大豆油冷卻器的設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上廣 西 工 學(xué) 院化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 大 豆 油 冷 卻 器 的 設(shè) 計(jì)姓 名： 雷春宇 專 業(yè)： 食品科學(xué)與工程 班 級： 食品092班 學(xué) 號： 7 起 止 日 期：2011-11-012011-12-10 指 導(dǎo) 教 師（簽名）： 設(shè) 計(jì) 成 績： 日期 目 錄設(shè)計(jì)題目 第1頁 說明書編寫要求 第1頁設(shè)計(jì)任務(wù)書 第2頁一、設(shè)計(jì)方案 第3頁1.換熱器的選擇第3頁2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝流程第4頁3.流動空間及流速的確定第7頁二、確定物性數(shù)據(jù)第7頁三、計(jì)算總傳熱系數(shù) 第8頁1.熱流量第8頁2.平均傳熱溫差第8頁3.冷卻水用量第8頁4.總傳熱系數(shù)K 第8頁四、計(jì)算換熱

2、面積 第9頁五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 第9頁第10頁 11頁13頁 14頁設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（附圖） 第15頁主要符號說明 第15頁七、設(shè)計(jì)評述 第16頁參考文獻(xiàn) 第18頁評語 第29頁廣 西 工 學(xué) 院化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì)說 明 書設(shè)計(jì)題目：大豆油換熱器的設(shè)計(jì)說明書編寫要求：化工原理課程設(shè)計(jì)由說明書和圖紙兩部分組成。設(shè)計(jì)說明書為打印稿，包括所有論述、原始數(shù)據(jù)、計(jì)算、表格等，設(shè)計(jì)說明書一般不少于3000字，設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書裝訂于說明書的前頁，其設(shè)計(jì)說明書具體書寫格式及內(nèi)容如下:1、標(biāo)題頁2、設(shè)計(jì)任務(wù)書3、目錄4、設(shè)計(jì)方案簡介5、工藝流程草圖及說明6、工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)7、輔助設(shè)備的計(jì)算及選型8

3、、設(shè)計(jì)結(jié)果概要或設(shè)計(jì)一覽表9、對本設(shè)計(jì)的評述10、附圖（帶控制點(diǎn)的工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）11、參考文獻(xiàn)12、主要符號說明 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、 設(shè)計(jì)題目大豆油換熱器的設(shè)計(jì)二、 設(shè)計(jì)任務(wù)1、 處理量：13000kg/h 大豆油2、 設(shè)備型式：列管式（U型管）換熱器3、 操作條件：a. 大豆油：入口溫度133C，出口溫度40Cb. 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30C，出口溫度40Cc. 允許壓降：不大于105Pa三、 設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)一個U型管換熱器2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：a.熱力設(shè)計(jì) b.流動設(shè)計(jì) c.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) d.強(qiáng)度設(shè)計(jì)3設(shè)計(jì)步驟：1根據(jù)換熱任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計(jì)方案2初步確定

4、換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸3核算換熱器的傳熱面積和流體阻力4確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)四、設(shè)計(jì)原則：1傳熱系數(shù)較小的一個，應(yīng)流動空間較大，使傳熱面兩側(cè)的傳熱系數(shù)接近2換熱器減少熱損失3管、殼程的決定應(yīng)做到便于除垢和修理,以保證運(yùn)行的可靠性4.應(yīng)減小管子和殼體因受熱不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力.從這個角度來講,順流式就優(yōu)于逆流式5.對于有毒的介質(zhì)或氣相介質(zhì),必使其不泄露,應(yīng)特別注意其密封性,密封不僅要可 靠,而且應(yīng)要求方便及簡潔6.應(yīng)盡量避免采用貴金屬,以降低成本五、課程要求:1.要求每組成員共同進(jìn)行查閱資料,在計(jì)算、繪圖中進(jìn)行分工合作2.要求在12月10日前完成說明書的編寫和繪圖過程3.要求每人上交一份說明書,每組一

