換熱器課程設(shè)計

1、成績東南大學成賢學院課程設(shè)計報告題目冷卻異丙苯換熱器的設(shè)計課程名稱化工原理課程設(shè)計專業(yè)制藥工程班級xx制藥xx班學生姓名xxx學號xxxx設(shè)計地點xxx指導教師xxx設(shè)計起止時間：2018年8月27日至2018年9月14日目錄課程設(shè)計任務(wù)書1一、設(shè)計條件1二、設(shè)計說明書的內(nèi)容21 .前言32 .設(shè)計方案簡介52.1 換熱器的選擇52.2 流程的選擇52.3 物性數(shù)據(jù)53 .工藝計算63.1 試算及換熱器選型63.1.1 計算傳熱量61 計算兩流體的平均傳熱溫度71 計算P、R值71 彳w設(shè)K值71 估算面積91 管徑、管內(nèi)流速91 單程管數(shù)91 總管數(shù)91 管子的排列101 折流板101. 核

2、算傳熱系數(shù)102. 管程傳熱系數(shù)102. 殼程傳熱系數(shù)112. 污垢熱阻112. 總傳熱系數(shù)122. 計算傳熱面積122. .2.6實際傳熱面積122.3. 壓降計算12.管程壓降12.殼程壓降132.4. 核算壁溫132.5. 附件142. 接管142. 拉桿143.1 .換熱器結(jié)果一覽總表154.1 .附圖174.2. 符號表含義及單位174.3. 管子排列方式194.4. 換熱器裝置圖205.1 .參考文獻：206.1 .設(shè)計結(jié)果概要及致謝216.2. 結(jié)果216.3. 致謝22課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：冷卻異丙苯換熱器的設(shè)計一、設(shè)計條件1、處理能力：87萬噸/年2、設(shè)備型式：自選3、操作

3、條件：異丙苯：入口溫度120C,出口溫度為（學號末兩位+40）C,操作壓力0.3MPa（絕）冷卻介質(zhì)：自來水，操作壓力0.4MPa（絕）允許壓強降：不大于1M05Pa每年按300天計，每天24小時連續(xù)運行4.設(shè)計項目設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要論述。換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。主要輔助設(shè)備選型。i.繪制換熱器總裝配圖。二、設(shè)計說明書的內(nèi)容1、目錄；2、設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù)（任務(wù)書）；3、論述換熱器總體結(jié)構(gòu)（換熱器型式、主要結(jié)構(gòu)）的選擇；4、換熱器加熱過程有關(guān)計算（物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號、殼體直徑等）；5、設(shè)計結(jié)果概要（

4、主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等）；6、主體設(shè)備設(shè)計計算及說明；.前言在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱為換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。35%40%。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)改進及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。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，性能各異。在換熱器設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的

5、結(jié)構(gòu)尺寸。換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型的工藝設(shè)備。在化工廠，換熱器的費用約占總費用的10%-20%在煉油廠約占總費用35%-40%換熱器在其他部門如動力、原子能、冶金、食品、交通、環(huán)保、家電等也有著廣泛的應(yīng)用。因此，設(shè)計和選擇得到使用、高效的換熱器對降低設(shè)備的造價和操作費用具有十分重要的作用。換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過熱器等。換熱器按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。具中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，按照傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)特點又可分為管殼式換熱器、板面式換熱器和擴展表面式換熱器。換熱器類型很多，性能各異，從早期發(fā)展起來的列管式換熱器

6、到今年來不斷出現(xiàn)的新型高效換熱設(shè)備，各具特點。進行換熱器的設(shè)計，首先是根據(jù)工業(yè)要求選用適當?shù)膿Q熱器類型，同時計算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的傳熱面積，并確定換熱器的工藝尺寸。換熱器的類型雖然很多，但計算傳熱面積所依據(jù)的傳熱基本原理相同，不同之處僅在結(jié)構(gòu)設(shè)計上根據(jù)設(shè)備的特點采用不同的計算方法而已。列管式換熱器是目前應(yīng)用最廣泛的一種換熱設(shè)備，設(shè)計資料和數(shù)據(jù)比較完善，目前在許多國家已有系列化標準。列管式換熱器在換熱效率、緊湊型和金屬消耗量等方面不及其他新型的換熱器，但由于它有結(jié)構(gòu)牢固、適應(yīng)性大、材料范圍廣等獨特的優(yōu)點，因而在各種換熱器的競爭發(fā)展中仍占有絕對的優(yōu)勢。列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫

