南京工業(yè)大學(xué)列管式換熱器材料工程原理課程設(shè)計(jì)剖析

1、南京工業(yè)大學(xué)材料工程原理B課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：列管式換熱器設(shè)計(jì)專業(yè)：高分子材料與工程班級(jí)：浦高材1203學(xué)號(hào)：23姓名：王逸飛日期：2014年12月22日2015年元月05日指導(dǎo)教師：莫立武教授設(shè)計(jì)成績(jī)：日期：南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)“列管式換熱器設(shè)計(jì)”任務(wù)書（一）設(shè)計(jì)題目列管式換熱器設(shè)計(jì)一一混合氣體處理能力226500kg/h（二）設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件為滿足某生產(chǎn)需要，需將混合氣體采用循環(huán)冷卻水冷卻，使混合氣體的溫度從100c冷去至48C,已知混合氣體的壓力為6.9Mpa,循環(huán)冷卻水的壓力為0.4Mpa,循環(huán)水入口溫度25C,出口溫度42C。要求處理混合氣體的流量為226500kg/h,試設(shè)計(jì)

2、一臺(tái)列管式換熱器，完成該設(shè)計(jì)任務(wù)。（三）混合氣體在各定性溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)：名稱密度P?(kg/h)熱容Cp?(KJ/kgC)導(dǎo)熱系數(shù)入？（w/mC）粘度科?(Pa*S)混合氣體903.2970.0279_51.5*10（四）循環(huán)冷卻水在各定性溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù):名稱密度p?(kg/m3)熱容Cp?(KJ/kgC)導(dǎo)熱系數(shù)入？（w/m）粘度科?(Pa*S)冷卻水994.304.1740.6240.679*10工南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)目錄第一章概述§ 1.1 熱器的應(yīng)用及主要類型4§ 1.2 管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)5第二章列管式換熱器工藝的設(shè)計(jì)及計(jì)算§ 2.1

3、 計(jì)方案初選6§ 2.2 算傳熱面積6§ 2.3 藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)8第二章列管式換熱器工藝設(shè)計(jì)的核算§ 3.1 能力的核算12§ 3.2 溫的核算15§ 3.3 熱器內(nèi)流體流動(dòng)的阻力的核算16第三章輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)§ 4.1 系統(tǒng)原件的設(shè)計(jì)17§ 4.2 的設(shè)計(jì)17§ 4.3 機(jī)的設(shè)計(jì)19第四章列管式換熱器設(shè)計(jì)一覽表20第五章設(shè)計(jì)總結(jié)21第七章參考文獻(xiàn)22第八章設(shè)計(jì)附圖23第九章答辯記錄及評(píng)語(yǔ)26南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)第一章概述§ 1.1 熱器的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，為實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞過程的設(shè)備統(tǒng)稱為換

4、熱器。它是化工、冶煉、機(jī)械和其它許多工業(yè)廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，特別是對(duì)于迅速發(fā)展的化工、煉油等工業(yè)生產(chǎn)來說，換熱器尤為重要。通常在化工廠的建設(shè)中，換熱器的投資約占總投資的1020%,在石油冶煉廠中約占全部工藝投資的4050%。換熱器的類型隨工業(yè)發(fā)展而擴(kuò)大，早期的換熱設(shè)備猶如制造水平和科學(xué)水平的限制，多有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱面積小和體積較大等的特點(diǎn)，后來列管式換熱器的誕生使其成為長(zhǎng)期以來化工生產(chǎn)中使用的典型換熱設(shè)備。表1-1換熱器的分類及主要性能比較分類名稱相對(duì)費(fèi)用耗用金屬(kg/m2)最高操作壓力(MPa)最高使用溫度(C)管殼式固定管板式1308410001500浮頭式1.2246U型管式1

5、.01填料函式1.28板式波紋板式162.8260360螺紋板式0.6504.01000板翹式165.7-269500管式蛇管沉浸式100100噴淋式0.81.16010套管式0.81.4150100800空冷式0.81.8箱管式0.50.7100其它板殼式246.4800南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)§ 1.2 管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)管殼式換熱器(列管式換熱器)適用于冷卻、冷凝、加熱、換熱、再沸、蒸發(fā)和廢熱回收等方面。由于其具有結(jié)構(gòu)牢、操作彈性大、可靠程度高、適應(yīng)性強(qiáng)、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在工程上使用廣泛，特別是在高溫高壓下。只有當(dāng)流量小、壓力與溫度低，特別是物流對(duì)碳鋼具有腐蝕性或粘度很高