5、分圖紙（用A1圖紙繪制裝置圖一張：一個設(shè)備大圖，包含設(shè)備技術(shù)要求、主要參數(shù)、接管 表、部件明細(xì)表、標(biāo)題欄）一、設(shè)計(jì)方案方案簡介：列管式換熱器稱管殼式換熱器，是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種換熱設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固，耐高壓，可靠程度高、適應(yīng)性強(qiáng)，制造材料范圍廣；單位體積所具有的傳熱面積大并傳熱效果好；而且種類多，型號全，制造工藝比較成熟。因此在石油、化工生產(chǎn)中尤其是高溫高壓等大型換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式。因此，本次設(shè)計(jì)就對傳熱過程所用設(shè)備列管式換熱器進(jìn)行一次選型設(shè)計(jì)。列管式換熱器抗結(jié)構(gòu)可分為固定管板式，浮頭式、U形管式三種類型。選用時可根據(jù)應(yīng)用條件的不同及各自的優(yōu)缺點(diǎn)設(shè)計(jì)適宜的換熱器。 要設(shè)計(jì)一個較完善

6、的換熱器，除了能滿足傳熱方面的要求外，還力求傳熱效率高， 體積小、重量輕、消耗材料少，制造成本低，清洗維護(hù)方便和操作安全等。因此列管式換熱器的設(shè)計(jì)，首先必須根據(jù)化工生產(chǎn)工藝條件的要求通過化工工藝計(jì)算，確定換熱器的傳熱面積，同時選擇管徑、管長，決定管數(shù)，管程數(shù)和殼程數(shù)，然后進(jìn)行機(jī)械選型設(shè)計(jì)。列管換熱器選型設(shè)計(jì)過程已有成熟的資料，具體步驟如下： (1)根據(jù)流體的物性及生產(chǎn)工藝條件的要求，確定流體通入的空間。 (2)確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的型式。 (3)計(jì)算流體的定性溫度，確定流體的物性數(shù)據(jù)。 (4)根據(jù)傳熱任務(wù)計(jì)算熱負(fù)荷。 (5)依對流傳熱系數(shù)a2和a1，確定污垢熱阻Rs2和R

7、sl。再計(jì)算總傳熱系數(shù)K計(jì)。據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值范圍，或按實(shí)際情況，選定總傳熱系數(shù)K選值。 (6)通過化工工藝計(jì)算，由總傳熱速率方程Q=KStm初步算出傳熱面積S，并確定換熱器的基本尺寸按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格。 (7)計(jì)算管程、殼程 (8)計(jì)算初選設(shè)備的管、殼程流體的壓強(qiáng)降，如超過工藝允許的范圍，需調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計(jì)算壓降直到壓強(qiáng)降滿足要求為止。以上設(shè)計(jì)過程還要牽涉到大量公式，其具體計(jì)算式子可以參考文獻(xiàn)1。 1.換熱器的選擇：兩流體溫度變化情況：熱流體大豆油的入口溫度133，出口溫度40；冷流體(循環(huán)水)進(jìn)口溫度30，出口溫度40。由于兩流體的溫

8、度不同，所以使管束和殼體的溫度也不一樣，因此它們的熱膨脹程度也有差別。列管式換熱器中，由于冷熱兩流體溫度不同，使殼體和管束的溫度也不同。因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體的溫度相差較大時，就可能由于應(yīng)力而引起設(shè)備的變形，甚至彎曲和斷裂，或管子從管板上松脫，因此必須采用適當(dāng)?shù)臏夭钛a(bǔ)償措施，消除或減小熱應(yīng)力。根據(jù)采取熱補(bǔ)償方法的不同，列管換熱器可分為以下幾種主要型式：(1)固定管板式。所謂固定管板式，即兩端管板和殼體連接成一體的結(jié)構(gòu)形式，因此它具有結(jié)構(gòu)簡單和造價低廉的優(yōu)點(diǎn)，但殼程清洗困難，因此要求殼方流體應(yīng)是較清潔且不容易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩流體的溫度差較大時，應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。而具有補(bǔ)償圈(或稱膨脹

9、節(jié))的固定管板式換熱器，即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個補(bǔ)償圈，當(dāng)外殼和管束膨脹不同時，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形(拉伸或壓縮)，以適應(yīng)外殼和管束的不同熱膨脹。此法適用于兩流體溫度差小于120殼程壓力小于60MPa的場合。(2)U形管換熱器。U形管換熱器每根管子都彎成U形，管子兩端均固定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸縮，從而解決補(bǔ)償問題。這種型式換熱器的結(jié)構(gòu)也較簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的情況。其主要缺點(diǎn)是管程清洗比較困難；且因管子需一定的彎曲半徑，管板利用率較差。(3)浮頭式的換熱器。浮頭式換熱器兩端管板中有一端不與外殼固定連接，該端稱為浮頭，這樣當(dāng)管束和殼體因溫度差較大而熱膨脹不同時，管束連同

