化工原理課程設(shè)計(jì)----列管式換熱器設(shè)計(jì)

1、<p>　　一、設(shè)計(jì)題目： 列管式換熱器設(shè)計(jì) 二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 1、設(shè)計(jì)任務(wù)   處理能力： 17噸/小時(shí) </p><p>　　設(shè)備型式： 固定管板式換熱器 </p><p><b>　　2、操作條件</b></p><

2、;p>　?。?）煤 油：入口溫度 160℃ 出口溫度 60℃ </p><p>　?。?）冷卻介質(zhì)：循環(huán)水入口溫度 15℃ 出口溫度 28℃ </p><p>　?。?）允許壓降：管程不大于0.1MPa</p><p>　　殼程不大于30KPa</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b>

3、;</p><p><b>　　（一）、概述</b></p><p>　　目前板式換熱器產(chǎn)品達(dá)到了一個(gè)成熟階段,憑借其高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì),在各行業(yè)領(lǐng)域中被頻繁使用, 并被用以替換原有管殼式和翅片式換熱器,取得了很好的效果。</p><p>　　板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)(1) 換熱效率高,熱損失小  

4、60;     在最好的工況條件下, 換熱系數(shù)可以達(dá)到6000W/ m2K, 在一般的工況條件下, 換熱系數(shù)也可以在3000～4000 W/ m2K左右,是管殼式換熱器的3～5倍。設(shè)備本身不存在旁路,所有通過(guò)設(shè)備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流,進(jìn)行充分的換熱。完成同一項(xiàng)換熱過(guò)程, 板式換熱器的換熱面積僅為管殼式的

5、1/ 3～1/ 4。(2) 占地面積小重量輕        除設(shè)備本身體積外, 不需要預(yù)留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為0. 6～0. 8mm。同樣的換熱效果, 板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。(3) 污垢系數(shù)低  

6、      流體在板片間劇烈翻騰形成湍流, 優(yōu)秀的板片設(shè)計(jì)避免了死區(qū)的存在, 使得雜質(zhì)不易在通道中沉積堵塞,保證了良好的換熱效果。(4) 檢修、清洗方便        換熱板片通過(guò)夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起,當(dāng)檢修、清洗時(shí), 僅需松開(kāi)夾緊螺柱即可卸下板片進(jìn)

7、行沖刷清洗。(5) 產(chǎn)品適用面廣        設(shè)備最高耐溫可達(dá)180 ℃, 耐壓2. 0MPa , 特別適</p><p>　　板式換熱器的類型及工作原理        板式換熱器按照組裝

8、方式可以分為可拆式、焊接式、釬焊式等形式;按照換熱板片的波紋可以分為人字波、平直波、球形波等形式; 按照密封墊可以分為粘結(jié)式和搭扣式。各種形式進(jìn)行組合可以滿足不同的工況需求,在使用中更有針對(duì)性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結(jié)式還是搭扣式密封墊而有所不同, 采用搭扣式密封墊可以有效的避免膠水中可能含有的氯離子對(duì)板片的腐蝕, 并且設(shè)備拆裝更加方便。又如焊接式板式換熱器的耐溫耐壓明顯好于可拆式板式換熱器,

9、 可以達(dá)到250 ℃、2. 5MPa 。因此同樣是板式換熱器, 因其形式的多樣性,可以應(yīng)用于較為廣泛的領(lǐng)域,在大多數(shù)熱交換工藝過(guò)程都可以使用。 雖然板式換熱器有多種形式, 但其工作原理大致相同。板式換熱器主要是通過(guò)外力將換熱板片夾緊組裝在一起, 介質(zhì)通過(guò)換熱板片上的通孔在板片表面進(jìn)行流動(dòng), 在板片波紋的作用下形成激烈的湍流, 猶如用筷子攪動(dòng)

10、杯中的熱水, 加大了換熱的面積。冷熱介質(zhì)分別在換熱板片的兩側(cè)流動(dòng),湍流形成的大量換熱面與板片接觸, 通過(guò)板片來(lái)進(jìn)行充分的熱傳遞,達(dá)到最終的換熱效果。冷熱介質(zhì)的隔離主要通過(guò)密封墊的</p><p><b>　?。ǘ⒃O(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p><b>　　確定物性參數(shù)</b></p><p>　　

11、煤油的定性溫度：      密度          ρ0＝780kg/m3 定壓比熱容    Cp0＝2.20kJ/kg℃ 熱導(dǎo)率        λ0＝0.138W/m℃ 粘度&#

12、160;         μ0＝0.536mPa﹒s 水的定性溫度： 密度          ρi＝997.7kg/m3  定壓比熱容    Cpi＝4.183kJ/kg℃ 熱導(dǎo)率 &#

13、160;      λi＝0.601W/ m℃ 粘度         μi＝0.955m Pa﹒s</p><p>　?。ㄈ?、計(jì)算總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　1、熱流量</b></p><p>

14、　　kJ/h=1038.8 KW</p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　△tm1=(△t1-△t2)/㏑(△t1/△t2)=(132-45)/㏑(132/45)</p><p><b>　　式中：℃ ,℃</b></p><p><b>　　求得℃</

15、b></p><p><b>　　冷卻水用量</b></p><p><b>　　(kg/h)</b></p><p>　　3、流計(jì)算平均溫差、校正系數(shù)</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù)</p><p><b>　　R=</b></p

16、><p>　　按單殼程，偶數(shù)管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)查有關(guān)圖表，可得</p><p><b>　　ψ=0.96</b></p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　△tm=ψ△tm1=0.96X80.84=77.61℃</p><p><b>　