6、時(shí)選用板式換熱器，如果流量小，但壓力或溫度較高時(shí)選用套管式換熱器。而具體的選用則需要綜合多種因素?fù)駜?yōu)選擇。常用列管式換熱器的基本構(gòu)型有一下幾種。(1)固定管板式換熱器換熱管束固定在兩塊管板上，管板又分別焊在外殼的兩端，管子、管板和殼體都是剛性連接。當(dāng)管壁與殼壁的壁溫相差大于50c時(shí),為減小或消除溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力，必須設(shè)有溫差補(bǔ)償裝置，比如波形膨脹節(jié)。周定管板式換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，制造成本低，管程可用多種結(jié)構(gòu)，規(guī)格范圍廣，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。因殼側(cè)不易清洗故不適宜較臟或有腐蝕性的物流的換熱，適用于殼壁與管壁溫差小于70C、殼程壓力不高、殼程結(jié)垢不嚴(yán)重、并且可以用化學(xué)方法清洗的場(chǎng)合。(2)浮頭式換熱器

7、一端管板與殼體固定，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由浮動(dòng)。殼體與管束對(duì)熱膨脹是自由的，因而殼體與管束之間無溫差應(yīng)力。為了浮頭部分便于檢修、安裝和清洗，浮頭端常常設(shè)計(jì)成可拆卸結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)要保證浮頭的密封，否則操作時(shí)無法知道內(nèi)浮頭端是否泄漏。浮頭式換熱器的應(yīng)用比較普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對(duì)費(fèi)用較高(3)U形管式換熱器管束彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，殼體與管束分開，僅有一塊管板，無浮頭，可以不考慮溫差補(bǔ)償。U形管式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管束可以從殼體內(nèi)抽出，便于管外清洗。但管內(nèi)清洗困難，故管內(nèi)必須是清潔和不易結(jié)垢的物流。管束中心存在空隙，流體易走短路從而影響傳熱效果。管板上排管數(shù)較少，U形管不能互換，結(jié)構(gòu)不緊

8、湊。(4)填料函式換熱器浮頭部分與殼體采用填料函密封。一是把填料函設(shè)置在浮頭端的接管處；二是把填料函設(shè)置在管板處；三是把浮頭伸出空調(diào)外設(shè)置成外填料函式。填料函式換熱器具有浮頭式的優(yōu)點(diǎn)，又克服了固定管板式的缺點(diǎn)，制造方便，易于檢修清洗。但是由于填料函密封性能的限制，目前只用于直徑700mm以下南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)的換熱器，大直徑很少采用，尤其在操作壓力和溫度較高時(shí)就更少采用。殼程內(nèi)不宜走易揮發(fā)、易燃、易爆及有毒物流。第二章列管式換熱器的設(shè)計(jì)及計(jì)算§ 2.1 計(jì)方案初選一、選擇換熱器類型考慮制造費(fèi)用、操作具體條件要求、維護(hù)費(fèi)用及清洗的難易程度的因素，初步選擇固定管板式換熱器(后續(xù)計(jì)

9、算表明應(yīng)該選擇浮頭式)。二、流程安排流程的安排應(yīng)該考慮到一下原則：1 .易結(jié)垢的流體應(yīng)走易清洗的一側(cè)。2 .有時(shí)在設(shè)計(jì)上要提高流體的流速來提高傳熱膜系數(shù)，在這種情況下應(yīng)將需提高流速的流體放在管程。3 .具有腐蝕性的流體應(yīng)走管程。4 .粘度大的流體應(yīng)走殼程。需要指出的是，以上要求常常不能同時(shí)滿足，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮其主要問題。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)的要求，由于冷卻水容易結(jié)垢，為便于清洗，應(yīng)使水走管程，混合氣體走殼程。從熱交換角度，混合氣體走殼程可以與空氣進(jìn)行熱交換，增大傳熱強(qiáng)度。選用25X2.5mm的10號(hào)碳鋼管。三、確定物性數(shù)據(jù)殼程混合氣體的定性溫度T:T?=100CT?=48CT=(T?+T?/2=7