10、浮頭就可在殼體內(nèi)自由伸縮，而與外殼無關(guān)，從而解決熱補(bǔ)償問題。另外，由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的，因此管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。所以浮頭式換熱器應(yīng)用較為普遍，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。金屬耗量多，造價較高。 本設(shè)計(jì)所需要的換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，當(dāng)兩流體的溫度差較大時，可以選用U型管換熱器。而且它具有結(jié)構(gòu)簡單和造價低廉的優(yōu)點(diǎn)。故本次設(shè)計(jì)初步確定選用U型管換熱器。一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的

11、材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫?fù)Q熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。 2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝流程2.1 列管式換熱器的選用步驟：哪一種流體流經(jīng)換熱器的管程，哪一種流體流經(jīng)殼程，下列各點(diǎn)可供選擇時參考(以固定管板式換熱器為例)。 (1)不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子。 (2)腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 (3)壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。 (4)被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。 (5)需要提高流

12、速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。 (6)粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re100)下即可達(dá)到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。在選擇流體流徑時，首先考慮流體的壓強(qiáng)、防腐蝕及清洗等要求，然后再校核對流傳熱系數(shù)和壓強(qiáng)降。 本設(shè)計(jì)以油和循環(huán)冷卻水作為傳熱媒介，水走管內(nèi)，油走殼程，因?yàn)樗膲簭?qiáng)高、循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢、需要提高流速。為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，大豆油走殼程，綜合考慮做此選擇。 2.2 流體流速的選擇 增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在

13、管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。所以適宜的流速要通過經(jīng)濟(jì)衡算才能定出。此外，在選擇流速時，還需考慮結(jié)構(gòu)上的要求：選擇高的流速，使管子的數(shù)目減少，對一定的傳熱面積，不得不采用較長的管子或增加程數(shù)。管子太長不易清洗，單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶞囟炔钕陆怠Ｓ捎诒緭Q熱器設(shè)計(jì)，總熱負(fù)荷小，不需要太高的對流傳熱系數(shù)，油和水又是液體，再加之平均溫度的下降影響了換熱，所以在常見流速中選擇了0.6m/s。 2.3 流體兩端溫度的確定 若換熱器中冷熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，就不存在確定流體兩端溫度的問題。若其中一

14、個流體僅已知進(jìn)口溫度，則出口溫度應(yīng)由設(shè)計(jì)者來確定。例如用冷水冷卻某熱流體，冷水的進(jìn)口溫度可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁貤l件作出估計(jì)，而換熱器出口的冷水溫度，便需要根據(jù)經(jīng)濟(jì)衡算來決定。為了節(jié)省水量，可使水的出口溫度提高些，但傳熱面積就需要加大；為了減小傳熱面積，則要增加水量。兩者是相互矛盾的。本次化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的操作條件給出換熱器中冷熱流體的溫度,因此就不存在確定流體兩端溫度的問題。2.4 管子的規(guī)格和排列方法 (1)選擇管徑時，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過前面介紹的流速范圍。易結(jié)垢、粘度較大的液體宜采用較大的管徑。我國目前試用的列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有252.5mm及192mm兩種規(guī)格的管

15、子。 管子的選用可參照GB1511999，由于本設(shè)計(jì)要求大豆油為傳熱媒介黏度大，選擇252.5mm。 (2)管長的選擇是以清洗方便及合理使用管材為原則。長管不便于清洗，且易彎曲。一般出廠的標(biāo)準(zhǔn)鋼管長為6m，則合理的換熱器管長應(yīng)為1.5、2、2.5、3、4.5或6m。系列標(biāo)準(zhǔn)中也采用這四種管長。此外，管長和殼徑應(yīng)相適應(yīng)，一般取L/D為46(對直徑小的換熱器可大些)。 本設(shè)計(jì)選用4.5m以配合管子的排列和管子數(shù)量能滿足換熱要求。 (3)如前所述，管子在管板上的排列方法有等邊三角形、正方形直列和正方形錯列等。等邊三角形排列的優(yōu)點(diǎn)有：管板的強(qiáng)度高；流體走短路的機(jī)會少，且管外流體擾動較大 ， 因而對流傳

