正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計(jì)

化工原理課程設(shè)計(jì)

CourseDesignofPrinciplesofChemicalIndustry

列管換熱器的設(shè)計(jì)目錄一、化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書二、正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)書三、正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計(jì)指導(dǎo)書四、正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計(jì)報(bào)告一、化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書〔一〕設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求確定設(shè)計(jì)方案

(1)換熱器類型的選擇

(2)換熱器內(nèi)流體流入空間的選擇2.化工計(jì)算

(1)傳熱面積的計(jì)算

(2)管數(shù)、管程數(shù)及管子排列，管間距確實(shí)定

(3)殼體直徑及殼體厚度確實(shí)定3.換熱器尺寸確實(shí)定及有關(guān)構(gòu)件的選擇

4.換熱器流體阻力的計(jì)算及其輸送機(jī)械的選擇

5.繪制流程圖及換熱器的裝配圖

6.編寫說明書〔二〕設(shè)計(jì)要求：

1.在確定設(shè)計(jì)方案時(shí)既要考慮到工藝，操作的要求又要兼顧經(jīng)濟(jì)和平安上的要求。

2.在化工計(jì)算時(shí)要求掌握傳熱的根本理論，有關(guān)公式，要知道查哪些資料，怎樣使用算圖以及怎樣選擇經(jīng)驗(yàn)公式，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.要求根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來選擇換熱器的構(gòu)件

4.要求一局部學(xué)生利用計(jì)算機(jī)來輔助設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

5.要求必須掌握固定管板式或浮頭式列管換熱器的設(shè)計(jì)二、正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)書

〔一〕設(shè)計(jì)名稱正戊烷冷凝器的設(shè)計(jì)〔二〕設(shè)計(jì)條件1.正戊烷、冷凝溫度為51.7℃，冷凝液于飽和液體下離開冷凝器；2.冷卻介質(zhì)，地下水，流量為7000kg/h，入口溫度：20℃；3.允許壓強(qiáng)降，不大于105Pa；4.每年按300天計(jì)；每天24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)?！踩吃O(shè)計(jì)任務(wù)1.合理的參數(shù)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.傳熱計(jì)算和壓降計(jì)算：設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算〔四〕設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容1.傳熱面積2.管程設(shè)計(jì)包括：總管數(shù)、程數(shù)、管程總體阻力校核3.殼體直徑4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括壁厚5.主要進(jìn)出口管徑確實(shí)定包括：冷熱流體的進(jìn)出口管6.流程圖〔以圖的形式，并給出各局部尺寸〕及結(jié)構(gòu)尺寸匯總〔以表的形式〕7.評價(jià)8.參考文獻(xiàn)〔五〕設(shè)計(jì)進(jìn)度1.設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書0.5天2.搜集資料，閱讀教材，擬定設(shè)計(jì)進(jìn)度1天3.設(shè)計(jì)計(jì)算〔包括電算，編寫說明書草稿〕２天4.繪圖、整理、抄寫說明書1.5天三、正戊烷冷凝器的工藝設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

