化工原理課程設計

化工原理課程設計第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月列管換熱器工藝設計

第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）概述一、換熱器作用

加熱（冷卻）器、蒸發(fā)器、再沸器、冷凝器等。

二、換熱器類型

1、板式（設備緊湊250-1500m2/m3、材耗低15kg/m3、傳熱系數(shù)大、熱損失小。承壓能力較低、工作介質(zhì)的處理量小、制造加工較復雜、成本較高）

第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2、管式（結(jié)構(gòu)簡單、制造加工較容易、結(jié)構(gòu)堅固、性能可靠、適應面廣。在傳熱性能和設備的緊湊性上不及板式換熱器）

在化工廠占投資比例約為11％在煉油廠占投資比例高達40％第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月三、管式換熱器設計簡介

列管式換熱器設計、制造、檢驗和驗收必須遵循中華人民共和國國家標準“鋼制管殼式（即立管式）換熱器”（GB151）執(zhí)行。

按該標準規(guī)定：換熱器的公稱直徑DN換熱器的傳熱面積A換熱器的公稱長度LN換熱器的主要部件分為前端管箱、殼體、后端結(jié)構(gòu)（包括管束）三部分。

第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月列管式換熱器型號的表示方法：×××DN－Pt/Ps－A－LN/d－Nt/NsⅠ(或Ⅱ)例：AES500－1.6－54－6/25－4I第一個字母代表前端管箱型式第二個字母代表殼體型式第三個字母代表后端結(jié)構(gòu)型式公稱直徑mm管/殼程設計壓力（MPa），壓力相等時只寫Pt公稱換熱面積，m2LN公稱長度，m；d換熱管外徑，mm管/殼程數(shù)，單程時只寫NtⅠ級換熱器(或Ⅱ級換熱器)第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月列管換熱器的工藝設計主要包括以下內(nèi)容：①根據(jù)生產(chǎn)任務和有關(guān)要求確定設計方案；②根據(jù)計算初步確定換熱器結(jié)構(gòu)和尺寸；③核算換熱器的傳熱能力和流體阻力；④確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）無相變列管換熱器的工藝設計（冷卻器）一、明確設計任務，確定設計方案1、明確設計任務（工藝任務、設計規(guī)范要求）2、選擇換熱器類型列管換熱器類型（見下頁）3、確定流程（根據(jù)流體結(jié)垢性、腐蝕性、有無相變、粘度、壓力、流速等）第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月固定管板式：制造方便、緊湊、造價低。管外側(cè)不能清洗，溫差大時應力大。適用于……浮頭式：管束可以從殼體中抽出，便于管間清洗，還會產(chǎn)生應力。但結(jié)構(gòu)較為復雜，造價高，制造安裝要求高。適用于…..U型管式：比浮頭式結(jié)構(gòu)簡單造價低，但管板上排列管子少，各排管子回彎處曲率不同，長度不同，故殼程流體分布不夠均勻，影響傳熱。適用于……填料函式：

第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月1、確定物性數(shù)據(jù)物料的物性數(shù)據(jù):定性溫度；密度ρ；比熱容Cp熱導率λ；粘度μ。載熱體物性數(shù)據(jù):進口溫度=出口溫度=定性溫度；密度ρ；比熱容Cp熱導率λ；粘度μ。二、工藝結(jié)構(gòu)設計

第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2、估算換熱面積①熱流量Q1=qm1Cp1△t1=qm2Cp2△t2

或Q1=qm1Cp1△t1=qm2r下標1表示工藝流體，下標2表示載熱體。

②△Tm

確定相對流動方向，計算△Tm并流與逆流△Tm=（△t1-△t2）/ln(△t1/△t2)折流△Tm=ε△t

△Tm逆第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月③A的估算估算的傳熱面積AP=Q/(KP△Tm)KP為假設傳熱系數(shù)。表K值大致范圍管內(nèi)（管程）管間（殼程）傳熱系數(shù)K（W/m2.K）水水500--1000水蒸汽1000--4000水有機物100--500第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月④載熱體用量qm2若工藝流體被加熱，則：Q=Q1+Q2

