損失?。唬?）拆卸、清洗、檢修方便；（7）缺點(diǎn)是密封周邊較長(zhǎng)

6、，容易泄漏，使用溫度只能低于150，承受壓差較小，處理量較小，一旦發(fā)現(xiàn)板片結(jié)垢必須拆開清洗。1.2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介根據(jù)設(shè)計(jì)要求:用入口溫度32 ，出口溫度40的循環(huán)水冷卻熱水（熱水的入口溫度85，出口溫度55），通過(guò)傳熱量、阻力損失傳熱系數(shù)、傳熱面積的計(jì)算，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值確定換熱器的工藝尺寸、設(shè)備型號(hào)、規(guī)模選定，然后通過(guò)計(jì)算來(lái)確定各工藝尺寸是否符合要求，符合要求后完成工藝流程圖和設(shè)備主體條件圖，進(jìn)而完成設(shè)計(jì)體系。設(shè)計(jì)要求：選擇一臺(tái)適宜的鋸齒形換熱器并進(jìn)行核算。下圖中左上角的為板式換熱器外形，右下角的是板式換熱器工作原理圖。圖1 圖21.3設(shè)計(jì)方案的確定1.3.1 設(shè)計(jì)流程圖確定物性常熟，熱負(fù)荷、冷

7、卻劑用量及平均溫差，確定換熱器類型及流體流動(dòng)空間 1估計(jì)傳熱系數(shù)，計(jì)算傳熱面積初值 2選擇板式換熱器板型 3 估計(jì)冷凝給熱系數(shù) 4 A A B C 計(jì)算管內(nèi)給熱系數(shù)核算冷凝給熱系數(shù) 5 總傳熱系數(shù)核算 6計(jì)算值與假定值相差不大折流板計(jì)算 7殼側(cè)壓降和管側(cè)壓降計(jì)算，并與設(shè)計(jì)壓力計(jì)算 8壓降小于設(shè)計(jì)壓力裕度系數(shù)校檢 9 裕度合適板式換熱器的選取注意：A.計(jì)算值與假定值相差較大 B壓降大于設(shè)計(jì)壓力 C.裕度過(guò)大或過(guò)小1.3.2工藝流程簡(jiǎn)圖鋸齒形板式熱水冷卻器 冷水 熱水 冷水 熱水 1.3.3換熱器選型冷熱流體溫度變化如下:熱流體進(jìn)口溫度85°C，出口溫度60°C；冷流體入口溫度

8、32°C,出口溫度40°C。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，初選BJ0.2鋸齒形波紋板片的板式熱水冷卻器。1.4符號(hào)說(shuō)明Pr普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次； Re雷諾準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次；a-對(duì)流給熱系數(shù)，W/（m2·）； S換熱面積，m2； Wh熱流體的質(zhì)量流量，kg·s-1 ； 平均傳熱溫差；K總傳熱系數(shù)，W/（m2·）； N管子總數(shù)；H傳熱面積裕度； 平均傳熱溫差，；Q換熱器的熱負(fù)荷，kw； 粘度, Pa·s；Ri垢阻熱阻，m2·/W； Ri導(dǎo)熱熱阻，m2·/W；w導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m2·）； b管壁厚度，mm;d換熱器直徑，

9、m； 密度,kg/m3Np管程數(shù)； Tm定性溫度，；L管子總長(zhǎng)，m； De當(dāng)量直徑,mm;ui循環(huán)水的流速，m/s； Wi冷卻水用量，Kg/h；Cph熱流體的平均定壓比熱，kJ/(kg·)2 鋸齒形板式熱水冷卻器計(jì)的參數(shù)計(jì)算2.1 確定設(shè)計(jì)條件將4000Kg/h的熱水從85冷卻至60，冷卻介質(zhì)采用自來(lái)水，入口溫度32，出口溫度為40，允許壓強(qiáng)降不大于105Pa。設(shè)計(jì)一臺(tái)鋸齒形板式熱水冷卻器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。2.1.1定性溫度的計(jì)算熱水：Tm=(85+60)/2=72.5 冷卻水：tm = (32+40)/2 = 36查化工原理上冊(cè)附錄，水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下表:表2.1 水的物

10、理性質(zhì)物性流體定性溫度Tm密度kg/m3粘度/10-3Pa·s比熱容kJ/(kg·K)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K)熱水72.5976.30.3944.1890.669冷卻水36993.60.7124.1740.6282.1.2計(jì)算熱負(fù)荷Q = Wh Cph (T1-T2)式中Wh = 4000kg/h = 1.11kg/sQ =1.11×4.189×(85-60)=116.24 kw 2.1.3計(jì)算平均溫差(按逆流計(jì)算) 2.1.4 初估換熱面積及初選板型查資料，可估K=1500W/m2。初估換熱面積初步選定BJ0.2鋸齒形波紋板片的板式熱水冷卻器，

11、其單通道流通截面積為0.00105m2，有效單片傳熱面積0.10m2。試選組裝形式,該組裝形式中4.0表示其公稱換熱面積為4.0m2；分子的4×6表示，熱水的程數(shù)為4，每程的流道均為6；分母的2×8冷卻水的程數(shù)為2，其流道為8。2.1.5計(jì)算總傳熱系數(shù)（1）計(jì)算熱水側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)熱水在流道內(nèi)的流速當(dāng)量直徑(波紋高度，即板間距)(在285014600之間)如果選用0.2m2鋸齒形波紋板片，則其傳熱熱系數(shù)的計(jì)算公式如下:（此公式適用于Re在285014600之間）(2)計(jì)算冷卻水側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)冷卻水的質(zhì)量流量冷卻水在流道內(nèi)的流速(適用Re在285014600之間)（此公式適