10、4C管程冷卻水的定性溫度t:t?=25Ct?=42Ct=(t?+t?)/2=33.5C各物性數(shù)據(jù)如表2.1名稱密度P?(kg/h)熱容Cp?(KJ/kgC)導(dǎo)熱系數(shù)入？(w/mC)粘度科?(Pa*S)混合氣體903.2970.02791.5*10,名稱密度p?熱容Cp?導(dǎo)熱系數(shù)入？粘度科？(kg/m3)(KJ/kgC)(w/m)(Pa*S)冷卻水994.304.1740.6240.679*10*§ 2.2 算傳熱面積一、換熱器的熱負(fù)荷換熱器的熱負(fù)荷是指在確定的物流進(jìn)口條件下，使其達(dá)到規(guī)定的出口狀態(tài)，冷流體和熱流體之間所交換的熱量，或是通過冷、熱流體間壁所傳遞的熱量。在熱損失很小，可以

11、忽略不計(jì)的條件下，對(duì)于無相變的工藝物流，換熱器的熱負(fù)荷由下式確定：南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)QNmQiA式中Q0-熱負(fù)荷，kJ/h；m2-工藝流體的質(zhì)量流速，kg/h；Cpi-工藝流體的熱容，kJ/kgC；4-工藝流體的溫度變化，C* 由上式計(jì)算本次列管式換熱器設(shè)計(jì)的熱負(fù)荷：Q?=m1Cp14=226500M.297乂100-48）=38832006kJ/h=10787kw二、冷卻劑的用量冷卻劑的用量取決于工藝流體所需的熱量及冷卻劑的進(jìn)出口溫度，此外還與設(shè)備的熱損失有關(guān)。而對(duì)于流體被冷卻的情況，工藝流體所放出的熱量等于冷卻劑所吸收的熱量與熱損失之和，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為可靠起見，?？珊雎詿釗p失，以

12、下式計(jì)算冷卻劑用量：Qim2二CP2A2式中m2冷卻劑用量，kg/h；Cp2冷卻劑熱容，kJ/kgC；乂冷卻劑進(jìn)出口溫度的變化，C* 由上式計(jì)算本次列管式換熱器設(shè)計(jì)的冷卻劑用量：10787103m2=；4.174x103x（4225）=152.01kg/s=547270kg/h三、平均傳熱溫差平均傳熱溫差是換熱器的傳熱推動(dòng)力，其值不僅和進(jìn)出口溫度有關(guān)，而且與換熱器內(nèi)兩種流體的流型有關(guān)。對(duì)于逆流和并流，平均i示，即：At一Att二人mAtln一二式中At逆流Lm或并流的平均傳熱溫差，C；7差均可用換熱器兩端流體溫度的對(duì)數(shù)平均溫差表Ti.Tt-A（管長(zhǎng)）L（管長(zhǎng)）逆流2）笄流南京工業(yè)大學(xué)本科生課程

13、設(shè)計(jì)圖2-1t2=T？-tiA2=T?-t2逆流：Ai=T?t2并流：Ai=T?ti*按逆流計(jì)算本次列管式換熱器設(shè)計(jì)的平均傳熱溫差:tiAt2(10042)(4825)=U00-42137.8C1ntiln(4825)四、傳熱面積對(duì)于傳熱面積的估算可根據(jù)流體的具體情況，參考換熱器傳熱系數(shù)的大致范圍選取合適的K值，然后利用傳熱速率方程式，初步確定所需的傳熱面積：QiK：tm式中A估算的傳熱面積，m2;K選取的傳熱系數(shù)，w/m2C；Atm平均傳熱溫差，CQi換熱器的熱負(fù)荷，kw考慮到估算性質(zhì)的影響，常取傳熱面積為計(jì)算值的i.5i.i5倍。*根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，查列管式換熱器用作冷卻器時(shí)的K值范圍表

14、選擇總的傳熱系數(shù)K=350wm2/按逆流估算本次列管式換熱器設(shè)計(jì)的傳熱面積：一一_3AQii0787i0A=Ktm35037.82=8i5.3m2耀踴酷熱藕加Nt-Sit水水40D'2M號(hào)#h詞,訕1400、刎有我械0,巧1%攻4如捌僦。，加23-57D片鼠心TO臚J*颯麗靦以限唯第獷檎§2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)一、選擇管徑及管內(nèi)流速若選擇較小管徑，管內(nèi)傳熱膜系數(shù)可以提高，而且對(duì)于同樣傳熱面積來說可以減小殼體直徑。但管徑小，流動(dòng)阻力大，機(jī)械清洗困難，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)具體情況選用合適的管徑。根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求及查常用換熱管的規(guī)格和尺寸偏差表、列管式換熱器中不同粘度液體的最大流速表以及

