化工原理課程設計

課程設計任務書流體熱流體冷流體流體組成苯水入口溫度T1=

℃t1=

℃

出口溫度T2=

℃t2=

℃流體流量Wh=

m3/h設計任務完成換熱器工藝設計計算與校核;完成換熱器結構設計與附屬設備選型；編制設計說明書；繪制換熱器裝配圖

設計內(nèi)容

確定設計方案；確定物性數(shù)據(jù)；換熱面積的計算；換熱器工藝結構尺寸計算；換熱器核算（傳熱系數(shù)；壁溫；壓降）；換熱器結構設計與附屬設備選型；換熱器裝配圖

設計說明書的寫法及裝訂順序目錄：為使人一目了然，了解整個設計內(nèi)容。一、設計任務書二、前言（相當于可行性報告）

可介紹列管式換熱器的分類，使用場合，優(yōu)缺點，常見結構，熱補償方式，流體通道選擇原則等，最后總結本設計所使用的換熱器類型，冷熱流體通道選擇等。三、換熱器工藝設計計算

1、確定物性數(shù)據(jù)確定流體在換熱器中兩端的溫度，計算定性溫度。查定或計算流體物性熱流體為苯，進口溫度t1

，出口溫度t2，求得平均溫度（定性溫度），查得該溫度（定性溫度）下苯的物性參數(shù)：ρh,μh,Cph,λh冷流體為水，進口溫度t1

，出口溫度t2，求得平均溫度（定性溫度），查得該溫度下水的物性參數(shù)：ρc,μc,Cpc,λc以上結果列表1進口溫度/℃出口溫度/℃定性溫度/℃密度/(kg/m3)粘度/(mPa·s)比熱容/[kJ/(kg·℃)]熱導率/[W/(m·℃)]苯水2、確定方案（1）選擇換熱器類型根據(jù)兩流體溫度變化情況選擇換熱器類型。（2）流動空間的確定根據(jù)課本上原則選擇流動空間。3、估算傳熱面積，初選換熱器（1）計算傳熱量及冷卻水用量（2）計算傳熱溫差：（3）初選K估（4）估算換熱面積（5）工藝結構尺寸的計算：

1.管徑和管內(nèi)流速2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)（圓整）按單管程計算，所需的傳熱管長度為：

當

宜，取換熱管長L=3m(6m),則該換熱器管程數(shù)為傳熱管總根數(shù)n為：

3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)

4.傳熱管排列及分程方法5.殼體內(nèi)徑6.折流板列表2,列出所選設備的主要參數(shù)外殼直徑管子尺寸公稱壓強管長公稱面積管數(shù)管程數(shù)管中心距管子排列方式

