正戊烷冷凝器的設(shè)計

.z---.--總結(jié)資料成績******學(xué)院化工原理課程設(shè)計說明書題目：正戊烷冷凝器的設(shè)計設(shè)計人：***系別：生物工程班級：111班指導(dǎo)教師：***設(shè)計日期：2013年11月-.z--總結(jié)資料+目錄前言———————————————————————1設(shè)計任務(wù)書—————————————————————2第一章.換熱器概述—————————————————3第一節(jié).概論————————————————————4第二節(jié).本章符號說明————————————————5第三節(jié).條件及物性參數(shù)—————————————6第二章.選擇計算——————————————————6第一節(jié).冷卻水出口溫度確定—————————————6第二節(jié).流動空間、管徑和管內(nèi)流速的選擇———————7第三節(jié).初選換熱器—————————————————7第四節(jié).管內(nèi)有關(guān)計算————————————————9第五節(jié).冷凝給熱系數(shù)及k值計算———————————10第三章.設(shè)計總結(jié)、體會———————————————12參考文獻——————————————————————13-.z--總結(jié)資料前言換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備。在生產(chǎn)中占有重要的地位.。由于生產(chǎn)規(guī)模，物料的性質(zhì)，傳熱要求等各不一樣，故換熱器的類型也多種多樣。在一般化工廠的建立中換熱器約占總投資的10％--20%％；在石油煉廠中，換熱器占全部工藝設(shè)備投資的35％～40％。因此，在能源日趨緊*的今天，合理設(shè)置及使用換熱器設(shè)備尤其重要。在換熱器設(shè)備中，應(yīng)用最廣泛的是列管式換熱器，作為傳統(tǒng)的標準換熱器無論是國內(nèi)還是國外，列管式換熱器仍占換熱器設(shè)備的主導(dǎo)地位。由于列管式構(gòu)造選材*圍廣，換熱外表清洗較方便，適應(yīng)性強，處理能力大，能承受高溫和高壓等特點，從而能不斷擴大適用*圍，滿足大多數(shù)苛刻條件下的換熱要求，在廣闊的工業(yè)部門，管殼式換熱器仍占整個換熱器投資的50％～70％。-.z--總結(jié)資料設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目：正戊烷冷凝器的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)及操作條件1.處理能力：2.356*10^4噸/年2.設(shè)備形式：列管式固定板換熱器3.操作條件：〔1〕正戊烷：冷凝汽溫度51.7℃開冷凝管〔2〕冷卻介質(zhì)：開水，入口溫度為32℃,出口溫度〔3〕允許壓強降不大于10^5Pa(4)每年按330天計算，每天24小時連續(xù)進展三、設(shè)計工程選擇適當(dāng)?shù)牧泄苁嚼淠鞑⑦M展核算四、設(shè)計內(nèi)容1換熱器的簡單介紹2換熱器所涉及的符號完畢3選擇適當(dāng)?shù)膿Q熱器4核算選擇情況5設(shè)計過程的心得體會第一章?lián)Q熱器概述第一節(jié)概論換熱器是許多生產(chǎn)部門的通用工藝設(shè)備，尤其是石油、化工生產(chǎn)應(yīng)用更為廣泛，在化工廠中換熱器可用作加熱器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。換熱器的類型有很多，性能各異，從早期開展起來到近年來不斷出現(xiàn)的新型、高效換熱器設(shè)備，各具特點。換熱器在進展換熱時，一種流體由封頭的連結(jié)管處進入，在管流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接收進入，從殼體上的另一接收處流出，這稱為殼程列管式換熱器。進展換熱器的設(shè)計，首先是根據(jù)工藝要求用適當(dāng)?shù)念愋停瑫r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。