16、熱系數(shù)較高；相同的殼徑內(nèi)可排列更多的管子。正方形直列排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管的外壁，適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場合；但其對流傳熱系數(shù)較正三角排列時為低。正方形錯列排列則介于上述兩者之間，即對流傳熱系數(shù)(較直列排列的)可以適當(dāng)?shù)靥岣摺?本設(shè)計(jì)選用等邊三角行排列，水對管子的腐蝕程度不高，相對于氣體，液體為媒介的換熱器更重要的是傳熱系數(shù)高。 (4)管子在管板上排列的間距(指相鄰兩根管子的中心距)，隨管子與管板的連接方法不同而異。通常，脹管法取t=(1.31.5)do，且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm，即t(d+6)。本設(shè)計(jì)采用焊接法連接，所以排列間距取t=32mm（管間距）。(5)管程和殼程數(shù)的確定

17、。當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時，有時會使管內(nèi)流速較低，因而對流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。但是程數(shù)過多，導(dǎo)致管程流體阻力加大，增加動力費(fèi)用；同時多程會使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少，設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮這些問題。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1、2、4和6程等四種。采用多程時，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)大致相等?？紤]到選用管子直徑小，為了不影響達(dá)到換熱要求，本設(shè)計(jì)選用2程。2.5 外殼直徑的確定 換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等，一般在初步設(shè)計(jì)時，可先分別選定兩流

18、體的流速，然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計(jì)完成后，仍應(yīng)用作圖法畫出管子排列圖。 2.6 材料選用 列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼，低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不銹鋼和有色金屬雖然抗腐蝕性能好，但價格高且較稀缺，應(yīng)盡量少用。本設(shè)計(jì)殼體采用碳鋼，管程采用碳素鋼。碳鋼優(yōu)勢在于價格便宜，本設(shè)計(jì)允許壓降不大于105Pa，參照GB1511999，碳鋼完全可以承受。 3.流動空間及流速

19、的確定 管徑選用252.5的較高級冷拔傳熱管（碳鋼管），管內(nèi)流速取Ui= 0.6m/。 二、確定物性數(shù)據(jù) （1）定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。（大豆油沸點(diǎn)150） 殼程大豆油的定性溫度為： T=(133+40)/2=86.5()管程流體的定性溫度為： t=(30+40)/2=35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)。 （2）大豆油在90下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度： o=875.2 kg/m3定壓比熱容： cpo=2.052kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù)： o=0.150W/(m)粘度： o=0.00665 Pas （3）循環(huán)冷卻水在35下的物性數(shù)據(jù)： 密度： i =993.95

20、kg/m3 定壓比熱容： cpi4.174 kJ/(kg) 導(dǎo)熱系數(shù)： i=0.626 W/(m)粘度： i=0. Pas三、計(jì)算總傳熱系數(shù) 1.熱流量 ：Qo =m0Cpoto=130002.052(133-40)=2.48106 kJ/h=689(kW)2平均傳熱溫差： tm=37.2()3冷卻水用量 ：Wi =59415(kg/h)4總傳熱系數(shù)K：管程傳熱系數(shù) ：Re=16509Pri=4.82i=0.023Re0.8Pri0.4=0.023(16509)0.8 ( )0.4 = 3196W/(m2)殼程傳熱系數(shù)：假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)：o=290 W/(m2 )；污垢熱阻：Rsi=0. m

21、2/W , Rso=0.m2/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45 W/(m) =206 W/(m)四、計(jì)算傳熱面積 S=89.9(m2)假設(shè)考慮15的面積裕度，則：S=1.15S=1.1589.9=103.4(m2)。五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸1管徑和管內(nèi)流速：選用252.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=0.6m/s2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=88.188(根) 按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為L=15(m) 按U型管的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)該是二管程，所以有l(wèi)= L/N=15/2=7.5m （1） U型管彎管段的彎曲半徑： U型管彎管段的彎曲半徑R應(yīng)不小于兩倍的換熱管外徑，常用換熱器的

22、最小彎曲半 徑Rmin 可按GB151-1999選取，當(dāng)d=25mm時，取Rmin =50mm （2）換熱管的材料根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)選取 ，管子的選用參照GB1511999選擇 ，查得管壁厚度為2mm 傳熱管總根數(shù)： N = 882=176(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) R=9.3P=0.097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。但R=10的點(diǎn)在圖上難以讀出，因而相應(yīng)以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線，可得t=0.97平均傳熱溫差： tm=ttm=0.9737.2=36.1()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。取管心距：t=1.