15、列管式換熱器常用流速，選擇GB8i638（碳鋼）425父2.5取管內(nèi)流速ui=i.3m/s二、選擇管長(zhǎng)、確定管程數(shù)和總管數(shù)南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)選定管徑和管內(nèi)流速后，可由下式確定單程管數(shù):Vni式中二笛一diu4單程管數(shù)目；管程的體積流量，m3/s；傳熱管內(nèi)徑，m；管內(nèi)流體流速，m/s可得單程換熱器的管長(zhǎng)如下:Ln1：d式中L-按單程計(jì)算的管長(zhǎng),A-估算的傳熱面積，do管外徑，m如果按單程計(jì)算的管太長(zhǎng)，則應(yīng)該采用多程管，此時(shí)應(yīng)按實(shí)際情況選擇每程管的長(zhǎng)度。在選取管長(zhǎng)時(shí)應(yīng)注意合理利用材料，還要使換熱器具有適宜的長(zhǎng)徑比。列管式換熱器的長(zhǎng)徑比可在425范圍內(nèi)，一般情況下為610。確定了每程管子長(zhǎng)度

16、后即可求的管程數(shù)：N=Lpl式中式中*L按單程計(jì)算的管長(zhǎng)，m；L選取的每程管長(zhǎng)，m；Np管程數(shù)（必須取整數(shù)）則換熱器的總管數(shù)為：Nt=NpniNt換熱器總管數(shù)由上式分別計(jì)算本次列管式換熱器設(shè)計(jì)的管程數(shù)和傳熱管數(shù):V152.01/994.30n1=2=374.3=375（根）2,20.785父（0.02）2父1.3Z&u按單程管計(jì)算所需的傳熱管長(zhǎng)度：An/d°815.33.140.025375=27.7m因此按單程管設(shè)計(jì)時(shí)傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多程管結(jié)構(gòu)。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，去傳熱管長(zhǎng)l=7m,則該換熱器的管程數(shù)為：Np=L=子=4（管程）傳熱管總數(shù)Nt=375X4=1500（

17、根）三、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)換熱器的平均傳熱溫差由下式計(jì)算：口_熱流體的溫降T2-冷流體的溫升t2-t1R冷流體的溫升t2-t1兩流體最初溫差T1-t1南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)也VJ:10,前賊oeMia00e其中溫差校正系數(shù)論與流體的進(jìn)出口溫度有關(guān)，也與換熱器的殼程數(shù)及管程數(shù)有關(guān)(y值可查溫差校正系數(shù)圖)。而一般要求值不得低于0.8,否則會(huì)出現(xiàn)溫度交叉或溫度逼近的情況，此時(shí)應(yīng)該采用多殼程結(jié)構(gòu)的換熱器或多臺(tái)換熱器串聯(lián)。*本次列管式換熱器設(shè)計(jì)平均傳熱溫差的計(jì)算：R=100-48=3.0P=42-25=0.227、一42-25100-25按單殼程，雙管程，查溫差校正系數(shù)圖得t=0.91平均傳

18、熱溫差：Atm=&/1端逆=0.93父37.8=35.2由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8,同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適四、管子排列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、角形錯(cuò)列和同心圓排列，如下圖所示正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗。對(duì)于多管程換熱器,常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，米用正方形排列方式。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。管板與管子的連接可脹接或焊接0*本次列管式換熱器的設(shè)計(jì)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.

19、25d0=1.25父25=32(m-隔板中心到距離其最近一排管中心距離的計(jì)算：S=t+6=22(mm2即各程相鄰的管心距為22M2=44(mm)管束的分程方法，由于每程各有傳熱管375根，其前后管箱中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序按如圖選取。10南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)五、殼體內(nèi)徑采用多管程換熱器殼體的內(nèi)徑由下式計(jì)算:D=1.05tNTn式中Nt-傳熱管數(shù)目刈管板利用率(正三角形排列，2管程，n=0.7-0.85)需要指出的是，由此計(jì)算的內(nèi)徑僅做參考，內(nèi)徑的可靠確定方法是按比例在管板上畫出隔板位置并進(jìn)行排管，以此確定內(nèi)徑。* 本次列管式換熱器設(shè)計(jì)中取管板利用率=0.75,則有：D=1.05t/NL