〔一〕設(shè)計(jì)目的通過對正戊烷冷凝器設(shè)計(jì)，到達(dá)讓學(xué)生了解該換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并能根據(jù)工藝要求選擇適當(dāng)?shù)念愋?，同時(shí)還能根據(jù)傳熱的根本原理，選擇流程，確定換熱器的根本尺寸，計(jì)算傳熱面積以及計(jì)算流體阻力?？傊ㄟ^設(shè)計(jì)到達(dá)讓學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)踐，獲取從事工程技術(shù)工作的能力?！捕吃O(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足工藝要求2.結(jié)構(gòu)簡單合理，操作調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行平安可靠3.設(shè)計(jì)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)等4.安裝、維修方便〔三〕設(shè)計(jì)要求1.計(jì)算正確，分析認(rèn)證充分，準(zhǔn)確2.條理清晰，文字流暢，語言簡煉，字跡工整 3.圖紙要求，圖紙、尺寸標(biāo)準(zhǔn)，圖框，圖簽字標(biāo)準(zhǔn)4.獨(dú)立完成〔四〕設(shè)計(jì)課題工程背景在石油化工生產(chǎn)過程中，常常需要將各種石油產(chǎn)品〔如汽油、煤油、柴油等〕進(jìn)行冷卻，本設(shè)計(jì)以正戊烷為例，讓學(xué)生熟悉列管式換熱器的設(shè)計(jì)過程?！参濉硡⒖嘉墨I(xiàn)1.化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)，華南工學(xué)院，19862.傳熱設(shè)備及工業(yè)爐，化學(xué)工程手冊第8篇，19873.化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊編寫組.金屬設(shè)備，19754.尾范英郎〔日〕等，徐忠權(quán)譯，熱交換設(shè)計(jì)物冊，19815.譚天恩等.化工原理(上、下冊)化學(xué)工業(yè)出版社.〔六〕設(shè)計(jì)思考題1.設(shè)計(jì)列管式換熱器時(shí)，通常都應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的換熱器，為什么？2.為什么在化工廠使用列管式換熱最廣泛？3.在列管式換熱器中，殼程有擋板和沒有擋板時(shí)，其對流傳熱系數(shù)的計(jì)算方法有何不同？4.說明列管式換熱器的選型計(jì)算步驟？5.在換熱過程中，冷卻劑的進(jìn)出口溫度是按什么原那么確定的？6.說明常用換熱管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格〔批管徑和管長〕。7.列管式換熱器中，兩流體的流動(dòng)方向是如何確定的？比擬其優(yōu)缺點(diǎn)？〔七〕局部設(shè)計(jì)問題引導(dǎo)1.列管式換熱器根本型式的選擇2.冷卻劑的進(jìn)出口溫度確實(shí)定原那么3.流體流向的選擇4.流體流速的選擇5.管子的規(guī)格及排列方法6.管程數(shù)和殼程數(shù)確實(shí)定7.擋板的型式〔八〕設(shè)計(jì)辯論指導(dǎo)1.列管式換熱器的型號(hào)，可查找化工過程及設(shè)備及換熱器等書籍。2.換熱器強(qiáng)度設(shè)計(jì)可找化機(jī)同學(xué)或老師了解，并參照金屬設(shè)備等資料3.繪圖可找制圖老師了解，并參考機(jī)械制圖，化工制圖及制圖標(biāo)準(zhǔn)等。|化工原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告一設(shè)計(jì)題目：正戊烷冷凝器的設(shè)計(jì)二課題條件〔文獻(xiàn)資料，儀器設(shè)備，指導(dǎo)力量〕〔一〕設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一冷凝器，冷凝正戊烷蒸氣;處理能力：100kg/h。正戊烷蒸氣壓力：0.75kgf/cm2，其飽和溫度為51.7，蒸發(fā)潛熱為 冷卻劑：自來軟水，進(jìn)口溫度出口溫度〔二〕操作條件：〔1〕生產(chǎn)方式：連續(xù)操作〔2〕生產(chǎn)時(shí)間：每年以300天計(jì)算，每天24小時(shí)〔3〕冷凝器操作壓力為常壓，管程和殼程的壓力均不大于100kpa三．設(shè)計(jì)任務(wù)1.確定設(shè)計(jì)方案，繪制工藝流程圖。2.熱力學(xué)計(jì)算2.1熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取2.2估算傳熱面積2.3工藝尺寸的計(jì)算2.4面積核算2.5壁溫校核2.6壓降校核3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1冷凝器的安裝3.2管設(shè)計(jì)3.3管心距設(shè)計(jì)3.4管板設(shè)計(jì)3.5折流板設(shè)計(jì)3.6殼體設(shè)計(jì)3.7接管設(shè)計(jì)3.8封頭設(shè)計(jì)3.9法蘭設(shè)計(jì)3.10支座設(shè)計(jì)3.11其他4.設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表5.設(shè)計(jì)結(jié)果評價(jià)6.繪制裝配圖7.