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　　1、西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 列管式換熱器的設(shè)計(jì) 目錄概述 - 2 -換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)- 3 -1. 確定設(shè)計(jì)方案- 3 -1.1選擇換熱器的類型- 3 -2工藝設(shè)計(jì)計(jì)算- 3 -2.1 熱通量的計(jì)算- 4 -2.2 的計(jì)算- 5 -2.3傳熱面積的計(jì)算- 5 -2.4管數(shù)的確定- 6 -2.5傳熱管排列和分程方法- 6 -26殼體直徑- 7 -2.7折流板- 7 -3換熱器核算- 8 -3.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)- 8 -3.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)- 9 -3.3污垢熱阻和管壁熱阻- 9 -3.4 總傳熱系數(shù)- 9 -3.5傳熱面積裕度- 10 -3.6換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力- 10 -

　　2、結(jié)束語(yǔ)- 13 -主要參考文獻(xiàn)- 14 - 概述隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世。 隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。如表2-1所示。 表2-1 傳熱器的結(jié)構(gòu)分類 類 型 特 點(diǎn) 間 壁 式 管 殼 式 列管式 固定管板式 剛性結(jié)構(gòu) 用于管殼溫差較小的情況（一般50），管間不能清洗 帶膨脹節(jié) 有一定的溫度補(bǔ)償能力，殼程只能承受低壓力 浮頭式 管內(nèi)外均能承受高壓，可用于高溫高壓場(chǎng)合 U型管式

　　3、 管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難 填料函式 外填料函 管間容易泄漏，不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓力較高的介質(zhì) 內(nèi)填料函 密封性能差，只能用于壓差較小的場(chǎng)合 釜式 殼體上部有個(gè)蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮 雙套管式 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場(chǎng)合和固定床反應(yīng)器中 套管式 能逆流操作，用于傳熱面較小的冷卻器、冷凝器或預(yù)熱器 螺旋管式 沉浸式 用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱 噴淋式 只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝 板面式 板式 拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體間換熱 螺旋板式 可進(jìn)行嚴(yán)格的逆流操作，有自潔的作用，可用作回收低溫?zé)崮?平板式 結(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，

　　4、要求流體干凈 板殼式 板束類似于管束，可抽出清洗檢修，壓力不能太高 混合式 適用于允許換熱流體之間直接接觸 蓄熱式 換熱過(guò)程分階段交替進(jìn)行，適用于從高溫爐氣中回收熱能的場(chǎng)合 換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)某合成廠的乙醇車間在節(jié)能改造中為回收系統(tǒng)內(nèi)精餾塔釜液的熱量，用其釜液將原料液從95預(yù)熱至125，原料液及釜液均為乙醇的水溶液，其操作條件列表如下：物料流量 kg/h組成（含乙醇量）mol%溫度 操作壓力MPa進(jìn)口出口釜液..9原料液 750.5試設(shè)計(jì)合適的換熱器。1.確定設(shè)計(jì)方案1.1選擇換熱器的類型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度95 出口溫度48；冷流體進(jìn)口

　　5、溫度35，出口溫度為75，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用列管式換熱器?？紤]到操作壓力較大，應(yīng)選用列管式換熱器中的浮頭式換熱器。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以**列管式換熱器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。1.2 管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使原料液走管程，釜液走殼程。但由于釜液較易結(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，所以從總體考慮，應(yīng)使原料液走殼程，釜液走管程。2工藝設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 熱通量的

　　6、計(jì)算對(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。故殼程混和氣體的定性溫度為冷流體的定性溫度：（35+75）/ 2 = 55熱流體的定性溫度：（95+46）/ 2 = 70.5查物性數(shù)據(jù)表得:（1） 55時(shí)乙醇的物性數(shù)據(jù): =992=0.562 =0.403 =3.7355時(shí)水的物性數(shù)據(jù)：=985.65 .= 0.562 =0.5195 =0.9975 密度 =909.09kg/m3 定壓比熱容 Cp4.198kJ/kg 熱導(dǎo)率 0.5408W/ m 粘度 0.26m Pas70.5時(shí)水的物性數(shù)據(jù)：=997.82 .= 0.574 =0.414 =1.0170.5時(shí)的乙醇

　　7、的物性數(shù)據(jù)：=998.2 .= 0.342 =0.314 =2.31物料密度(Kg/m)粘度（u/mpas）熱容Cp(KJ/Kg)導(dǎo)熱系數(shù)（W/m）3.5%的乙醇水溶液968.3520.7553.9530.%的乙醇水溶液976.9760.54.0770.6486（2）T2的計(jì)算：已知T=95. 35. ,m = Kg/h m= Kg/h Q = mcT = .077(75-35)= 1.6410J則=62.13熱流體的定性溫度：T = （95+62.13）/2 = 78.5652.2 的計(jì)算平均傳熱溫差式中： 求得初擬定采用雙殼程，偶數(shù)管程的浮頭