23、25 do則t=1.2525=31.2532(mm)橫過管束中心線的管數(shù)：nC=1.1=1.1=14(根)5殼體內(nèi)徑：采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率0.7，則殼體內(nèi)徑為D=1.05t=1.05=533(mm)圓整可取D600mm6.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=0.25600= 150（） 故h取150（mm）取折流板間距B=0.3D，則 B=0.3600=180（），可取B為200（） 折流板數(shù) N= = 34（塊） 折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)油品流速為 u0.5m/s，則接管內(nèi)徑為 d=0.167m則取標(biāo)準(zhǔn)管

24、徑為167mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u2.0m/s，則接管內(nèi)徑為d=0.103m 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為103mm.六、換熱器核算1熱量核算：殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 o=0.36Reo0.55Pr1/3()0.14當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 ： (m)殼程流通截面積：So=BD(1-)=0.10=0.0109(m)殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 uo=0.378m/sReo=995普蘭特準(zhǔn)數(shù) ：Pr=90.97粘度校正 o=0.5590.971/3=541 W/(m2)管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積Si=0.785 =0.0276(m2)管程流體流速 ：Ui

25、=0.602m/sRei=16564普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=4.82i=0.023(16564)0.8(4.82)0.4=3205W/(m2)傳熱系數(shù)K=221 W/(m)傳熱面積： S=86.36(m2)該換熱器的實(shí)際傳熱面： Sp=3.140.025(7.5-0.045) (176-16)=93.63( m2)該換熱器的面積裕度為： H=(93.63-86.36)/86.36=8.4% 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)流體的流動阻力管程流動阻力： Pi =(P1+P2)FtNsN pNs=1, N p =4, Ft=1.4由Re16564，傳熱管相對粗糙度0.01/200.0

26、05，根據(jù)公式i=0.100（0.01/20+68/Re）0.23 =0.034 W/(m)，流速:ui0.602 m/s，993，95 kg/m3，所以 =1461.4 Pa =540.3 Pa=11209.5 Pa 105Pa管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力Po=(P1+P2)FtNs Nsl，F(xiàn)tl流體流經(jīng)管束的阻力: F=0.5 ; =1.0363 ; ; =88 ; uo=0.378P1=0.51.（88+1）875.250.3782/2=40370105 kPa殼程流動阻力也比較適宜。 3.換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見表2-13。表2-13換熱器

27、主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 換熱器形式： 固定管板式 管口表 換熱面積，m2 : 86.36符號 尺寸 用途 連接型式 工藝參數(shù) aDN60循環(huán)水口平面名稱 管程 殼程 bDN60循環(huán)水口平面物料名稱 循環(huán)水 大豆油 cDN60油品入口凹凸面操作壓力，MPa0.40.3dDN60油品出口凹凸面操作溫度，30/40133/40eDN20排氣口凹凸面流量，kg/h5943613000fDN20放凈口凹凸面流體密度，kg/m3993.95875.2流速，m/s0.6020.378傳熱量，kW689總傳熱系數(shù)，W/m2K221對流傳熱系，W/m2K3205541污垢系數(shù)，m2K/W0.0.阻力降，MPa0

28、.0.程數(shù) 21推薦使用材料 碳鋼 碳鋼 管子規(guī)格 252.5管數(shù)：176管長，mm:7500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，mm500保溫層厚度，mm設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（附圖）主要符號說明英文字母B折流板間距，m C系數(shù)，無量綱；P壓降，Pa； Q熱負(fù)荷，W；R熱阻，/W；因數(shù)； Re雷諾準(zhǔn)數(shù)；S傳熱面積，； t冷流體溫度，；管心距，m；T熱流體溫度，； u流速，m/s；W質(zhì)量流量，Kg/s Pr普朗特系數(shù)；b -板厚，mm； K總傳熱系數(shù)，；d管徑，m； D換熱器外殼內(nèi)徑，m；Wh-煤油處理量，kg/s； f摩擦系數(shù)；F系數(shù)； h圓缺

