化工原理課程設計-水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設計

化工原理課程設計水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設計目錄1說明書 31.1 設計題目 31.2設計條件 31.3設計任務 32設計方案簡介 32.1選擇換熱器的類型 32.2管程安排 42.3流向的選擇 43流體物性的確定 43.1流體定性溫度的確定 43.2定性溫度下流體的物性 44工藝計算及主體設備設計計算及選型 54.1計算熱負荷和冷卻水量 54.2計算兩流體的對數平均溫度(暫按單殼程、多管程進行計算) 54.3初選換熱器規(guī)格 64.4折流板 75核算總傳熱系數 75.1管程傳熱系數 75.2殼程傳熱系數 75.3污垢系數 85.4總傳熱系數K 85.5傳熱面積裕度 95.6管壁溫度 96壓力損失的計算 96.1管程的壓力損失 96.2殼程的壓力損失 107輔助設備的計算及選型 107.1管箱 107.2封頭 107.3旁路擋板 107.4接管 107.5導流筒 117.6放氣孔、排氣孔 118設計結果一覽表 129對設計的評述 13參考文獻 141說明書設計題目用水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設計1.2設計條件(1)甘油處理量：Wc=58960kg/h、進口溫度：100℃，出口溫度：40℃、壓強降：＜101.3kPa(2)冷卻水進口溫度：25℃，出口溫度：35℃、壓強降：＜101.3kPa1.3設計任務(1)根據設計條件選擇合適的換熱器型號，并核算換熱面積、壓力降是否滿足要求，并設計管道與殼體的連接，管板與殼體的連接、折流板數目、形式等。(2)繪制列管式換熱器的裝配圖。(3)編寫課程設計說明書。2設計方案簡介2.1選擇換熱器的類型兩流體溫的變化情況:熱流體(甘油)進口溫度100℃出口溫度40℃;冷卻流體(水)進口溫度25℃出口溫度35℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷水，冬季操作時，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之溫度之差較大，因此初步確定選定浮頭式換熱器。2.2管程安排從兩物流的操作壓力看，應使甘油走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降；又因為被冷卻的流體走殼程，便于散熱。所以從總體上綜合考慮，應使冷卻循環(huán)水走管程，甘油走殼程。2.3流向的選擇當冷、熱流體的進出口溫度相同時，逆流操作的平均推動力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體，所需的傳熱面積較小。逆流操作時，冷卻介質溫升可選擇得較大因而冷卻介質用量可以較小。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。3流體物性的確定3.1流體定性溫度的確定甘油的定性溫度為℃水的定性溫度為℃溫度差為℃3.2定性溫度下流體的物性查表可知，在定性溫度70℃時，100%甘油的比熱容為2.620KJ/(kg.℃)，水的比熱容為4.187KJ/(kg.℃)，甘油的熱導率為0.286W/(m.K)，水的熱導率為0.667W/(m.K)，30℃時水的比熱容為4.187KJ/(kg.℃)，水的熱導率為0.6171W/(m.K)。在定性溫度下25%甘油的比熱容為：KJ/(kg.℃)kmix、kg、kw分別為25%甘油水溶液、甘油、水的熱導率pg為甘油水溶液的質量分數，Tmix為混合甘油的溶液的溫度具體各個溫度下的各個物質的物性參數如下表：表一流體T/℃ρ/(Kg/m3)μ/Pa.sCp/KJ/(kg.℃)]λ/[W/(m.℃)]甘油701228.3556.5*10-32.6200.286水70977.80.4061*10-34.1870.667水30995.70.8007*10-34.1780.61725%甘油701040.440.7225*10-33.800.5154工藝計算及主體設備設計計算及選型4.1計算熱負荷和冷卻水量熱負荷冷卻水量即4.2計算兩流體的對數平均溫度(暫按單殼程、多管程進行計算)℃圖SEQ圖表\*ARABIC1殼側單程、管側2程或2n程的換熱器溫差修正系數由上圖可查得溫度修正系數合理，故可用單殼程。矯正后的溫度℃4.3初選換熱器規(guī)格設總傳熱系數，故所需要傳熱面積為據此，由換熱器系列標準選定換熱器，相關參數如下表：殼徑（mm）1100管子直徑（mm）Φ25x2.5公稱壓強MPa2.5管長（m）4.5管程數(N)4管子總數（n）716管子排列方法正方形斜轉45°換熱管材料碳鋼管管程流通面積（m2）0.0562表二BES1100-2.5-243.4--4Ⅰ型浮頭式換熱器根據上述所選換熱器，其總傳熱面積可以查得為，則在此條件下總傳熱面積4.4折流板本設計中采用圓缺形擋板，擋板切口高度與直徑之比一般是0.15~0.45之間，且常見的是0.20和0.25這兩種，故選用0.25型。即擋板高度擋板間距，折流擋板數。