20、=1.05父321500/0.75=1502.6(mm)Yn按卷制殼體的金級(jí)擋，考慮到管板利用率為0.75,取D=1500(mm)六、折流板安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板圖2-2的形狀和間距必須適當(dāng)。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過管束，使湍動(dòng)程度大為增加。0常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約圓缺為外殼內(nèi)徑的100%,.圓盤股取25%,過高或過低腺不利于傳熱25%折流板間距折流板數(shù)B=0.3D=0.3X1500=450(mm)Nb傳熱管長(zhǎng)折流板間距4501=14.5=14(塊)* 本次

21、列管式換熱器設(shè)計(jì)的折流板取圓缺形，圓缺的高度為殼體內(nèi)徑的即：h=25%父1500375(mm)七、其它主要附件及接管拉桿數(shù)量與直徑可查拉桿直徑與拉桿數(shù)表選取* 本次列管式換熱器設(shè)計(jì)的內(nèi)徑為1500mm故其拉桿直徑為616mm,拉桿數(shù)量不得少于10個(gè)。11南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)在殼程入口處應(yīng)該設(shè)置防沖擋板，如圖2-3圖2-3換熱器流體進(jìn)出口接管不宜采用軸向接管，但如果必須采用軸向接管時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置管程緩沖擋板，而接管直徑取決于處理量和適宜的流速，同時(shí)還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性及強(qiáng)度要求。* 本次列管式換熱器設(shè)計(jì)中，對(duì)于殼程流體進(jìn)出口接管，若取接管內(nèi)流速為ui=10m/s,則接管內(nèi)徑為：4V4226

22、500/(360090)D1=/=0.298(m)'二5.3.1410對(duì)于管程流體進(jìn)出口接管，若取管內(nèi)流體流速u2=2.5m/s則接管內(nèi)徑為：D2=0.312(m)4547270/(3600994.3)3.142.5圓整后，取殼程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為6400mmM20mm,取管程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為i350mm10mm第三章列管式換熱器工藝設(shè)計(jì)的核算§ 3.1 熱能力的核算核算的目的在于驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的換熱器是否能打到規(guī)定的熱負(fù)荷，并留有一定的傳熱面積裕度。1、殼程流體傳熱膜系數(shù)的核算克恩提出的對(duì)于采用圓缺形折流板時(shí)殼程流體的傳熱膜系數(shù)的計(jì)算式為：a0-0.36Re0.55Pr1

23、/3(4)0,4dew式中尊0管外傳熱膜系數(shù)，w/m2C；殼程流體的導(dǎo)熱系數(shù)，w/mCde當(dāng)量直徑，m；Re管外流動(dòng)雷諾數(shù);Pr普蘭特常數(shù)，取定性溫度下的值N流體定性溫度下的粘度，Pas;，流體壁溫下的粘度，Pas而當(dāng)量直徑de隨管子的布置方式而變化，對(duì)于采用三角形排列的情況：12南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)J32冗4de4(2t2一4d0)dd0式中t管間距，m；do傳熱管外徑，mR3雷諾數(shù)Uo=UVo殼程流體的體積流量，m3/sSoSo=BD(1_?)式中B折流板間距，m；do管子外徑，m；t管子間距，m本次列管式換熱器設(shè)計(jì)中的殼程流體傳熱膜系數(shù)的核算：用克恩法計(jì)算，其中當(dāng)量直徑：4(312

24、-do2)4(由父。.。322-o.758o.o252)de=二4_:二0.02mTtdo3.14M0.025殼程的流通截面積：2=0.147m2&=BD(1-生)=0.451.5(1_0.02t0.03殼程流體的流速:226500/(360090)=4.7m/s0.1477雷諾數(shù)：普蘭特?cái)?shù)粘度校正0.024.79051.510=56400035c3.2971031.510”Pr=1.7730.02790.141故a0=0.36Re0.55Pr1/3(一)0.14=0.360.0279564000501.7713=88-w/m2Cde%0.022、管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的核算若管程為流體無相變

25、的傳熱，則通常情況下用下式計(jì)算其傳熱膜系數(shù):ai=0.0232Re0.8Prndo式中n=0.3(流體被冷卻)13南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)n=0.4（流體被加熱）適用條件為低粘度流體（2<2xl0Pas）* 本次列管式換熱器的管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的核算：管程流體流通截面積：§=0.7850.022375=0.1178（m2）管程流體流速：u.547270/(3600M994.3)7298m/si0.1178雷諾數(shù)：Re=0.021.298994.3-30.67810二38015普蘭特?cái)?shù)：Fr=4.174103。6781014.540.624aj=0.023SRe。8Pr0.4=0.

