最新化工原理課程設(shè)計(jì)

1、作者：李彌 江西理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)：創(chuàng)建時(shí)間：2014/1/5 10:44:00江西理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書（論文）題目 用水冷卻乙酸甲酯列管式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱化工原理院（系、部、中心）資環(huán)學(xué)陵專業(yè)生物工程班級牛物111學(xué)生姓名李彌學(xué)號1120110553設(shè)計(jì)地點(diǎn)黃金樓2605指導(dǎo)教師肖隆文目錄一.符號說明1.1 物理量（英文字母） 11.2 物理量（希臘字母） 1二設(shè)計(jì)目的1三設(shè)計(jì)實(shí)例 2四確定設(shè)計(jì)方案21.1 .1選擇換熱器的類型 31.2 .流動(dòng)空間及流速的測定 .3五確定物性數(shù)據(jù) 3六.計(jì)算總傳熱系數(shù)6.1. 熱流量.46.2. 平均傳熱溫差46.3. .冷卻水用量.46.

2、4. 總傳熱系數(shù)k .4七計(jì)算傳熱面積 58 .工藝結(jié)構(gòu)尺寸.58.1.1 管徑和管內(nèi)流速 58.1.2 殼程數(shù)和傳熱殼數(shù) 68.1.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 68.1.4 傳熱管排列和分程方法 68.1.6 折流板 88.1.7 接管 89 .換熱器核算99.1.1 熱量核算 99.1.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 11十.設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 .12h一.總結(jié) .13n 指數(shù)n 管數(shù)s傳熱面積，m2t管心距，mu 流速，m/sp 密度，kg/m" 有限差值m平均一、符號說明：1.1 物理量（英文字母）b折流板間間距，mcp定壓比熱容，kj/（kgc）d 管徑，md換熱器內(nèi)徑，mf 摩

3、擦因數(shù)f 系數(shù)g 重力加速度，m/sp 壓力，pa;1.2 物理量（希臘字母）a 對流傳熱系數(shù)，w/（m c）入 導(dǎo)熱系數(shù)，w/（m c）w 粘度 pa s下標(biāo)0 管外二、設(shè)計(jì)目的 通過課題設(shè)計(jì)進(jìn)一步鞏固課程所學(xué)內(nèi)容， 培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識進(jìn)行 化工單元過程設(shè)計(jì)的能力，使學(xué)生能夠系統(tǒng)的運(yùn)用知識。通過本次設(shè) 計(jì)，學(xué)生應(yīng)該了解設(shè)計(jì)的內(nèi)容，方法及步驟，使學(xué)生具有調(diào)研技術(shù)資 料，自行確定設(shè)計(jì)方案，獨(dú)自設(shè)計(jì)計(jì)算，準(zhǔn)確繪制圖樣，編寫設(shè)計(jì)說 明。（三）設(shè)計(jì)實(shí)例操作條件：1、處理能力：二萬噸/年乙酸甲酯。2、熱流體：入口溫度88c,出口溫度42c。3、冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度28 c,出口溫度36c。4、允

4、許壓強(qiáng)降：不大于10kpa。殼程總壓力降小于5kpa,管程總壓力降小于10kpa5、每天24h連續(xù)運(yùn)行。（每年按300天計(jì)） 一年的工作日一般300340天。可以自行（四）確定設(shè)計(jì)方案選定。1選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體（乙酸甲酯）進(jìn)口溫度 88c,出口溫度42 c； 冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度28c,出口溫度36co改換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻， 冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較小，因此初步確定選用不帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。管內(nèi)流體流態(tài)最好完全 湍流。re>10000 d=0.02, a =0.001 , p =1000,故ui >0.5

5、m/ s2流動(dòng)空間及流速的測定由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，熱水（乙酸甲酯）走殼程。選用*25x2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取u=0.5m/s。（五）確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。t=" = 65c殼程乙酸甲酯的定性溫度為：2t=28±26 = 32c乙酸甲酯在65c下的物性數(shù)據(jù)循環(huán)冷卻水在32c下的物性數(shù)據(jù)密度 .3p o=873 kg/m密度 .3p i =995.7 kg/m定壓比熱 容cpo=1.97kj/(kg k)定壓比熱 容cp=4.174kj/(kg k)導(dǎo)熱系數(shù)入 i=0.1234w/(m k)導(dǎo)熱系數(shù)入 i=0.

