化工原理課程設(shè)計(jì)列管式換熱器設(shè)計(jì)

1、福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)授課時(shí)間：20102011年度 第 1 學(xué)期題 目： 列管式換熱器設(shè)計(jì) 課程名稱： 化工原理課程設(shè)計(jì) 專業(yè)年級(jí)： 食品科學(xué)與工程2007級(jí) 學(xué) 號(hào)： 070941114 姓名： 何純點(diǎn) 成 績： 指導(dǎo)教師： 廖益強(qiáng) 2010年12月25日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書食品科學(xué)學(xué)院班級(jí)：2007級(jí)食品科學(xué)與工程 課程名稱： 化工原理課程設(shè)計(jì) 填寫時(shí)間：2010年12月15日課程設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)題目：列管式換熱器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件：設(shè)計(jì)一列管式換熱器，采用冷卻水將飽和水蒸汽冷凝。冷卻水進(jìn)口溫度20，出口溫度40；冷卻水流量50000kg/h；蒸汽冷凝溫度130 ；蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系

2、數(shù)4000 w/(m2k)。設(shè)計(jì)內(nèi)容：管程數(shù)，管數(shù)，管長，殼體內(nèi)徑學(xué)生姓名學(xué)號(hào)何純點(diǎn) 070941114參 考文 獻(xiàn)1 匡國柱. 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20062 賈紹義，柴誠敬主編. 化工原理課程設(shè)計(jì). 天津：天津大學(xué)出版社，20023 蘄明聰，程尚模，趙永湘. 換熱器. 重慶：重慶大學(xué)出版社，19904 聶清德編. 化工設(shè)備設(shè)計(jì). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19915 袁林根. 機(jī)械工程手冊(cè)（第二版）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19976 王順平. 燒堿蒸發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)改造. 中國氯堿，2005，（1）：277 時(shí)鈞等主編. 化學(xué)工程手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19

3、96設(shè)計(jì)的基本要求、任務(wù)課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁。通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通、獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工單元操作的設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟，掌握化工單元設(shè)計(jì)的程序和方法，具備分析和決工程實(shí)際問題的能力。完成設(shè)計(jì)方案的簡介、換熱器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制工藝流程圖設(shè) 計(jì)進(jìn) 度安 排12月19日，布置任務(wù)，查閱、收集相關(guān)設(shè)計(jì)資料、參考文獻(xiàn)等；12月20日，完成設(shè)計(jì)計(jì)算；12月21日，完成設(shè)計(jì)說明書。指導(dǎo)教師（簽名）： 職稱： 系（教研

4、室）主任（簽名）： 主要符號(hào)說明（1）水蒸氣 汽化潛熱 r s1 kjkg-1 進(jìn)口溫度 t1 出口溫度 t2 密度 1 kgm-3 比熱容 cp1 kjkg-1 -1 黏度 1 mpas 熱導(dǎo)率 1 wm-1k-1 （2）冷卻水流量 ms2 kgh-1 進(jìn)口溫度 t1 出口溫度 t2 密度 kgm-3 比熱容 cp2 kjkg-1-1 黏度 2 mpas熱導(dǎo)率 1 wm-1k-1對(duì)流傳熱系數(shù) k w/(m2k) 傳熱量 q kjh-1平均溫差 tm 體積流量 v mh 管程給熱系數(shù) wm-2k-1殼程給熱系數(shù) wm-2k-1 流速 u ms-1雷諾數(shù) re潔凈河水的污垢熱阻 rs1 m2kw

5、-1飽和水蒸氣的污垢熱阻 rs2 m2kw-1目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1主要符號(hào)說明2目錄3設(shè)計(jì)說明書4一、設(shè)計(jì)題目4二、設(shè)計(jì)條件4三、設(shè)計(jì)內(nèi)容4四、設(shè)計(jì)說明41.計(jì)算傳熱量q、對(duì)數(shù)平均溫差tm52.初定傳熱面積a53.初選換熱器型號(hào)54.校核傳熱系數(shù)k6（一）求和6（二）求傳熱系數(shù)k的值65.校核傳熱面積a07設(shè)備布置流程圖7參考文獻(xiàn)8評(píng)分表9 福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院食科2007級(jí)化工原理課程設(shè)計(jì)說明書姓名 何純點(diǎn) 學(xué)號(hào) 070941114 一、設(shè)計(jì)題目列 管 式 換 熱 器 選 型 設(shè) 計(jì)二、設(shè)計(jì)條件1、設(shè)計(jì)一列管式換熱器，采用冷卻水將飽和水蒸汽冷凝。冷卻水進(jìn)口溫度20，出口溫度40；冷卻水流

6、量50000kg/h；蒸汽冷凝溫度130 ；蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)4000 w/(m2k)。2、已知冷卻水走管程，飽和水蒸氣走殼程。（忽略熱損失）三、設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)上述條件通過計(jì)算選擇一臺(tái)合適的列管式換熱器（需寫出換熱器的型號(hào)）。四、設(shè)計(jì)說明（1）飽和水蒸氣的物性數(shù)據(jù)近似按如下取值：汽化潛熱 r s1=1800 kjkg-1進(jìn)口溫度 t1=130出口溫度 t2=130密度 1=934.8 kgm-3比熱容 cp1=4.266 kjkg-1 -1黏度 1=0.21810-3pas=0.218 mpas 熱導(dǎo)率 1 =0.686 wm-1k-1（2）水的物性數(shù)據(jù)近似按如下取值：流量 m s2=50

7、000kgh-1進(jìn)口溫度 t1=20 出口溫度 t2=40密度 =（）/2=995.2 kgm-3比熱容 kjkg-1 -1黏度 2=(1.005+0.653)/2=0.829 mpas 熱導(dǎo)率 1 =(0.599+0.634)/2=0.617 wm-1k-11 計(jì)算傳熱量q、對(duì)數(shù)平均溫差tm(一)q的計(jì)算 q= mscpt =ms2cp2（t1t2 ）=500004.178（4020）=4178000kjh-1 =1160600w（二）tm的計(jì)算項(xiàng)目逆流ttttmt1=130t2=130 t2=40t1=20t= t1t290 tt2t1110tm（tt）/（lnt/t）99.67tm99.