26、023024380150.84.5404=6063w/m2Cd00.023、污垢熱阻和管壁熱阻的核算由于目前處理物料種類繁多且操作條件復(fù)雜，以至于目前對(duì)污垢熱阻的選取主要憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（具體可查污垢熱阻的大致范圍表）而對(duì)于管壁熱阻的計(jì)算可采用下式計(jì)算：式中b傳熱管壁厚，m；M-管壁導(dǎo)熱系數(shù)，mC/w（查常見金屬材料到導(dǎo)熱系數(shù)表）* 本次列管式換熱器設(shè)計(jì)的污垢熱阻及管壁熱阻的核算查污垢熱阻的大致范圍表，取管外側(cè)污垢熱阻R0=0.00026m2C/w管內(nèi)側(cè)污垢熱阻R1-0.000518c/w管壁熱阻（查表知碳鋼在設(shè)計(jì)條件下導(dǎo)熱系數(shù)約為50m2C/w）0.002550=0.000m5c/故總傳熱系數(shù)為:

27、Kt1R0RwR1與上包0.000260.00005_2c.=427w/mC2522.5125606320：0dmd1：1d1250.0058-204、換熱面積裕度的核算在求的了平均傳熱溫差和中傳熱系數(shù)后，對(duì)于確定的熱負(fù)荷所需的傳熱面積為：14南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)Qi據(jù)此數(shù)值根據(jù)換熱器的實(shí)際傳熱面積可求出換熱器的面積裕度:Ao-AnF二An為保證換熱器操作的可靠性，一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于1020%,否則應(yīng)予以調(diào)整或重新設(shè)計(jì)，直至滿足設(shè)計(jì)要求為止。*本次列管式換熱器換熱面積裕度的核算：所需的傳熱面積Q12Kt10787103.717.7m242735.2本次換熱器設(shè)計(jì)的實(shí)際傳熱面積：

28、2A0md0lNT=3.140.0257150082.7m2824.7-717.7717.7故該換熱器的面積裕度為：=14.9%因此該換熱器的設(shè)計(jì)符合要求，能夠完成生產(chǎn)任務(wù)§3.2壁溫的核算有些情況下，傳熱膜系數(shù)與壁溫有關(guān)，在這種情況下，計(jì)算傳熱膜系數(shù)需先假定壁溫，求得傳熱膜系數(shù)后再核算壁溫。另外，計(jì)算溫差應(yīng)力，檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的換熱器型式是否合適，是否需要加設(shè)溫度補(bǔ)償裝置等均需核算壁溫。對(duì)于穩(wěn)定的傳熱過程，如果忽略污垢熱阻，則有Q-nAn(Tm-Tw)-cAc(tw-tm)式中Q換熱器熱負(fù)荷，W；Tm-熱流體平均溫度，；Tw-熱流體側(cè)的管壁溫度，C;tm-冷流體的平均溫度，C；tw-冷流

29、體側(cè)的管壁溫度，C；3n熱流體側(cè)的傳熱膜系數(shù)，w/m2c；«c冷流體側(cè)的傳熱膜系數(shù)，w/m2C；An熱流體側(cè)的傳熱膜面積，m2;Ac冷流體側(cè)的傳熱膜面積，m2當(dāng)管壁熱阻很小時(shí)，用下式計(jì)算壁溫：_1_1_Tm（一-Rc）tm（一-Rn）+:c11RcRn*本次列管式換熱器設(shè)計(jì)的壁溫核算：因管壁很薄，且熱阻很小，故管壁溫度可由上式計(jì)算。并且由于本次設(shè)計(jì)換熱器用循環(huán)水做冷卻劑，當(dāng)冬季操作時(shí)循環(huán)水進(jìn)口的溫度會(huì)明顯降低，為確保安15南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)全可靠取循環(huán)水進(jìn)口溫度為15C,出口溫度為36c計(jì)算壁溫。并且取兩側(cè)污垢熱阻為零來計(jì)算。于是有：c1c1式中tm=0.4t20.6t1=0