　　8、式換熱器。由圖查得修正系數(shù)=0.932.3傳熱面積的計(jì)算 求傳熱面積需要先知道K值，根據(jù)資料查得乙醇水溶液之間的傳熱系數(shù)在500 W/(.)左右.考慮到安全性問(wèn)題，留5%到15%的裕度，A=(1+15%)=309.692.4管數(shù)的確定現(xiàn)設(shè)管程流速為0.4m/s,管數(shù)為n，所需單管程管子采用252.5冷拔無(wú)縫鋼管。則管內(nèi)徑為0.02m.故：解得n=230由于所需換熱器為雙殼程，我們假設(shè)用兩個(gè)單殼程串聯(lián)，則單殼程的換熱面積為A/2=154.84.單管管長(zhǎng)為：m取管長(zhǎng)為6m則管程為:則換熱器管子的總根數(shù)為根2.5傳熱管排列和分程方法 換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形

　　9、錯(cuò)列和同心圓排列。 （A）（B）（C） （D） （E）圖 1-4 換熱管在管板上的排列方式(A) 正方形直列 （B）正方形錯(cuò)列 (C) 三角形直列 （D）三角形錯(cuò)列 （E）同心圓排列 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t=1.25d0，則 t=1.2525=31.2532隔板中心到離其*近一排管中心距離 S=t/2+6=32/2+6=22各程相鄰管的管心距為44。26殼體直徑 采用多管程，取管板利用率為0.7則殼體直徑為D=按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔殼體直徑應(yīng)取D=1200mm。合適2.7折流板 采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓

　　10、缺高度為： h=0.=400mm，故可取h=400mm取折流板間距B=0.3D，則 B=0.=360mm，可取B為360mm。折流板數(shù)目3換熱器核算 3.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用克恩法計(jì)算得： 管子按正三角形排列傳熱當(dāng)量直徑為：1.05殼程流通截面積： 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： 普朗特?cái)?shù)： 粘度校正：3.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 管程流體流通截面積：m管程流體流速：m/s 普朗特?cái)?shù)： 3.3污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 管壁熱阻按碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為48.8w/(mK)。所以：3.4 總傳熱系數(shù)3.5傳熱面積裕度 傳熱面積Ac為：該換熱器的實(shí)際傳熱

　　11、面積為該換熱器的面積裕度為：傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。3.6換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力（1）管程流體阻力 , , ( )由Re=.68.傳熱管相對(duì)粗糙度0.005，由參考文獻(xiàn)【1】查莫狄圖得，流速u=0.52m/s,所以直管壓降可按范寧公式計(jì)算 ： pa回彎管壓降由經(jīng)驗(yàn)公式得： 取Fs=1.3則 6971.16小于所以：管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。（2）殼程流體阻力： , 流體流經(jīng)管束的阻力： F=0.5 流體流過(guò)折流板缺口的阻力 其中h=0.4m，D=1.2m 則 總阻力：由于該換熱器課程流體操作壓力較大，所以課程流體阻力適宜。換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果

　　12、表：名稱管程殼程物料名稱熱流體冷流體操作壓力，MPa0.90.5操作溫度，95/62.1335/75流量，kg/h流體密度，kg/968..976流速，m/s0.40.382總傳熱系數(shù)，w/k822.42對(duì)流傳熱系數(shù)，w/k2984..16污垢系數(shù)，k/w0..阻力壓降，Pa6971..93程數(shù)22使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格252.5管長(zhǎng)mm6000管間距，mm32排列方式正三角形折流擋板型式上下間距，mm360殼徑D(DN)1200mm管數(shù)920換熱面積,309.69管程流通面積S，m0.072浮頭式換熱器結(jié)

　　13、構(gòu)圖結(jié)束語(yǔ)化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)個(gè)人綜合運(yùn)用本門(mén)課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練，也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。 在換熱器的設(shè)計(jì)過(guò)程中,我感覺(jué)我的理論運(yùn)用于實(shí)際的能力得到了提升，主要有以下幾點(diǎn)： (1)掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力； (2)樹(shù)立了既考慮技術(shù)上的**性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力； (3)培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力； (4)學(xué)會(huì)了用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。從設(shè)計(jì)結(jié)

　　14、果可看出，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，折流板數(shù)越多、殼徑越大，換熱面積要增大，才能保證Q和K.因此，換熱器尺寸增大，金屬材料消耗量相應(yīng)增大.通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)，我們可以知道，為提高傳熱效率，降低經(jīng)濟(jì)投入，設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇十分重要.主要參考文獻(xiàn)1 .陳敏恒、叢德滋、方圖南、齊鳴齋等編化工原理（第三版）上下冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社（2006）2 .申迎華、郝曉剛等編化工原理課程設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)出版社（2009）3 .譚天恩、竇梅、周明華等編化工原理（第三版）上、下冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社（2006）4 .任曉光、宋永吉、李翠清等編化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).化學(xué)工業(yè)出版社（2009）5 .吳俊、宋曉勇、韓粉女、丁建飛等編化工原理課程設(shè)計(jì).華東理工大學(xué)大學(xué)出版社（2011- 16 -

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