7、度差補償結(jié)構(gòu)來分，主要有固定板式換熱器、浮頭式換熱器、填料函式換熱器和U形管式換熱器。對于列管式換熱器，一般要根據(jù)換熱器流體的腐蝕性及其他特性來選擇結(jié)構(gòu)與材料，根據(jù)材料的加工性能、流體的壓力和溫度、換熱管程與殼程的溫度差、換熱器的熱負荷、檢修清洗的要求等因素決定采用哪一類型的列管式換熱器。確定列管式換熱器以后，對其各項參數(shù)進行總結(jié)說明。由于設(shè)計者水平有限，方案中難免有不妥和錯誤之處，希望老師給予指正.設(shè)計方案簡介換熱器的選擇在水冷卻異丙苯換熱器設(shè)計中，由于水和異丙苯的溫差較大和便于清洗殼程污垢，采用浮頭式列管式換熱器為宜。浮頭式換熱器的優(yōu)點為：管束可以拉出，便于清洗；管束的膨脹不受殼體的約束，

8、因而當兩種換熱流體的溫差相差較大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。流程的選擇在列管換熱器中，哪一種流體流經(jīng)管程，哪一種流經(jīng)殼程，關(guān)系到設(shè)備的使用是否合理?？紤]到冷卻水常用江河水或井水，比較臟，硬度較高，受熱后容易結(jié)垢，在管內(nèi)流體易于維持高速，可避免懸浮顆粒沉積。所以冷卻水應(yīng)該走管程。異丙苯冷物料一般走殼程，便于散熱。物性數(shù)據(jù)a.定性溫度：可取流體進出口的平均值殼程間異丙苯定性溫度為：T=皿產(chǎn)=96(C)管程冷卻水定性溫度為：t=亞產(chǎn)=25()b.根據(jù)定性溫度分別取殼程和管程流體的有關(guān)物性參數(shù)。異丙苯在96c的有關(guān)物性參數(shù)如下：密度：'0=796.96kg/m3定壓比熱容

9、Cpo=2.0332d/(kgC)導熱系數(shù)'o=0.1426W/(mK)粘度%=0.3563mPaS冷卻水在25c下相關(guān)悟性參數(shù)：密度q=995.6kg/m3定壓比熱容Cr=4.202kJ/(kgK)導熱系數(shù)i=0.613W/(mK)粘度)=0.8937mPaS.工藝計算試算及換熱器選型計算傳熱量=W°Cp0(T1-丁2)8700001032.0332(120-72)30024=11792560kg/h=3275.71KW計算冷卻水流量QCpt二3275.711(34.2021d10=77.9歙g/s=280641kg/h計算兩流體的平均傳熱溫度異丙苯120c72C冷卻水20

10、Cf30C溫差100C42C在這里我選取逆流的方式，100-42=66.859C計算P、R值t2-匕_30-20T1-t1-120-20=0.1T1Ft2-t1120-7230-20=4.8=0.983一、.R21,1-P,2-p(1R-R21)二In/InR-11-PR2-p(1R.R21)平均傳熱溫度矯正Ltm二'R+1。2=66.0979,2-P(1R-”R21)ln22-P(1R、R1)1mP<a-為3.1.5假設(shè)K值由異丙苯走殼程，冷卻水走管程且異丙苯區(qū)=0.5中有機物，查K值大致范圍表，取K=500W/(m2LK)管程殼程總傳熱系數(shù)/W/（m3C）水（流速為0.91.

11、5m/s）水（流速為0.91.5m/s）582698水水（流速較高時）8141163冷水輕有機物11<0.5mPa-s467814冷水中有機物11=0.51mPa-s290698冷水重有機物/I>1mPa-s116467鹽水輕有機物11<0.5mPa-s233582有機溶劑有機溶劑g=0.3-0.55mPa-s198233輕有機物a<0.5mPa-s輕有機物ii<0.5mPa-s233465中有機物11=0.51mPa-s中有機物ii=0.51mPa-s116349重有機物/I>1mPa-s重有機物ii>1mPa-s58233水（流速為1m/s）水蒸氣