30、.4420.615=25.8C_1_1Tm(T1T2)(10048)-74C222：c=二/=6063w/mCc:n=：0=884.8w/m2C傳熱管平均壁溫：=31.93C,74606325.8884.8t=1/60631884.8而殼體溫度可以近似取味哦殼程流體的平均溫度：T=75Ct=75-31.93=43C此溫差較大，故需設(shè)置溫度補(bǔ)償裝置。而由于換熱器課程流體的壓力較高,因此需選用浮頭式換熱器。§ 3.3 熱器內(nèi)流體流動(dòng)的阻力的核算1、管程流體阻力核算對(duì)于無相變的換熱器，管程流體的阻力等于流體流經(jīng)傳熱管直管阻力和換熱器管程局部阻力之和，即：舊=（RP2）NsNpFt式中AP-

31、單程直管阻力；與1-局部阻力；Ns殼程數(shù)；Np管程數(shù)；Ft直管阻力結(jié)垢校正系數(shù)（近似1.5）;%-管程總阻力其中P1=%L史41=1。（一般情況上取3）d122*本次列管式換熱器的設(shè)計(jì)中管程流體阻力的核算：根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，Ns=1Np=4由R=38015,傳熱管相對(duì)粗糙度為0.01,查莫狄圖Xi=0.04,流速u=1.499m/s,9=994.30kg/m3故：=P1lu2：11d12=0.0471.2982994.3x0.022=11140Pa31.2982994.32二2513Pa管程流體阻力在允許范圍內(nèi)2、殼程流體阻力核算：對(duì)于圓缺形折流板時(shí)殼程流體阻力采用貝爾方法計(jì)算:R=（R書歷電16

32、南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)式中%-殼程總阻力；AP。-流過管束的阻力；AR流過折流板缺口的阻力；Ft殼程校正系數(shù)（對(duì)氣體1.0,對(duì)液體1.15）Ns-殼程數(shù)其中P0=Ff°NTc(NB1)2UoPP=Nb(3.5-ZB.*本次列管式換熱器的設(shè)計(jì)中殼程流體阻力的核算:取Ns=1,Ft=1,U0=4.7m/s,流體流經(jīng)管束的阻力損失:NTC=1.1N05=1.115000.5=42.6V_24.7290Nb=14F=0.5f0=5.0564000”.228=0.24：P0=0.50.2438.6(141)()=77551Pa2流體流過折流板缺口的阻力損失：_2一4.790)=40358.

33、4Pa2由B=0.4mD=1.25m貝U:2Bu0：20.45P=Nb(3.5)=14x(3.5-D21.5總阻力損失：5、P=40358+77551=1.18父10Pa由于所設(shè)計(jì)即日起殼程流體的操作壓力較高，故此阻力損失也較適宜。第四章輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)§ 4.1 路系統(tǒng)原件的設(shè)計(jì)1、管件選取綜合操作條件下壓力、溫度以及經(jīng)濟(jì)的要求，選用壓力配管用碳素鋼管STPG35、38、42（JISG3454）2、管接頭、閥門、龍頭的選取由于單管的長(zhǎng)度多為5m、6m或16ft（英尺）、20ft,而本次設(shè)計(jì)管長(zhǎng)達(dá)10m（非標(biāo)設(shè)計(jì)），故管接頭的選取尤為重要。管接頭一般有焊接接頭和法蘭街頭兩類。雖然在可裝

34、卸接頭中螺旋式管接頭的應(yīng)用最為廣泛，但由于氣密性和腐蝕性的問題不宜用于化工廠，所以本次設(shè)計(jì)選用法蘭作為管接頭。（具體法蘭以及密封墊的尺寸可查表選用）閥門、龍頭的選取參照J(rèn)ISB20112062（&意標(biāo)明閥的開度、開關(guān)方向，以防由于操作失誤而發(fā)生事故）§ 4.2 的設(shè)計(jì)1、確定泵進(jìn)出口的直徑泵吸入口的流速匕一般取為3m/s左右。從制造方便考慮，大型泵的流速取大些，以減小泵的體積，提高過流能力。而從提高泵的抗汽蝕性能考慮，應(yīng)減小吸入流速；對(duì)于高汽蝕性能要求的泵，進(jìn)口流速可以取到1.0-2.2m/s。*本次離心泵設(shè)計(jì)中取流速2.2m/s,而冷卻水流量Q=547270/994.3=5