Q2為熱損失，可近似取換熱器熱流量的3％--5％。qm2=Q/Cp2△t2

若工藝流體被冷卻，則：qm2=Q1/Cp2△t2

第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月3、工藝結(jié)構(gòu)尺寸①管徑與管內(nèi)流速表1常用換熱管的規(guī)格19×2mm25×2.5mm32×3mm表2列管換熱器中不同粘度液體的最大流速液體粘度（pa.s）＞1.50.5—1.00.1—0.50.035-0.10.001--0.035＜0.001烴類最大流速(m/s)0.60.751.11.51.82.43第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月表3列管換熱器的常用流速流體類型管內(nèi)(m/s)管間(m/s)一般液體0.5—30.2—1.5海水、河水等易結(jié)垢液體＞1＞0.5氣體5—303--15表4列管換熱器易燃易爆液體允許的安全流速流體類型安全流速(m/s)乙醚二硫化碳苯＜1甲醇乙醇汽油＜2--3丙醇＜10第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月②管程數(shù)與傳熱管根數(shù)先按單程計算所需管子根數(shù)和管長單程管子根數(shù)no:no=4qM內(nèi)/ρπd2u（qM內(nèi)管內(nèi)流體質(zhì)量流量）

＊按單程計算的管子太長，則應采用多管程?？偣荛LL總:

L總=AP/πd（AP估算的傳熱面積）單根管長L:按（GB151）推薦單根管長為

1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12m。管子根數(shù)N：N=L總/L管程數(shù)m：m=N/no

(取1、2、4、6、8等)實際管子總根數(shù)Np：Np=mno

第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月③平均溫度差校正及殼程數(shù)一般溫差校正系數(shù)值應不低于0.8。否則應考慮多殼程或多臺換熱器串聯(lián)。(R--P1/R—PR)④傳熱管排列與分程方法

（管板結(jié)構(gòu)尺寸：結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)尺寸、強度尺寸）

正三角形排列

(最小管間距t=1.25d)正方形排列同心圓排列⑤殼體內(nèi)徑對于多管程:D=1.05t(Np/η)1/2適宜的換熱器長徑比為6-10，豎直放置的換熱器為4-6。第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月⑥折流檔板（切口尺寸，檔板間距，排列方式，與殼體間隙，厚度，管孔，支持板）切口尺寸：常用值為殼體內(nèi)徑的20%-25%檔板間距：最小50mm，最大不大于傳熱管最大無支撐跨距（且不大于殼體內(nèi)徑）表5最大無支撐跨距（mm）換熱管外徑1014192532384557最大無支撐跨距8001100150019002200250028003200第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月排列方式：臥式換熱器的弓形折流檔板的圓缺面可水平或垂直裝配。(與殼體間隙)(厚度)(管孔)支承板：具有橫向折流檔板的換熱器不需另設支承板

⑦其它附件（管程隔板，縱向隔板，拉桿與定距管，旁路檔板與防沖板）設備支座**⑥⑦兩項不需具體設計計算,但工藝條件圖上應有所表示.⑧接管(設置必要的接管，管徑，管長，接管法蘭的要求，排氣排液管等)接管大小、位置(接管法蘭的要求)排氣、排液管第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月三、換熱器核算1、Aα內(nèi)，α外，R垢內(nèi)，R垢外，K核→A核，并與A實際比較要求:傳熱面積裕度>15-20%2、△tw

冷流體平均溫度tm=0.4t2+0.6t1

層流時tm=0.5(t1+t2)熱流體平均溫度Tm=0.4T1+0.6T2

Tm=0.5(T1+T2)傳熱管平均壁溫殼體壁溫(約等于殼程流體平均溫度)殼體壁溫-傳熱管平均壁溫=△tw

(大于50時要考慮熱補償)第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月表6各種污垢熱阻的大致數(shù)值范圍(10-5m2℃

/w)水17.6(＜52℃

)35.2(＞52℃)硬水52.8(＜52℃

)88(＞52℃)水蒸汽8.8(不帶油)17.6(帶油)煤油17.6一般稀無機物溶液88第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月3、流動阻力

管程阻力ΔP內(nèi)

殼程阻力ΔP外

操作壓力P＜105Pa

(絕壓)阻力ΔP

＜0.1P

操作壓力P=0-105Pa

(表壓)阻力ΔP

＜0.5P操作壓力P＞105Pa

(表壓)阻力ΔP

＜5×104Pa四、確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表：表7換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

參數(shù)管程殼程流率/(kg/h)進/出溫度/℃壓力/Pa物性定性溫度/℃密度/(kg/m3)比熱容/(kJ/(kg·K))熱導率/(W/(m·K))粘度/Pa·s普朗特數(shù)設備形式臺數(shù)結(jié)構(gòu)殼體內(nèi)徑/mm殼程數(shù)

參數(shù)管徑/mm

管心距/mm

管長/mm

管子排列

管數(shù)目/根

折流板數(shù)/個

傳熱面積/m2

折流板間距/mm

管程數(shù)

材質(zhì)第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月主要計算結(jié)果管程殼程

表8主要計算結(jié)果五、換熱器工藝結(jié)構(gòu)圖uαRΔPQΔTmK面積裕度第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月圖紙要求:1)制圖規(guī)范