12、用于Re在285014600之間）（3）金屬板的熱阻R擬選用板材為不銹鋼（1Gr18Ni9Ti），其導(dǎo)熱系數(shù)w=16.8 W/m2.板的厚度估計(jì)為b=5mm（估計(jì)值），則 R=(4)污垢熱阻附錄 壁面污垢熱阻表2.2 冷卻水的壁面污垢熱阻冷卻水 單位：··W-1加熱液體溫度/115以下115205水的溫度/25以上25以下水的速度1以下1以上1以下1以上海水0.8598×10-40.8598×10-41.7197×10-41.7197×10-4自來(lái)水、井水、湖水1.7197×10-41.7197×10-43.439

13、4×10-43.4394×10-4蒸餾水0.8598×10-40.8598×10-40.8598×10-40.8598×10-4硬水5.1590×10-45.1590×10-48.598×10-48.598×10-4河水5.1590×10-43.4394×10-46.8788×10-45.1590×10-4（5） 總傳熱系數(shù)K2.1.6計(jì)算傳熱面積設(shè)備實(shí)際傳熱面積所需傳熱面積安全系數(shù)（裕度）H = 傳熱面積的裕度可滿足工藝與安全的需要，估該換熱器能夠完成生

14、產(chǎn)任務(wù)。2.1.7壓降計(jì)算查化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書換熱器，查得0.2m2的鋸齒形波紋板式熱水冷卻器的pu曲線圖（斜率m=1.67）。熱水側(cè)u1=0.180m/s時(shí)，ph=2732.8pa105pa,滿足壓強(qiáng)降要求；冷水側(cè)u2=0.417m/s時(shí)，pc=11281.5pa105pa,滿足壓強(qiáng)降要求。 故所選板式熱水冷卻器是合理的。2.2 鋸齒形板式熱水冷卻器主要技術(shù)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果根據(jù)生產(chǎn)條件及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算，所選的鋸齒形板式熱水冷卻器的主要技術(shù)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果如下表所示。表2.3 鋸齒形板式熱水冷卻器技術(shù)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果換熱器類型：鋸齒形板式熱水冷卻器換熱面積(m2)：3.9裕度：20%技術(shù)參數(shù)：物料名

15、稱熱水側(cè)冷水側(cè)操作壓強(qiáng),MPa0.030.11操作溫度, 85/6040/32流體密度, kg/m3976.3993.6流速,m/s0.1800.417總傳熱量,kW116.24總傳熱系數(shù),W/m2·1048.5對(duì)流傳熱系數(shù), W/m2·45767173污垢系數(shù),m2·K/W0.000171970.00017197推薦使用材料不銹鋼(1Cr18Ni9Ti )換熱器規(guī)格BJ0.2外形尺寸,長(zhǎng)×寬×高, mm625×235×5有效傳熱面積,m20.10波紋形式鋸齒形波紋波紋高度,mm5.0法向波紋節(jié)距,mm40流道寬度210mm

16、平均板間距,mm5.0平均流道橫截面積,m20.00105平均當(dāng)量直徑, mm10.03課程設(shè)計(jì)過(guò)程中感想及收獲 當(dāng)課程設(shè)計(jì)開始時(shí)，我對(duì)這個(gè)任務(wù)的感想是，就像滿身是刺的刺猬，不知如何下手。通過(guò)在圖書館借書，上網(wǎng)搜索資料，與同學(xué)之間進(jìn)行交流這些方法，才漸漸開始了解，并開始進(jìn)行設(shè)計(jì)。我所設(shè)計(jì)的是鋸齒形熱水冷卻器，書中對(duì)這個(gè)的介紹很少，能進(jìn)行參考的數(shù)據(jù)也很少。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)的我來(lái)說(shuō)，選型及組裝形式是很難的，在沒(méi)有任何解釋的情況下，我只能根據(jù)多個(gè)例子來(lái)推知其中的規(guī)律，而經(jīng)過(guò)查書，問(wèn)同學(xué)之后，了解到鋸齒形板式換熱器的型號(hào)只有BJ0.2。然后就是組裝形式，其實(shí)知道了總流道數(shù)的求法及數(shù)值之后，就簡(jiǎn)單多了，只是后面的步驟比較麻煩，需要設(shè)定不同的組裝形式，進(jìn)行計(jì)算，對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行檢對(duì)，看是否能適合生產(chǎn)條件及設(shè)計(jì)要求，如果適合，那么就可以確定組成形式；反之，就只能重新設(shè)定組裝形式，再重復(fù)之前的計(jì)算，直到能夠適合生產(chǎn)條件及設(shè)計(jì)要求，只要把這個(gè)過(guò)程想明白，設(shè)計(jì)就變得很簡(jiǎn)單了。在這次設(shè)計(jì)中，讓我了解到，交流十分重要，綜合不同的人對(duì)這次設(shè)計(jì)的不同的理解，會(huì)讓人考慮問(wèn)題更加全面；然后就是，書籍的重要，我們對(duì)這些