29、高度，m；L管長度，m； m程數(shù)；n指數(shù)；管數(shù)；程數(shù)； N管數(shù)；p壓力，Pa；因數(shù)； q熱通量，W/m2；Q傳熱速率，W r半徑，m；汽化潛熱，KJ/Kg。希臘字母對流傳熱系數(shù)W/()； 有限差值；導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m)； 粘度，Pas；密度，/m3； 校正系數(shù)。下標(biāo)C冷流體； h熱流體；i管內(nèi)； m平均；o管外； s污垢。七、設(shè)計(jì)評述列管式換熱器(固定管板式)，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、布管多，管內(nèi)便于清洗，更換、造價低的特點(diǎn)。適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合。本文提出的換熱器的設(shè)計(jì)，在工藝設(shè)計(jì)上考慮了傳熱系數(shù)、管殼程壓降等對換熱器設(shè)計(jì)的影響，同時

30、對管殼式大豆油冷卻器的結(jié)構(gòu)及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算雖然所列公式繁多，但嚴(yán)格按照化工原理的公式計(jì)算，能滿足設(shè)計(jì)要求，符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范(GB1511999)。 (1)根據(jù)換熱器的特性，比較散熱結(jié)構(gòu)、材料確定了大豆油冷卻器結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)方案。 (2)計(jì)算大豆油冷卻器傳熱部分如傳熱系數(shù)、平均溫度等，以及校核相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。 (3)根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和傳熱計(jì)算數(shù)據(jù)確定了大豆油冷卻器具體結(jié)構(gòu)尺寸，如殼程數(shù)、壁厚、管束數(shù)、內(nèi)徑、管長、折流板數(shù)、折流板間距等。 回顧本次設(shè)計(jì)的整個過程，以及我們的設(shè)計(jì)成果，現(xiàn)總結(jié)如下： 首先，從設(shè)計(jì)的過程和結(jié)果來看，我認(rèn)為本次設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算、選型過程是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、合理的；所選換熱器的

31、型號、結(jié)構(gòu)也能滿足工藝的要求，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。 其次，從校核的結(jié)果來看，管程的壓力降為0.4MPa，是合理的，可用的。而殼程的壓力降0.3MPa在經(jīng)驗(yàn)值的范圍內(nèi)似乎略顯大了些；究其原因，可能是由于殼程流體的流速選擇偏大的緣故，但考慮到實(shí)際流速在可造經(jīng)驗(yàn)值的范圍內(nèi)，所以也認(rèn)為是可用的。 最后，通過這次課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們的獨(dú)立思考、工作的能力，使我們初步了解和掌握了一些有關(guān)化工設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識，受到一次化工設(shè)計(jì)技能方面的基本訓(xùn)練。因此，從始至終，不論是查文獻(xiàn)、計(jì)算、還是繪圖，大家的積極性始終高漲，大家一致認(rèn)為，通過設(shè)計(jì)不僅學(xué)到了知識、技能，而且還充滿了樂趣。這也是學(xué)院安排課程設(shè)計(jì)的

32、目的所在。從設(shè)計(jì)結(jié)果可看出，冷卻水出口溫度不同，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，折流板數(shù)越多、殼徑越大，這主要是因?yàn)樗隹跍囟仍龈撸偟膫鳠釡夭钕陆担該Q熱面積要增大，才能保證Q和K。因此，換熱器尺寸增大，金屬材料消耗量相應(yīng)增大。通過這個設(shè)計(jì)，我們可以知道，為提高傳熱效率，降低經(jīng)濟(jì)投入，設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇十分重要 本次設(shè)計(jì)所選的列管式換熱器及工藝流程符合設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)過程中，我們除了考慮換熱器的處理量和換熱效果外，也考慮了生產(chǎn)成本。如在選擇板材時，有多種材料可供選擇，但我們考慮到碳鋼來源方便，而且價格相對便宜，就選擇了碳鋼。我們明白實(shí)際生產(chǎn)中還要考慮很多因素，所以設(shè)計(jì)還存在一些缺陷。通過對列管式換熱器的設(shè)計(jì)，我們懂得了工藝設(shè)計(jì)的基本方法。了解了如何根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定工藝設(shè)備，并學(xué)會了如何根據(jù)工藝過程的條件查找相關(guān)資料，并從各種資料中篩選出較適合的資料，根據(jù)資料確定主要工藝流程，主要設(shè)備及計(jì)算出主要設(shè)備及輔助設(shè)備的各項(xiàng)工藝參數(shù)及數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算核算是否滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)中，我們查閱了許多關(guān)于換熱器的資料，不但進(jìn)一步了解了其設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝流程，還學(xué)習(xí)到了主體設(shè)備圖和工藝流程圖的制法。同時，通