12、（有壓力）冷凝23264652水水蒸氣（常壓或負壓）冷凝17453489水溶液2<2mPa-s水蒸氣冷凝11631071水溶液11>2mPa-s水蒸氣冷凝5822908有機物<0.5mPa-s水蒸氣冷凝5821193有機物g=0.51mPa-s水蒸氣冷凝291582有機物i>1mPa-s水蒸氣冷凝114349水有機物蒸氣及水蒸氣冷凝5821163水重有機物蒸氣（常壓）冷凝116349水重有機物蒸氣（負壓）冷凝58174水飽和有機溶劑蒸氣（常壓）冷凝5821163水含飽和水蒸氣的氯氣（50）174349水SO2冷凝8141163水NH3冷凝698930水氟里昂冷凝7563

13、.1.6估算面積3275.711050066.859=97.993.1.7管徑、管內(nèi)流速管徑選擇：選用颯5父2.5傳熱管（碳鋼）估算管內(nèi)流速：取管內(nèi)流速u估=1.10m/s3.1.8單程管數(shù)單程管數(shù)n20.02u477.96/7960.96=283.2定284（根）20.0221.1043.1.9總管數(shù)管長:二nd097.993.142840.025=4.394.5m確定管程按單程設(shè)計3.1.10管子的排列確定管子排列方法：采用正三角形排列管心距：t=1.25d0=1.2525=32mm穿過中心線管數(shù)：N1=1.1,284-9（根）殼體內(nèi)徑：D=1.05tn=1.0532284=676.7：6

14、80mm0.7則上=個=6.62在610之內(nèi)，符合要求。D0.683.1.11折流板折流板高度：h=0.25680=170mm折流板間距：B-0.5D=0.345680235mm板數(shù)：=竺00-1=21塊272核算傳熱系數(shù)3.2.1管程傳熱系數(shù)流通截面積3T3TS=-dn=-0.022284=0.0892m244流速Wi77.96/995.6uil=0.88m/sSi0.0892雷諾系數(shù)cduR0.020.88995.6八Rei-i,i-4-19606.76ii8.93710-4普朗特數(shù)cCpiJi4.2021030.893710-3Pr=i=6.13i0.613傳熱系數(shù)i0.80.4、工i=

15、0.023ReiPrdi0.14Puco/=0.02330.6519606.76086.130.41=3954.28w/(m20c)殼程傳熱系數(shù)當量直徑:4父(t2-d02)4父(x0.0322-0.7850.0252)de=24=2=0.020m二d03.140.025流通截面積：Sn=BD(1-電)=0.235父0.68父(1-'025)=0.031m20t0.032流速:W120833.33/(796.963600)u0=1.2m/s雷諾系數(shù)：傳熱系數(shù)：普朗特數(shù):Re。d0u0;000.0201.2796.968.93710”=30420.0cCp0J02.03321033.56

16、310工廠“Pr0=5.0800.1426,1=0.036Re0.55P103do-0.0360.1426430420.CT555.08310.020S00.035=1282.55w/(m20c)污垢熱阻管程水污垢熱阻Ri=0.00021m2/w殼程異丙苯污垢熱阻Ro=0.000176m2/wKo_do_二d1d0bd0-1R§Rso0.0253954.280.020.000210.0250.0200.00250.025+450.022510.0001721282.55=619KoK619500=1.2383.2.5計算傳熱面積di'dm二，oQKo-Mm3=83.04m23

17、275.711061966.0973.2.6實際傳熱面積A=二：dolNt=二：0.0254.5284=100.323?貝UA=100.3231.2在1.15-1.25的范圍之內(nèi)A十83.04壓降計算1.管程壓降Pt=PiPrFtNpNslu2-4.50.882P=i-"0.04995.6=3469.中ad20.022ui2-122：P產(chǎn)3-L:尸3995.6=2150.49&a22Ft=1.4對425M2.5mm的管子有$=1Np=1'Pt=4480.21493.41.411=7867.99105Pa2.殼程壓降Po=(RP2)FsNsFS=1.15Ns=1：0u2

18、.R=Ff°ncNb12-0F=0.5R=0.50.2557518.5321796.961.22二28552.84.：P2=Nb3.5-里*=223.5-35D20.68796.961.22二35458.2PO=28552.8435458.21.151=73612.696Pa105Pa3.4核算壁溫Tm=U=_22=96°Ctm=0.4t20.6t1=0.4300.620=24°CTm/二c/二h96/3954.2824/1788.01t=c-m-h=46.421/：c1/二h1/39540281/1788.01殼體平均溫度壁溫與傳熱管平均壁溫之差：96-46.4