6、621 w/(m k)粘度w o=0.0002435pa s粘度s=0.0008 pa s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)0（六）計(jì)算總傳熱系數(shù)管程流體的定性溫度為：21.熱流量wo=1 x20000x1000 +300+24«=2777.78kg/hqo=wocpo ato=2777.78x1.97x(88-42)=251722.22 kj/h=69.923kw2.平均傳熱溫差t'mt1 - t2,t1 ln t2(88 - 36) -(42 -28),88-36ln42-28=28.96c3.冷卻水用量88251722.22cpi%4.174 父(36-

7、28)=7538.40kg/h4236284.總傳熱系數(shù)k管程傳熱系數(shù)re/iuip=0.02 0.5 9957 :12446.250.0008c-)0.8( pii)0.4,i= 0.023 0.621 12446.250.80.02= 2642.66w/(m c)z 4174 0.0008、0.4« )0.621殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)ao=290 w/(m2 c );污垢熱阻 rsi=0.000344 m2 - c/w , rso=0.000172 m2 - c /w管壁的導(dǎo)熱系數(shù)入=45 w/(m c)k ：一-d+二 idi di dm.一 ,1+ rso+ ：o10

8、.0250.025 0.0025 0.0251+ 0.000344 x+ 0.000172+ 2642.66 0.0200.02045 0.0225290= 395w/(m。初選總傳熱系數(shù)395k w/(m" c)（七）、計(jì)算傳熱面積q :699232=6.11mk t'm395 28.96考慮 15%的面積裕度，s=1.15x s''=1.15x 6.11=7.03m2（八）、工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）管徑和管內(nèi)流速及管長選用6 25mmx 2.5mm傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速 ui=0.5m/s,選用管長為l=6m表3-1換熱器常用流速的范圍流速介質(zhì)循環(huán)水新鮮水一

9、般液體易結(jié)垢液體低黏度油局黏度油氣體管程流速，m/s1.02.00.81.50.53>1.00.81.80.51.5530殼程流速，m/s0.51.50.51.50.21.5>0.50.41.00.30.8215（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)ns =s =703*=14.9=15 根二* d0*l 3.14 0.025 6按單程管計(jì)算其流速為7538.40 /(3600 995.7)二 d2ns一 ， 一一 2 一3.14 0.0215=0.45m /s按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多殼管程結(jié)構(gòu)。先取傳熱管長l=6m,則該換熱器殼程數(shù)為np_ ui _

10、 0.5一 u 一 0.45：, 1管程)傳熱管總根數(shù)n=15*1=15 (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)88 -4236 -28468=5.7536 -2888 -28=8 = 0.1360轉(zhuǎn)熱管排列方式一一正方形直列按單殼程，單管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表。可得 ®a=0.96平均傳熱溫差tm = .t .：tm =0.96 28.96 =27.80c(4)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=1.25 d0,則t=1.25x 25=31.25= 32(mm)橫過管束中心線的管數(shù)nc =1

11、.1 一 15 =4.26 4根中心管束排列 4根管，即正六邊形可排 2 層，按照管心束5計(jì)算：扣除4根拉管， 因?yàn)槭菃纬趟圆挥贸ブ行墓苁?即：1+ (1+2) x 6=19, 19-4=15 根。六邊形中的管數(shù)為15根，再加上非正式排管1根所以實(shí)際需要16根管子(5)殼體內(nèi)徑采用單管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 4=0.7,則殼體內(nèi)徑為d =1.05tjn/ q=1.05 x32 x'15/0.7 = 155.5mm精確公式 d=t (nc-1) +3do=32* (4-1) +3*25=171mm圓整可取d = 200mmgb151 89鋼制管殼式換熱器(以下簡稱gb151)中的3.

12、9.3.2條規(guī)定：“折 流板的最小間距應(yīng)不小于圓筒內(nèi)直徑的五分之一，且不小于 50mm。最大間距應(yīng) 不大于圓筒內(nèi)直徑，且滿足表 3- 22的要求”。表 3 22mm換熱管外徑d1014192532384557最大無支撐距8001100150019002200250028003200(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 = 0.25x200= 50mm,故可取 h= 100mm。取折流板間距 b = 0.3d,則b = 0.3x200 = 60mm,可取b為100mm。折流板數(shù)nb=傳熱管長/折流板間距-1=6000/100-1=59(塊)折

13、流板圓缺面水平裝配。(7)接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)乙酸甲酯流速為u = 1m/s,則接管內(nèi)徑為4v；4 m 2777.80/(3600 m 995.7) n noyld10.034m,二 u 3.14 1取標(biāo)準(zhǔn)管管徑為30mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速u=1.5 m/s,則接管內(nèi)徑為,，4 7538.40/(3600m 995.7)d20.042m3.14 1.5取標(biāo)準(zhǔn)管管徑為40mm。(九)、換熱器核算(1) 熱量核算do殼程流通截面積殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為0.1324w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uoc 1970 0.