根據(jù)以上結果選設備

《鋼制列管式換熱器結構設計》管程對流傳熱系數(shù)：初選換熱器后還應校核所需換熱面與換熱器提供的換熱面比是否合理，阻力損失是否滿足要求。4、換熱器核算（1）核算傳熱系數(shù)：殼程對流傳熱系數(shù)αo則冷凝液膜溫為，這與其飽和溫度很接近，幫在平均膜溫下的物性可沿用飽和溫度下的數(shù)據(jù)。計算傳熱面積：管程阻力損失：直管阻力+局部阻力（ft結垢校正系數(shù)，hf1直管阻力損失，hf2回彎阻力損失，N管程數(shù)）（2）核算壓降：殼程阻力損失(3)壁溫校核核算壁溫時，一般忽略管壁熱阻，按以下近似公式計算：計算所得的若與假設相差大，則必需重新假設。三、換熱器結構設計《鋼制列管式固定管板換熱器結構設計手冊》《換熱器設計手冊》錢頌文化學工業(yè)出版社主要參考書：三、換熱器結構設計殼體管箱和封頭；分程隔板管板換熱管換熱管與管板的連接墊片膨脹節(jié)折流板與定距桿設備法蘭接管與開孔補強排氣管，排液管接管法蘭防沖擋板支座泵30/31一、確定設計方案的五個問題（一）列管式換熱器型式的選擇1.固定管板式換熱器（管板與殼體連成一體）說明：帶有補償圈的固定管板式換熱器固定管板式換熱器的膨脹節(jié)33/312.浮頭式換熱器（一端不與外殼連接，稱之為浮頭）34/313.U型管式換熱器（管子可自由伸縮）35/311.傳熱效果（粘度大或流量小者走殼程；待冷卻者走殼程；熱阻大者走殼程）2.設備結構（高壓者走管程；腐蝕性強者走管程）3.清洗方便（不清潔或易結垢者走管程，飽和蒸汽一般走殼程）在確定流體流動空間時，上述原則往往不能同時兼顧，應視具體情況抓住主要矛盾，如首先考慮流體的壓強、防腐蝕和清洗等要求，然后再通過傳熱與壓強降的計算予以確定。（二）流體流動空間的選擇（三方面考慮）列管式換熱器中常用的流速范圍流體的種類一般液體易結垢液體氣體m/s管程0.5~3>15~30殼程0.2~1.5>0.53~15列管式換熱器中不同粘度液體的最大流速液體粘度，mPa·s>15001500~500500~100100~3535~1<1最大流速，m/s0.60.751.11.51.82.4列管式換熱器中易燃、易爆液體的安全允許速度液體名稱乙醚、CS2、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮安全允許速度，m/s<1<2~3<10（三）流體流速的選擇37/31（四）流體出口溫度的確定進口溫度一般由加熱劑和冷卻劑的來源而定，出口溫度則需由設計者根據(jù)經(jīng)濟衡算后確定。對于采用冷卻水換熱，其兩端溫差不應低于5℃，對嚴重缺水地區(qū)，尤其是采用河水時，其出口溫度不應超過50℃。（五）管程數(shù)和殼程數(shù)的確定列管式換熱器標準系列中有1、2、4、6等四種管程，采用多管程時，合理的管長為1.5、2、3、6m。管長與殼體直徑之比L/D為4~6，水平放置時可大一些。38/311.管子在管板上的固定（脹接與焊接兩種，高溫高壓時亦采用脹焊結合）2.管子的排列（管子有兩種規(guī)格，排列有正三角形、正方形——正列與錯列）。3.管子的分程（每程管數(shù)大致相等，四程有平行和工字形兩種）（一）管程結構二、列管式換熱器的結構管外徑mm管心距mm各程相鄰管的管心距，mm192538253244324052384860常用管心距39/31（2）正方形直列（3）正方形錯列40/31（二）殼程結構1.殼體（φ<400mm用鋼管，φ>400mm用鋼板卷焊。殼程進口常設防沖板或緩沖板。進出口亦有設置導流筒）殼體直徑的計算（為橫過管束中心線上的管數(shù)，為管中心距）（為管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離）正方形三角形換熱器殼徑的標準尺寸公稱直徑，mm325400、500、600、700800、900、10001100、1200最小壁厚，mm81012142.折流擋板（改變流向，支撐管子，提高殼程流體α。有單缺口、雙缺口、三缺口折流板，盤與環(huán)折流板等，切去量為10%~40%，一般取20%~25%）擋板切口高度及板間距的影響43/313.其它部件進口接管及防沖板布置44/31（1）確定流體進入的空間（2）確定流體進出換熱器兩端的溫度，選擇列管式換熱器型式（3）計算流體的定性溫度，以確定流體的物性數(shù)據(jù)（4）計算熱負荷（5）計算平均溫差，并根據(jù)溫差校正系數(shù)不應小于0.8的原則，決定殼程數(shù)（6）選定總傳熱系數(shù)值（7）由傳熱速率方程初步計算出換熱器的傳熱面積，并確定換熱器的基本尺寸（及排列方式），或按標準系列選定設備規(guī)格。三、列管式換熱器的設計計算