8、67。2初定傳熱面積a蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)750 w/(m2k)。則所須傳熱面積為 a=q/（ktm）=1160600/(75099.67)=15.52m23初選換熱器型號(hào)由于兩物體的溫差較大，以采用浮頭式列管為宜。為了讓飽和水蒸氣更好地散熱，飽和水蒸氣應(yīng)該走殼程，水走管程。在決定管數(shù)和管長時(shí)，首先要選定管內(nèi)流速u2。按表611p203可查得冷卻水作為管程時(shí)的流速范圍為13.5 ms-1。取u21.0 ms-1，設(shè)所需單程管數(shù)為n，管徑為25mm2.5mm，管內(nèi)徑為0.02m。根據(jù)熱量衡算式q=ms1r s1ms2cp2（t2 t1）得 m s1=q/ r s1=4178000/1800=

9、2321.11kjh-1=644.75w v2= ms2/=50000/995.2=52.35mh由管內(nèi)體積流量得 v2nd22u2ms2/2 即n0.0221.0360052.35 mh得 n46.31 取n47 即單程管數(shù)為47根又由傳熱面積an dol15.52m2得單程管長l a/ndo15.52/(473.140.025) m=4.2m待添加的隱藏文字內(nèi)容3選用3m長的管，2管程，則一臺(tái)換熱器的總管數(shù)為47294根。查附錄十九1p277得相近浮頭式換熱器的主要參數(shù)如下表：項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑d(dn)500mm管尺寸25mm2.5mm管程數(shù)np（n）2管長l（l）3m管數(shù)n124管排

10、列方式正方形旋轉(zhuǎn)45中心排管數(shù)nc8管心距t32mm管程流通面積s20.0194 m2傳熱面積a28.3m2對(duì)表的數(shù)據(jù)進(jìn)行核算（1）每程管數(shù)n1 每程管數(shù)n1=總管數(shù)n/管程數(shù)=124/2=62 管程的流通面積sid22n10.022620.01947m2 與查得的數(shù)據(jù)相符合（2）傳熱面積aa doln3.140.025312429.2m229.2m2與所查得的28.3m2相比，稍大，這是由于管長的一小部分需用于在管板上固定管子。以查得的28.3 m2的為準(zhǔn)。（3）中心排管數(shù)nc 查得nc8，若按圖613（c）1p203排列,n最多為25。以下按正方形排列 nc=1.19=1.19=13.25

11、，取nc=144校核傳熱系數(shù)k(一) 求和（1）求管程給熱系數(shù)流速 ui= vi /(3600si)=40.2/(36000.0194)=0.576 ms-1雷諾數(shù) reidiuii/i0.020.576995.2/(0.82910-3)=13829pri=cpii /i4.2661030.21810-3/0.617=1.36作為粗略估計(jì)，用re104的公式算出值 由公式nu=0.023 re20.8pr2n ，且管內(nèi)流體被加熱,n取0.4 得nu1=0.023138290.81.360.4=53.43故 =nuii/di=53.430.686/0.02=1832.6 wm-2k-1(2)殼程

12、給熱系數(shù)=4000 wm-2k-1（二）求傳熱系數(shù)k的值以管外的表面積為基準(zhǔn)又查表551p145知 井水的污垢熱阻 rs1 =0.5810-3m2kw-1飽和水蒸氣的污垢熱阻 rs2=0.05210-3 m2kw-1得 1/1832.6(0.025/0.02)+0.58/1000(0.025/0.02)+0.052/1000+1/4000 1.7110-3m2k w-1故 ko=585wm-2k-15校核傳熱面積a0 所需的傳熱面積 a0=q/（kotm）=1160600/(58599.67)19.9m2 與換熱器列出的面積a28.3m2比較，從阻力損失和傳熱面積的核算看，原選的換熱器型號(hào)合適

13、。參考文獻(xiàn)：1化工原理.上冊(cè)/譚天恩,竇梅,周明華等編著. 3版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.42 賈紹義，柴誠敬主編. 化工原理課程設(shè)計(jì). 天津：天津大學(xué)出版社，20023 蘄明聰，程尚模，趙永湘. 換熱器. 重慶：重慶大學(xué)出版社，19904 聶清德編. 化工設(shè)備設(shè)計(jì). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19915 袁林根. 機(jī)械工程手冊(cè)（第二版）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19976 王順平. 燒堿蒸發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)改造. 中國氯堿，2005，（1）：277 時(shí)鈞等主編. 化學(xué)工程手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19968 匡國柱. 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院課程論文(設(shè)計(jì))評(píng)分表學(xué)生姓名： 何純點(diǎn) 學(xué)號(hào)： 070941114填表日期：_2010_年_12_月_27_日題目列管式換熱器設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)內(nèi)容評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分權(quán)值評(píng)定成績工作量工作量飽滿，能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)0.1