化工設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計列管式換熱器設(shè)計講解

化工設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計列管式換熱器設(shè)計講解化工設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計列管式換熱器設(shè)計講解化工設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計列管式換熱器設(shè)計講解V:1.0精細(xì)整理，僅供參考化工設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計列管式換熱器設(shè)計講解日期：20xx年X月列管式換熱器設(shè)計說明書設(shè)計者：班級：姓名：學(xué)號：日期：指導(dǎo)教師設(shè)計成績?nèi)掌谀夸浺?、方案簡介·······························································?方案設(shè)計································································4確定設(shè)計方案·····························································4確定物性數(shù)據(jù)·····························································4計算總傳熱系數(shù)···························································4計算傳熱面積·····························································5工藝結(jié)構(gòu)尺寸·····························································5換熱器核算·······························································7設(shè)計結(jié)果一覽表··························································10對設(shè)計的評述····························································11附圖（主體設(shè)備設(shè)計條件圖）（詳情參見圖紙）·································參考文獻································································12主要符號說明····························································12附圖··········································································一、方案簡介本設(shè)計任務(wù)是利用冷流體（水）給硝基苯降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產(chǎn)中用到的列管式換熱器.選擇換熱器時,要遵循經(jīng)濟,傳熱效果優(yōu),方便清洗,復(fù)合實際需要等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡單、堅固、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。所以首選列管式換熱器作為設(shè)計基礎(chǔ)。二、方案設(shè)計某廠在生產(chǎn)過程中，需將硝基苯液體從93℃冷卻到50℃。處理能力為1×105噸/年。冷卻介質(zhì)采用自來水，入口溫度27℃，出口溫度37℃。要求換熱器的管程和殼程的壓降不大于10kPa。試設(shè)計能完成上述任務(wù)的列管式換熱器。（每年按300天，每天24小時連續(xù)運行）1．確定設(shè)計方案（1）選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度93℃，出口溫度50℃冷流體。冷流體進口溫度27℃，出口溫度37℃。從兩流體溫度來看，估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會很大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。（2）流動空間及流速的確定由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，硝基苯走殼程。另外，這樣的選擇可以使硝基苯通過殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時，在此選擇逆流。選用ф25×的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=ｓ。2、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。殼程硝基苯的定性溫度為：管程流體的定性溫度為：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)。硝基苯在℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度ρo=1154kg/m3定壓比熱容cpo=(kg·℃)導(dǎo)熱系數(shù)λo=××10-5＝W/(m·℃)粘度μo=Pa·s冷卻水在32℃下的物性數(shù)據(jù)：密度ρi=m3定壓比熱容cpi=kJ/(kg·℃)導(dǎo)熱系數(shù)λi=W/(m·℃)粘度μi=Pa·s3．計算總傳熱系數(shù)（1）熱流量Wo=1×105×1000÷300÷24≈13889kg/hQo=WocpoΔto=13889××(93-50)=kJ/h=kW（2）平均傳熱溫差（3）冷卻水用量（4）總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)αo=290W/(m2·℃)；污垢熱阻Rsi=m2·℃/W,Rso=m2·℃/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45W/(m·℃)4、計算傳熱面積考慮15％的面積裕度，S=×S''=×=5、工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）管徑和管內(nèi)流速及管長選用ф25×傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=s，選用管長為3m（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)按單程管計算其流速為按單管程設(shè)計，流速過小，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。則該換熱器管程數(shù)為(管程)傳熱管總根數(shù)N=94(根)（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表?？傻闷骄鶄鳠釡夭睿?）傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，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=d0，則t=×25=≈32(mm)