換熱器的種類雖然很多，但計算傳熱面積所依據(jù)的傳熱根本原理一樣，不同之處僅是在設(shè)計上根據(jù)各自設(shè)計特點采用不同的計算方法而已。列管式換熱器型式的選擇列管式換熱器的型式主要依據(jù)換熱器管程與殼程流體的溫差來確定。因管束與殼體的溫度不同引起熱膨脹程度的差異。假設(shè)兩流體的溫相差較大時，就可能由于熱應(yīng)力而引起管子彎曲或使管子從管板上抗脫。因此，必須考慮這種熱膨脹的影響。1.固定管板式換熱器此換熱器是兩端管板與殼體連接成一體。這類換熱器構(gòu)造簡單，價格低廉，但管外清潔困難，宜處理兩流體溫差小于50℃2.浮頭式換熱器：此換熱器兩端管板之一不與外殼連接，該端成為浮頭，管束連同浮頭可以自由伸縮，而與外殼的膨脹無關(guān)，管束可以拉出，便于清洗和檢修，但構(gòu)造復(fù)雜造價高，適用于兩流體溫差較大的各種物料的換熱器，應(yīng)用極為普遍。此換熱器變成U型管的兩端固定3.U型管式換熱器：在同一塊管板上，管子可自由伸縮，這種型式的換熱器構(gòu)造簡單質(zhì)量輕，但管內(nèi)清洗困難，管板利用率低，適用于高溫高壓的場合，但管內(nèi)必須為清潔的流體。4.填料函式換熱器：此換熱器管束一端可以自由膨脹，與浮頭式相比，構(gòu)造簡單造價低，但殼程流體有外漏的可能性，因此殼程不易處理易燃易爆的流體。列管式換熱器的構(gòu)造1.管程構(gòu)造：〔1〕管子在管板上的固定：目前廣泛采用的管子與管板的連接方式有脹接與焊接兩種，高溫高壓時還常采用脹焊結(jié)合的方法。脹管法適用于壓強低于40*10^5pa，操作溫度低于30的場合，對于高溫高壓的流體，換熱器多采用焊接法?！?〕管子的區(qū)別采用列管式換熱器系列標準中，傳熱管僅用Ф19*2mmФ25*2.5mm兩種規(guī)格。管子在管板上排列方式有正漏形、正方形及同心圓形。正漏形排列使用最普遍，這是因為在同一管板上可以排列較多的管子。因管外傳熱系數(shù)較高，但管外不易機械清洗，不需經(jīng)常清洗管壁的情況。殼程構(gòu)造：殼體：列管式換熱器的殼體根本上呈圓筒形，殼壁上有接收，直徑小于400mm的殼體，通常直接采用鋼管制成；大于400mm時，都用鋼板卷焊而成。折流擋板：折流擋板的主要作用是引導(dǎo)殼體積流體反復(fù)的改變方向作錯流流動，以加大殼程流體流速和湍流程度。致使殼程對流傳熱系數(shù)提高。另外，折流擋板還起了支撐管子的作用。系列標準中采用的建軍對固定板式有150，300和600mm三種。3.其他部件：〔1〕抗桿和定距離：可以保證折流擋板牢靠的保持在一定位置上。〔2〕旁路擋板和假管：假管位于兩管板的隔板之間而不穿越管板，一般為每隔4—6排管布置一根為好，也可安排定距離來代替假管。本章符號說明英文字母：A——流通面積，m2；b——厚度，m；b——潤濕周邊，m；Cp——定壓比熱容，KJ/〔kg·℃〕d——管徑，m；D——換熱器殼徑，m；f——摩擦系數(shù)；f——溫差校正系數(shù)；F——系數(shù)；g——重力加速度，m/s2h——擋板間距，m；K——總傳熱系數(shù)，W/〔m2/℃〕L——長度，m；m——和數(shù)；n——管數(shù)；Nu——努塞爾特準數(shù)；P—壓強，Pa； Q—傳熱速率，W;r—氣化潛熱，KJ/Kg；Re—雷諾數(shù)；S—傳熱面積，㎡；t—冷流體溫度，℃；t—管心距，m；T—熱流體溫度，℃；u—流速，m/s；W—質(zhì)量流量,Kg/s;希臘字母:α—對流傳熱系數(shù)，W∕(㎡·℃);；J—相鄰隔板間距，m；Δ—有線差值；λ—導(dǎo)熱系數(shù)，W∕(m·℃)；μ—粘度，Pa·S;；ρ—密度，㎏∕m3；Ψ—校正系數(shù)；下標C—冷流體；e—當(dāng)量；h—熱流體；i—管內(nèi)；M—平均；o—管外；S—污垢；S—飽和；ω—壁溫；Δt—溫度差；第三節(jié)條件及物性參數(shù)設(shè)計的條件：正戊烷冷凝的年處理能力：2.356×104噸∕年正戊烷。正戊烷的冷凝溫度51.7℃冷卻介質(zhì)、開水，入口溫度為：32℃，出口溫度40允許壓強降最大不大于105Pa。每年按330年計，每天24小時連續(xù)進展。2.設(shè)計的物性參數(shù)：物性流體溫度t〔℃〕密度ρkg/m3粘度μMPa·s比熱容CpkJ/kg·℃汽化潛熱γkJ/kg導(dǎo)熱潛熱λw/(m·℃)正戊烷51.737049.155960.1820.130水359940.7284.1740.630第二章選擇計算第一節(jié)冷卻水出口溫度確實定1.