17、　4、計(jì)算傳熱面積</b></p><p>　　求傳熱面積需要先知道K值，根據(jù)資料查得煤油和水之間的傳熱系數(shù)在350 W/(㎡.℃)左右，先取K值為300W/(㎡.℃)計(jì)算</p><p>　　由Q=KA△tm 得</p><p><b>　　(㎡)</b></p><p><b>　　5、工藝結(jié)構(gòu)

18、尺寸</b></p><p>　　在決定管數(shù)和管長(zhǎng)時(shí)，首先要選定管內(nèi)流速ui，按書(shū)中表6-1冷卻水走管程的流速為1—3.5 m/s，取流速為ui=1.7m/s，設(shè)所需單管程數(shù)為n，選用¢ 25mmX2傳熱管（碳鋼）的內(nèi)徑為0.021m，從管內(nèi)體積流量</p><p><b>　　Vi=</b></p><p><b&

19、gt;　　計(jì)算求得n=33根</b></p><p>　　按單程計(jì)算，所需傳熱管長(zhǎng)度為</p><p><b>　　L=</b></p><p>　　選用4.5m長(zhǎng)的管，4管程，則一臺(tái)換熱器的總管數(shù)根。查附錄十九得相近固定管板式換熱器的主要參數(shù)</p><p>　　初選固定管板式換熱器的主要參數(shù)</p&

20、gt;<p>　　可對(duì)數(shù)據(jù)做如下核算：</p><p>　?。?）每程的管數(shù)你，管程流通面積，與查的的0.0125 m十分接近。</p><p>　?。?）傳熱面積A=n=，比查得的數(shù)據(jù)稍大，這是由于管長(zhǎng)的一下部分要用于在管板上固定管子，應(yīng)以A=49.7m為準(zhǔn)。</p><p>　　（3）中心排管數(shù)nc=1.1 =1.1，差別不大可取表中的15根。&l

21、t;/p><p><b>　　5、阻力損失計(jì)算</b></p><p><b>　?。?）管程</b></p><p><b>　　管程流體流速</b></p><p><b>　　= (m/s)</b></p><p><b&g

22、t;　　Re=</b></p><p>　　摩擦系數(shù) 傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄圖得 W/(m.℃)</p><p><b>　　管程流動(dòng)阻力</b></p><p>　　上式中：，,1.4，， </p><p>　　由Re=33608傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄圖得 W/(m.℃)，流速 (m/s)， kg/m&

23、#179;，所以</p><p><b>　?。≒a）</b></p><p><b>　?。≒a）</b></p><p>　　（Pa）＜0.6MPa</p><p><b>　　（2）殼程</b></p><p>　　取折流板間距h=0.2m<

24、/p><p><b>　　計(jì)算截面積 </b></p><p><b>　　=m/s</b></p><p><b>　　Reo=</b></p><p><b>　　Reo＞500</b></p><p><b>　　摩擦

25、系數(shù) </b></p><p><b>　　折流擋板數(shù) </b></p><p><b>　　殼程阻力損失 </b></p><p><b>　　流經(jīng)管束的阻力</b></p><p>　　，,m/s F=0.5</p><p><

26、;b>　　故 （Pa） </b></p><p>　　流體流經(jīng)折流板口的阻力</p><p>　　上式中：h=0.2m,D=0.5 m</p><p><b>　　故 （Pa）</b></p><p><b>　　總阻力</b></p><p>&l

27、t;b>　　（Pa）</b></p><p>　　總的阻力損失大于10KPa小于設(shè)計(jì)壓力30KPa，壓力降合適。</p><p><b>　　6、傳熱計(jì)算</b></p><p>　?。?）管程給熱系數(shù)。以上已算出Re=33608</p><p><b>　　計(jì)算Pr=</b>&l

28、t;/p><p>　?。?）殼程=0.36RPr()</p><p><b>　　Reo=6185</b></p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>　　Pr=</b></p><p><b>　　粘度校正 ()≈1&

29、lt;/b></p><p>　　故 =0.36XX6185X8.545 =494W/(㎡.℃)</p><p><b>　　傳熱系數(shù)K</b></p><p><b>　　K=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　

30、=317.5W/(㎡.℃)</p><p><b>　　傳熱面積A</b></p><p><b>　　A=（m）</b></p><p>　　與換熱器列出的面積A=49.7㎡比較，有17.9%的裕度。從阻力損失和傳熱面積的核算看，原選的換熱器經(jīng)過(guò)改動(dòng)后，可以適用。</p><p>　　（四）換熱器

31、主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)個(gè)人綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練，也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。</p><p>　　在換熱器的設(shè)計(jì)過(guò)程中,我感覺(jué)我的理論運(yùn)用于實(shí)際的能力得到了提升，主要有以下幾點(diǎn)： </p>

32、<p>　　(1)掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力；</p><p>　　(2)樹(shù)立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；</p><p>　　(3)培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力；</p>&

33、lt;p>　　(4)學(xué)會(huì)了用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。</p><p>　　從設(shè)計(jì)結(jié)果可看出，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)槊河偷某隹跍囟仍龈?，總的傳熱溫差下降，所以換熱面積要增大，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(guò)這個(gè)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.</p

34、><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《化工原理》天津大學(xué)化工原理教研室編 天津：天津大學(xué)出版社. （1999）</p><p>　　《換熱器》秦叔經(jīng)、葉文邦等 ，化學(xué)工業(yè)出版社（2003）</p><p>　　《化工原理（第三版）上、下冊(cè)》譚天恩、竇梅、周明華等，化學(xué)工業(yè)出版社（2006）<