14、0002435 ”pr3.620.025、)=0.004m0.032so =bddo=0.1 父 0.2 t粘度校正（?。?.14/,- 3-2 一 2)4(0.0322 - 0.0252)=24= 0.020m3.14 0.0253 2-2 de=4(2t?do1000。50000reoo =0.36 reo0.55pr1/3( 一嚴(yán)odeow2777.80/(3600 m 873)八” ,0.22m /s0.0040.02 0.22 873157750.00024350.005rei0.02 0.420 995.7104550.00080.13240 551/3/2 人、oto=0.36m

15、 x 15775 . 父 3.62>m=745w/(m 。0.02管程對流傳熱系數(shù)二 i -0.023-i-rei0.8pr0.4 di管程流通截面積22si =0.785 0.022 16/1 =0.005m2管程流體流速ui7538.40/(3600 m 995.7)八,0.420m/s普蘭特準(zhǔn)數(shù)4174 0.0008 ，pr5.40.621c0.621”0.80.42 。廠、叼=0.023 黑黑10455 黑 5.4=2303w/(m ，c)0.02傳熱系數(shù)kk =do卜 r*+"+rs0+工 di dm：o0025 + 0.000344 父 2303 0.020= 39

16、2.34w/(m2。0.025 0.0200.0025 0.02545 0.0225,1+ 0.000172+ 745傳熱面積sq 二k；：tm69923392.34 27.802=6.41m該換熱器的實(shí)際傳熱面積spsp =ndoln =3.140.025父(6-0.06) x 16 7.46m2該換熱器的面積裕度為''要求在10%-30%sp -s7 46 -6 41h :100%=16.38%s6.41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 管程流動(dòng)阻力e a pi=( a p1+ a p2)ftnsnp ns=1, np=1, ft=1.4

17、_2_2p l ： u p ： up-f2=j_d 22由re= 10455,傳熱管相又t粗糙度0.01/20 = 0.0005,查莫狄圖得 =0.0375w/m c ,流速 ui = 0.420m/s, p =995.7 kg/m3,所以 r =0.03756995.7 0.4202 -0.02p2 =3995.7 0.4202：263.5pa988pa“ pi = (998 263.5) 1.4 1 =1766.1pa 二 5kpa 管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。殼程壓力降ftnsns =1, ft =1流體流經(jīng)管束的阻力p1 =f"c(nb 1)f =0.5f"5 157

18、75 "228 =0.5519 nc =4, nb =59,u0 =0.220p1 =0.5 0.5519 5 (59 1)873 0.2202=1749pa流體流過折流板缺口的阻力2b : uop2 = nb(3.5)d 2b = 0.1m, d = 0.2m,2b ： u2p2 = nb(3.5 - -)d 22 0.1-59 (3.5 )0.2873 0.2202 =3116pa總壓力降 工 apo =(1749 +3116)父1父1 =4865 pa<10kpa 殼程壓力降也在合理壓力降范圍內(nèi)。十、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表表格1換熱器形式：固定管板式換熱回積(m2) :6.41工

19、藝參數(shù)名稱殼程物料名稱一循環(huán)水乙酸甲酯操作壓力，pa0.3mpa0.5mpa操作溫度，c28/3688/42流量，kg/h7538.402777.78流體密度，kg/m3995.7873流速，m/s0.2200.420傳熱量，kw69.923總傳熱系數(shù)，w/m2 k392.34傳熱系數(shù)，w/(m2-c)2303745污垢系數(shù)，m2 k/w0.0003440.000172阻力降，pa1766.14865程數(shù)11推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格mm6 2mm<2.5mm管數(shù)15管長 mm:6000管間距，mm32排列方式正三角形折流板 型式上下間距，mm100切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm200保溫層厚度，mm7卜一、總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)，我對換熱器的結(jié)構(gòu)、性能都有了一定的了解，同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，我也掌握了一定的工藝計(jì)算方法。換熱器是化工廠中重要的化工設(shè)備之一，而且種類