5核算總傳熱系數 5.1管程傳熱系數由圖表一可知30℃時水的物性常數；；每程管程的側面積：；管程冷卻水的體積流量：；管程冷卻水流速：之間，故符合要求；，故管程內流體運動屬于湍流區(qū)對于管程中的冷卻水來說其被加熱，故管程傳熱系數5.2殼程傳熱系數取管心距為。則流體通過管間最大面積為管群排列方式為正方形斜轉45°，管群當量直徑為de殼程中0.25%甘油被冷卻，故取，故5.3污垢系數得查閱相關資料可得，管內外的污垢熱阻分別為5.4總傳熱系數K5.5傳熱面積裕度5.6管壁溫度根據相關資料查得時25%甘油的粘度為，時甘油的粘度為。對于殼體：故殼體壁溫可近似等于殼體流體的定性溫度即，殼體壁溫和傳熱管壁溫溫差，該溫差較大，需要溫度補償裝置，故選用浮頭式比較合理。6壓力損失的計算6.1管程的壓力損失設管壁粗糙度為，則相對粗糙度為，根據摩擦系數與雷諾數及相對粗造度的關系圖查得，管子排列方式為正方形斜轉45°，其中，，符合要求。6.2殼程的壓力損失7輔助設備的計算及選型7.1管箱因為D=1100mm,在1100mm≤D，所以應選選封頭管箱。7.2封頭因為D≥400mm，所以采用圓形封頭。7.3旁路擋板因為D=1100mm，在800mm—1200mm之間，所以旁路擋板數量選3對。7.4接管管程流體進出口接管：取接管內冷卻水流速u=2.0m/s，則接管內徑為，圓整后可取管徑為Ф251mm×6.0mm殼程流體進出口接管：取接管內25%甘油流速u=1.5m/s，則接管內徑為圓整后可取管內徑為Ф122mm×3.0mm7.5導流筒殼程流體的進出口和管板間必須存在有一段流體不能流動的空間（死角），為了提高傳熱效果，常在管束外增設導流筒，使流體進出殼程時必然經過這個空間。7.6放氣孔、排氣孔換熱器的殼體上常設有放氣孔、排氣孔，以排除不凝氣體和冷凝液等。8設計結果一覽表表3設計結果一覽表參數管程殼程流率(kg/s)89.47316.378進/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）997.051040定壓比熱容/[kJ/（kg?K）]4.1783.80粘度/（Pa?s）0.8007×10-30.7225×10-3熱導率（W/m?K）0.61710.515普朗特數6.075.35設備結構參數形式浮頭式殼程數1殼體內徑/㎜1100臺數1管徑/㎜Φ25×2.5管心距/㎜35管長/㎜4500管子排列正方形斜轉管數目/根716折流板數/個29中心排管數Nc21管程流通截面積Ai/m20.0562傳熱面積/㎡243.4折流板間距/㎜150管程數4材質不銹鋼主要計算結果管程殼程流速/（m/s）1.600.331表面?zhèn)鳠嵯禂?[W/（㎡?k）]6676.261275.10污垢熱阻/（㎡?k/W）0.0001720.000352阻力/KPa82.4322.45傳熱系數/[W/（㎡?K）]638.4裕度/%24.49對設計的評述知識必須運用到實踐中去，本次化工原理課程設計歷時兩周，是學習化工原理以來第一次獨立的工業(yè)設計?；ぴ碚n程設計是培養(yǎng)學生化工設計能力的重要教學環(huán)節(jié)，通過課程設計使我們初步掌握化工設計的基礎知識、設計原則及方法；學會各種手冊的使用方法及物理性質、化學性質的查找方法和技巧；掌握各種結果的校核，能畫出工藝流程、塔板結構等圖形；理解計算機輔助設計過程，利用編程使計算效率提高。在設計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產上的安全性和經濟合理性。在短短的兩周里，從開始的一頭霧水，到同學討論，再進行整個流程的計算，再到CAD圖紙繪制等過程的培養(yǎng)，我真切感受到了理論與實踐相結合中的種種困難，也體會到了利用所學的有限的理論知識去解決實際中各種問題的不易。我們從中也明白了學無止境的道理，在我們所查找到的很多參考書中，很多的知識是我們從來沒有接觸到的，我們對事物的了解還僅限于皮毛，所學的知識結構還很不完善，我們對設計對象的理解還僅限于書本上，對實際當中事物的方方面面包括經濟成本方面上考慮的還很不夠。在實際計算過程中，我還發(fā)現(xiàn)由于沒有及時將所得結果總結，以致在后面的計算中不停地來回翻查數據，這會浪費了大量時間。由此，我在每章節(jié)后及時地列出數據表，方便自己計算也方便讀者查找。在一些應用問題上，我直接套用了書上的公式或過程，并沒有徹底了解各個公式的出處及用途，對于一些工業(yè)數據的選取，也只是根據范圍自己選擇的，并不一定符合現(xiàn)實應用。因此，一些計算數據有時并不是十分準確的，只是擁有一個正確的范圍及趨勢，而并沒有更細地追究下去，因而可能存在一定的誤差，影響后面具體設備的選型。如果有更充分的時間，我想可以進一步再完善一下的。通過本次課程設計的訓練，讓我對自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認識，這對我們的繼續(xù)學習是一個很好的指導方向，我們了解了工程設計的基本內容，掌握了化工設計的主要程序和方法，增強了分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設計，還使我們樹立正確的設計思想，培養(yǎng)實事求是、嚴肅認真、高度負責的工作作風，加強工程設計能力的訓練和培養(yǎng)嚴謹求實的科學作風更尤為重要。我還要感謝老師對我們的教導與幫助，感謝同學們的相互支持。限于我們的水平，設計中難免有不足和謬誤之處，懇請老師批評指正。參考文獻[1]楊祖榮，劉偉