熱負荷：由于水的出口溫度大約在40~50之間，故Cp=4.174kJ/kg·℃則由能量衡算式可知則=可得=33098kg/s2.確定定性溫度：正戊烷的定性溫度：51.7冷卻水的定性溫度36兩流體溫差：T=51.7-36℃=由于兩流體溫差T<50℃3.水在此溫度下的普蘭特準數(shù)Pr：第二節(jié)流動空間、管徑和管內(nèi)流速的選擇由于流速對蒸汽冷凝熱系數(shù)的影響較小，并且為方便冷凝液易于排出，選擇正戊烷蒸汽在管外冷凝，水流經(jīng)管內(nèi)。從腐蝕性、傳熱面積和價格三方面綜合考慮后，選用4252.5mm無縫鋼管，此管的內(nèi)徑di=0.02m綜合考慮管內(nèi)Re、管程壓降及單程數(shù)這三方面的因素，則水的流速選為ν=0.5m/s初選換熱器1.估算傳熱面積與管子根數(shù)：平均溫度差為：℃有機物-水系統(tǒng)冷凝操作系數(shù)k值*圍在300-900w/〔㎡*℃〕，初選K=600w/〔㎡*℃〕。估算的傳熱面積為：㎡單程管數(shù)為：單程管長為：選定換熱管的管長λ=6m,則管程數(shù)Np為:取Np=2，則總管數(shù)為：2.選擇換熱器：根據(jù)s’=33.27㎡,n=60根,Np=2,查表知，選用G400-2-16-45列管換熱器。其實際面積為47.2㎡，有關(guān)參數(shù)為：公稱直徑DN:400mm管數(shù)n:120傳熱面積S:32.5管子規(guī)格:φ25*2.5mm管子排列方式:正三角形公稱壓力PN:0.6*10^6Pa管長λ:6m管程Np:2管心距t:32mm型號中各字符的意義如下：G—400—2—0.6—33.8換熱面積，㎡公稱壓力×105Pa管程數(shù)公稱直徑，mm列管式固定管板換熱器第四節(jié)管內(nèi)有關(guān)計算1.管程壓降的計算：管內(nèi)雷諾數(shù)為：其中，υ為選定換熱器的實際操作流速，由下式計算知：式中==0.00925(m3/s)n"==60(根)所以=0.5(m/s)則Re==1.21×104由于鋼管絕對粗糙度ε=0.15mm,故=0.0075。查λ與Re及的關(guān)系圖知：λ=0.036，又取管程結(jié)垢校正系數(shù)Ft=1.5,故得管程壓降為：△P=〔λ+3〕·Ft·NP·=〔0.036×+3〕×1.5×2×=5143.95〔pa〕<9.8×103(pa)因此符合要求。2.計算管內(nèi)傳熱系數(shù)αi因為Re=1.21×104>104.而且==300>50故αi=0.023〔〕〔Re〕0.8〔Pr〕0.4=0.023××(1.21×104)0.8×(4.82)0.4即αi=2508.91W/〔m2·℃〕第五節(jié)冷凝傳熱系數(shù)αo及k值計算1.αo的計算一般情況下，水平管的冷凝傳熱系數(shù)大于垂直管的冷凝傳熱系數(shù)，所以列管換熱器選用水平安裝的方式。對于n根水平管來說，可用以下計算冷凝傳熱系數(shù)式中，q為水平管來冷凝傳熱系數(shù)與單根水平管冷凝傳熱系數(shù)之比，當(dāng)n＞100時，該系數(shù)q=0.6.設(shè)壁溫為tw=46.6℃，平均膜溫Tw’即Tw’=49.15(℃).由前表可知:λ=0.130W/(m·℃)ρ=596kg/m32.垢層熱阻正戊烷冷凝時，垢層熱阻Ro很小，管內(nèi)的垢層熱阻R2則較大。取R2+Ro=0.0004m2·℃3.k值的計算：do、dⅰ分別為加熱鋼管的外、內(nèi)徑。dm為平均管徑，τ為管壁厚，λ為鋼管導(dǎo)熱系數(shù)。即λ=45w/(m·℃)故4.tw的計算：℃與假設(shè)值℃相比較差0.5℃，認為計算合理。計算傳熱面積及平安系數(shù)傳熱面積平安系數(shù)實際換熱器的傳熱系數(shù)面積為47.2m2此值在1.15～1.25之間，表示選得合理。設(shè)計總結(jié)體會1、總結(jié)：從各項計算結(jié)果上看，所選的設(shè)備合用目前，換熱器已有了系列化標準，換熱器的設(shè)計計算一般都是選擇標準式換熱器，然后再核算其傳熱面積及壓強降，由于壓降可以在一定*圍內(nèi)選擇，因而能滿足工藝要求的設(shè)備規(guī)格就不會是一種。在多個換熱器的選擇中，如何確定最正確的一個，仍是根據(jù)經(jīng)濟衡算，使設(shè)備費用與操作費用之和最小為優(yōu)化的指標。設(shè)備費用是指設(shè)備生產(chǎn)本錢、折舊費等，取決于換熱器傳熱面積