橫過管束中心線的管數(shù)得到各程之間可排列11支管，即正六邊形可排6層。則實際排管數(shù)設(shè)為102根，其中4根拉桿，則實際換熱器為98根（5）殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η＝，則殼體內(nèi)徑為圓整可取D＝400mm（6）折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25％，則切去的圓缺高度為h＝×400＝100mm，故可取h＝100mm。取折流板間距B＝，則B＝×400＝200mm，可取B為200。折流板數(shù)NB=傳熱管長/折流板間距-1=3000/200-1=14(塊)折流板圓缺面水平裝配。（7）接管殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)硝基苯流速為u＝1..0m/s，則接管內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為108mm×11mm。管程流體進出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速u＝m/s，則接管內(nèi)徑為取ф76mm×無縫鋼管。6．換熱器核算（1）熱量核算①殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板，可采用凱恩公式當(dāng)量直徑，由正三角形排列得殼程流通截面積殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)粘度校正②管程對流傳熱系數(shù)管程流通截面積管程流體流速普蘭特準(zhǔn)數(shù)③傳熱系數(shù)K④傳熱面積S該換熱器的實際傳熱面積Sp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)。（2）換熱器內(nèi)流體的壓力降①管程流動阻力∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNpNs=1,Np=2,Ft=由Re＝，傳熱管相對粗糙度20＝，查莫狄圖得λi＝W/m·℃，流速ui＝s，ρ＝994.3kg/m3，所以管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。②殼程壓力降流體流經(jīng)管束的阻力流體流過折流板缺口的阻力殼程壓力降也比較適宜。三、設(shè)計結(jié)果一覽表換熱器形式：固定管板式換熱面積（m2）:工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱冷卻水硝基苯操作壓力，Pa未知未知操作溫度，℃27/3793/50流量，kg/h13889流體密度，kg/m31154流速，m/s傳熱量，kW總傳熱系數(shù)，W/m2·K傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）污垢系數(shù)，m2·K/W阻力降，Pa程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格ф25×管數(shù)98管長mm:3000管間距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距，mm200切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm400保溫層厚度，mm未知表格SEQ表格\*ARABIC1四、對設(shè)計的評述初次接觸化工原理課程設(shè)計，還荒謬地以為是像其他課程一樣是實驗類的，聽課的時候也一頭霧水，根本不知道該做什么，該怎么做，無從下手，只是覺得好難。有一段時間都在觀望。所以自己設(shè)計的時候只能是根據(jù)老師提供的模板，用新的數(shù)據(jù)代替舊的數(shù)據(jù)，其他的公式完全照抄，花了一天時間，終于把計算部分完成了。裕度15％，在合理范圍內(nèi)，但是，一看壓力降，徹底崩潰了，12多千帕，天啊，完全不合理。再細(xì)看模板和自己的設(shè)計的時候，發(fā)現(xiàn)了很多問題，我的設(shè)計根本是行不同，果真用這設(shè)計的話，也是謀財害命。所以我決定重新來過。這時離交作業(yè)還有三天，做出來的裕度居然一直都在50％以上，重新分析計算的過程中也出現(xiàn)了幾次錯誤，由于急于求成，算出來后的結(jié)果偏離太多，檢查才發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)了錯誤，而且老師給的模板里面也有一些錯誤，這樣照搬下去的一些公式就除了問題了，只好靜下來認(rèn)真地理解和消化原有的一些公式，這樣又一次重新算過。因此，有花了一天的時間在計算上。那么接下來就是畫圖了，由于學(xué)過機械制圖，以為畫圖比較簡單，5個小時左右可以完成，誰知道，畫圖更難，這主要是因為在設(shè)計的時候，沒有兼顧考慮到畫圖，因此設(shè)計出來的管數(shù)很難安排，冥思苦想了好久，換了好多方案，查了好多資料，換了多種排列方法，還是行不通。最終，只好把管數(shù)安排成易于排列的數(shù)目，才解決了這個問題。其實，在整個過程中，雖然遇到了很多問題，也犯了不少錯誤，但是自己真的學(xué)到了很多東西，比如word文檔公式的運用，比如如何使自己的設(shè)計更加合理，這就要求自己在設(shè)計前要詳細(xì)的考慮各種可能出現(xiàn)的問題和解決辦法，才能達到事半功倍的效果。我覺得，如何查找數(shù)據(jù)也很重要，假如自己查不到數(shù)據(jù)，接下來的工作完全沒辦法做，假如查的數(shù)據(jù)是錯誤的，那設(shè)計出來的東西也是錯誤的，而且很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。六、參考文獻《化工原理》，王志魁編，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.《化工設(shè)備設(shè)計》，潘國呂，郭慶豐編著，清華大學(xué)出版社，1996.《化工物性算圖手冊》，劉光啟等編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.《生物工程專業(yè)課程設(shè)計》，尹亮，黃儒強編.《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》《化學(xué)化工工具書》等.七、主要符