19、2=49.58°Cnc=1.1284=18.53cNb=210228-0.228f0=5Re=530420.0=0.255753.5附件3.5.1接管殼程流體進出口接管內(nèi)徑d=異丙苯流速u0=1.2m/s=0.189m4120833.33/(995.63600)二1.2取d=200mm管程流體進出口接管內(nèi)徑d=水流速M=0.88m/s=0.3367m4280641.5/(995.63600)二0.88取d=340mm3.5.2拉桿殼體直徑D=0.68m殼拉最殼拉最體直徑桿直徑少拉桿體直徑桿直徑少拉桿/mm/mm數(shù)/mm/mm數(shù)2002501041100128查上表可得：拉桿直徑12m

20、m最少拉桿數(shù)64.換熱器結(jié)果一覽總表參數(shù)殼程流率(kg/h)280641.5120833.33進口溫度/C20120出口溫度/C3072壓力/MPa0.40.3物性參數(shù)定性溫度/K2596密度/(kg/m3)995.6796.96定壓比熱容/kJ/(kg?C)4.2022.0332粘度/(mPa?s)0.35630.8937熱導率(W/m?2)0.142640.613設(shè)<形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm680臺數(shù)1管徑/mm25管心距mm320管長/mm4500管子排列正三角形管教/根284折流板數(shù)/個21傳熱回積/m2100.323折流板間距mm235管程數(shù)1材質(zhì)碳鋼圓缺高度/mm15

21、0拉桿直徑及數(shù)量12mm,6接管/mm340200主要計算結(jié)果殼程流速/(m/s)0.881.2表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/(m2?C)3653.0281129.223污垢熱阻/(m2?C/W)0.000210.000176管壁熱阻/(m2?C/W)45阻力/Pa3954.281282.55熱a#/KW3275.71溫度校正系數(shù)0.983傳熱溫差/C66.097總傳熱系數(shù)ko/W/(m2?C)6195.附圖5.1符號表含義及單位字母意義單位Ti熱流體進口溫度CT2熱流體出口溫度Cti冷流體進口溫度Ct-2冷流體出口溫度CP密度kg/m3cP定壓比熱容kJ/kgk粘度Ns'm2九導熱系數(shù)w/mkQ

22、熱流量kJ/h或kWWh熱流體的質(zhì)量流量kg/hWc冷流體的質(zhì)量流量kg/h按逆流情況求得的對數(shù)平均溫差C溫度校正系數(shù)%平均傳熱溫差CA傳熱面積2mV流體的流量m3/hdi管子內(nèi)徑mNp管程數(shù)L按單程計算的管長ml選定的每程管長mNt換熱器的總根數(shù)D殼體內(nèi)徑mmt管心距mmNs殼程數(shù)Nb折流板數(shù)B折流板間距mmde當量直徑mS0殼體流通截面積2mSi管程流通截面積2mUo殼體流體流速msUi管程流體流速m；'sRe雷諾系數(shù)Pr普朗特數(shù)%殼程對流傳熱系數(shù)w；mC管程對流傳熱系數(shù)w，'mC冷卻水的污垢熱阻m2C/w%間二氯苯的污垢熱阻m2C/w九管壁的熱導率w/m.b管壁的厚度m工

23、如管程總壓力降Pa單程直管阻力PaP2單程局部阻力PaFt污垢校正系數(shù)Z駟殼程總壓力降PaF3流體流過管束的壓力降PaF如2流體流過折流板缺口的壓力降PaFs結(jié)垢校正系數(shù)F管子排列方式對壓力降的校正因數(shù)f0殼程流體的摩擦系數(shù)Nc橫過管束中心線管子數(shù)管子排列方式換熱器裝置圖6.參考文獻：.任曉光，化工原理課程設(shè)計及指導，天津大學出版社2009年1月.王志祥，制藥化工原理，化學工業(yè)出版社，2005年5月.馬江權(quán)，冷一欣化工原理課程設(shè)計（第二版），中國石化出版社2011年1月.付家新，王衛(wèi)國化工原理課程設(shè)計化學工業(yè)出版社2010年11月.申迎華，赤B小剛，化工原理課程設(shè)計化學工業(yè)出版社2009年5月.賈紹義，柴誠敬，化工原理課程設(shè)計(化學傳遞與單元操作課程