編制設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)流程圖確定物性常數(shù)，熱負(fù)荷、冷卻劑用量及平均溫差，確定換熱器類型及流體流動(dòng)空間確定物性常數(shù)，熱負(fù)荷、冷卻劑用量及平均溫差，確定換熱器類型及流體流動(dòng)空間①①估計(jì)傳熱總數(shù)，計(jì)算傳熱面積初值計(jì)算估計(jì)傳熱總數(shù)，計(jì)算傳熱面積初值計(jì)算②②選擇傳熱管參數(shù)，并計(jì)算管程相應(yīng)參數(shù)選擇傳熱管參數(shù)，并計(jì)算管程相應(yīng)參數(shù)計(jì)算值與假定值相差較大計(jì)算值與假定值相差較大③③估計(jì)冷凝給熱系數(shù)估計(jì)冷凝給熱系數(shù)計(jì)算值與假定值相差較大計(jì)算值與假定值相差較大④④壓降大于設(shè)計(jì)壓力壓降大于設(shè)計(jì)壓力裕度過大或過小核算冷凝給熱系數(shù)計(jì)算管內(nèi)給熱系數(shù)裕度過大或過小核算冷凝給熱系數(shù)計(jì)算管內(nèi)給熱系數(shù)⑤⑤總傳熱系數(shù)核算總傳熱系數(shù)核算⑥計(jì)算值與假定值相差不大⑥計(jì)算值與假定值相差不大折流板計(jì)算折流板計(jì)算⑦⑦殼側(cè)壓降和管側(cè)壓降計(jì)算，并與設(shè)計(jì)壓力比擬殼側(cè)壓降和管側(cè)壓降計(jì)算，并與設(shè)計(jì)壓力比擬⑧壓降小于設(shè)計(jì)壓力⑧壓降小于設(shè)計(jì)壓力裕度系數(shù)校驗(yàn)裕度系數(shù)校驗(yàn)考慮夏冬季的溫度差異，改變冷流體進(jìn)口溫度考慮夏冬季的溫度差異，改變冷流體進(jìn)口溫度裕度適宜⑨裕度適宜⑨計(jì)算換熱器其余零件⑩確定換熱器根本尺寸計(jì)算換熱器其余零件⑩確定換熱器根本尺寸1.熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取正戊烷液體在定性溫度〔51.7℃〕下的物性數(shù)據(jù)〔查化工原理附錄〕循環(huán)水的定性溫度：入口溫度為，出口溫度為循環(huán)水的定性溫度為兩流體的溫差，應(yīng)選固定管板式換熱器兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下物性流體溫度℃密度kg/m3粘度mPa·s比熱容kJ/(kg·℃)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·℃)正戊烷525960.182.340.157循環(huán)水32.59940.7254.080.6262.估算傳熱面積〔1〕計(jì)算熱負(fù)荷qm,h=100/3600kg/s=0.0278kg/s〔2〕冷卻水用量qm,c==9.65/4.0815=0.158kg/s〔3〕計(jì)算有效平均溫度差正戊烷51.751.7冷卻水352019.731.7由于=16.7/31.7=0.53=〔4〕選取經(jīng)驗(yàn)傳熱系數(shù)K值根據(jù)管程走冷卻水，殼程走正戊烷，總傳熱系數(shù)K現(xiàn)暫取：〔5〕估算換熱面積3.工藝尺寸計(jì)算〔1〕管徑和管內(nèi)流速TC"管徑和管內(nèi)流速"\fC選用Φ25×2.5mm較高級(jí)冷拔傳熱管〔碳鋼〕，取管內(nèi)流速u1=0.8m/s?！?〕管程數(shù)和傳熱管數(shù)TC"管程數(shù)和傳熱管數(shù)"\fC可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)=(根〕按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為L=按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，現(xiàn)取傳熱管長l=3.0m，那么該換熱器的管程數(shù)為=傳熱管總根數(shù)N=1×5=5(根〕〔3〕平均傳熱溫差校正及殼程數(shù):平均溫差校正系數(shù)有:R=P=單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查得平均傳熱溫差℃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，故取單殼程適宜?！?〕殼體內(nèi)徑TC"殼體內(nèi)徑"\fC采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式估算。橫過管數(shù)中心線管的根數(shù)〔根〕臥式固定管板式換熱器的規(guī)格如下：公稱直徑D…………107mm公稱換熱面積S……0.615m2管程數(shù)…………4管數(shù)n………………5管長L………………3m管子直徑……………管子排列方式………正三角形〔5〕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20%，那么切去的圓缺高度為h=0.20*107=21.4mm。取折流板間距B=0.3D，那么B=0.3*107=32.1mm，可取B=30mm。折流板數(shù)N=傳熱管長/折流板間距-1=3000/30-1=99〔塊〕面積核算〔1〕殼程外表傳熱系數(shù)TC"〔1〕殼程外表傳熱系數(shù)"\fC〔2〕管內(nèi)外表傳熱系數(shù).，有管程流體流通截面積 管程流體流速 普朗特?cái)?shù)〔3〕污垢熱阻和管壁熱阻TC"〔3〕污垢熱阻和管壁熱阻"\fC管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻管壁熱阻計(jì)算，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50.29w/(m·K)。所以〔4〕傳熱系數(shù)TC"〔4〕傳熱系數(shù)"\fC依式3-21有 〔5〕傳熱面積裕度TC"〔5〕傳熱面積裕度"\fC:可得所計(jì)算傳熱面積Ap為 5.壓降校核〔1〕計(jì)算管程壓降〔結(jié)垢校正系數(shù)，管程數(shù)，殼程數(shù)〕取碳鋼的管壁粗糙度為0.1mm，那么，而，于是對的管子有故,管程壓降在允許范圍之內(nèi)?！?〕計(jì)算殼程壓降TC"〔2〕殼程阻力"\fC按式計(jì)算,,流體流經(jīng)管束的阻力管子為正三角形排列F=0.5D=107mm殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：取0.5×0.335×2×(37+1)×=3029.74Pa流體流過折流板缺口的阻力,B=0.2m,D=0.6mPa總阻力3029.74+25889.6=28972.7Pa由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比擬適宜。換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果列表如下：工程結(jié)果單位換熱器公稱直徑D107換熱器管程數(shù)p5--換熱器管子總數(shù)Nt5根換熱器單管長度L3換熱器管子規(guī)格換熱器管子排列方式正三角形錯(cuò)列--管心距32管板厚度T22折流板間距B30折流板個(gè)數(shù)NB99根折流板外徑102折流板厚度5傳熱負(fù)荷Q9.65KW正戊烷蒸汽流量qm,h0.0278Kg/s循環(huán)水流量qm,c0.158Kg/s初選總傳熱系數(shù)Ko650W/m2.K初步估算傳熱面積S0.615m2管程流速0.51m/s殼程傳熱系數(shù)o458.096