35、50.4m3/h則由下式計(jì)算進(jìn)口直徑:174550.4/36002.23.14南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)=297(mm)出口直徑：Dd=0.81Ds=241（mm）2、泵轉(zhuǎn)速的確定從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式一謁4可知，轉(zhuǎn)速n和汽蝕基本參數(shù)4和C有確定的關(guān)系（假定NpSH2.6）則泵的安裝高度：3二6.910一909.8_30.410994.39.8-2.6=5.16(m)NPSHr=NPSHa/1.3=2(m5.62n.,Q5.62n550.4/3600-342般的清水泵C值大致在8001000左右，選C=100Q則有n=800（rpm）3、確定泵的功率及工作效率首先確定比轉(zhuǎn)速（揚(yáng)程H=60m）3.65

36、nQ3.65800550.4/3600h3/4603/4-53.0估算容積效率:二11=11+0.68ns2310.6853.02/3=0.911820估算水力效率（設(shè)計(jì)總效率n=0.774P,二QH10009.810355460二91Kw10000.9943600估算機(jī)械效率:22ns21820/53.0270%07=99.4%mv0.910.774軸功率配套電機(jī)功率（K為工況變化系數(shù)，K=1.11.2）PC=KPa=1.2164=109Kw4、選擇葉片數(shù)18南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)對(duì)于=53.0（6250），取Z=6（片）5、計(jì)算葉輪直徑V0=KV0而H查泵產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)程圖1-1-15得K

37、v0=0.20V0=0.229.860=6.859m/s求通過葉輪的流量Q'求葉輪進(jìn)口直徑:554/36000.91=0.169m3/svD040.1693.146.859=177(mm)1弟仔阡轉(zhuǎn)一序號(hào)&g一H5-名稱-1軍品與密圭寸件C"蓑弟一養(yǎng);串由一那儲(chǔ)型金車由亭本差聯(lián)車由需吊焙蜘住II§4.2風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)于混合氣體輸入設(shè)備的選取，由于混合氣體壓力為6.9MPa,故普通的通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)是無法完成輸送任務(wù)的，因此需選擇壓縮機(jī)來完成輸送任務(wù)。理論上選擇活塞式壓縮機(jī)可在較高效率下完成輸送任務(wù)，但考慮設(shè)計(jì)難度以及經(jīng)濟(jì)性，選擇離心式壓縮機(jī)。離心壓縮機(jī)主要由葉輪

38、和機(jī)殼組成，小型壓縮機(jī)的葉輪直接裝在電動(dòng)機(jī)上，中、大型壓縮機(jī)通過聯(lián)軸器或皮帶輪與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接。離心式壓縮機(jī)一般為單側(cè)進(jìn)氣，用單級(jí)葉輪；流量大的可雙側(cè)進(jìn)氣，用兩個(gè)背靠背的葉輪。由于離心式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)過程繁瑣，使用離心泵的設(shè)計(jì)思路無法完成設(shè)計(jì)任務(wù)或設(shè)計(jì)不合理，因此直接選用BCL406型離心式壓縮機(jī)來完成混合氣體的輸送任務(wù)（最高操作壓力以及操作溫度均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)）。19南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)區(qū)工窩心江縮機(jī)量構(gòu)不第五章列管式換熱器設(shè)計(jì)一覽表?yè)Q熱器型式：浮頭式換熱器換熱器換熱面積，m2824.7工藝參數(shù)名稱殼程物料名稱循環(huán)水混合氣體操作壓力，MPa0.46.9操作溫度，C25/4248/100流量，Kg/h567270226500流體密度，Kg/m3994.390流速，m/s1.2984.7總傳熱系數(shù)，w/m2C427傳熱膜系數(shù)，w/m2C6063884.8污垢熱阻，w/m2C0.000580.00026流體阻力，Pa11140F77550程數(shù)4120南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)使用材料碳鋼碳鋼項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)管子規(guī)格625x2.5管數(shù)1500管長(zhǎng)，mm7000管間距，mm32:排列方式正三角形折流擋板型式上下?lián)Q熱面裕度19.8%切口高度25%缺口阻力，Pa40358保溫層厚度，mm無折流板間距，mm4