化工原理課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 設(shè)計方案簡介·························

2、3;···············3</p><p>　　1.1 概述 ················&

3、#183;····························3</p><p>　　1.1.1 列管式換熱器 ·

4、3;·································3</p><p&g

5、t;　　1.2 方案設(shè)計和擬定··································&

6、#183;····5</p><p>　　1.2.1流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則····················5</p><p>　　1.2.

7、2 流體流速的選擇··································6</p

8、><p>　　1.2.3 流動方式的選擇·······························

9、3;··7</p><p>　　1.2.4 加熱劑、冷卻劑的選用···························

10、3;7</p><p>　　1.2.5 換熱設(shè)備設(shè)計與選型的原則························8</p><p>　　1.2.6 選擇

11、列管式換熱器的類型··························8</p><p>　　1.2.7 換熱器材質(zhì)的選擇···

12、;·····························8</p><p>　　1.2.8 管子規(guī)格及排列方法·

13、·····························9</p><p>　　1.2.9 管程和殼程數(shù)的確定·&

14、#183;····························10</p><p>　　1.2.10 折流擋板 ·

15、3;····································10

16、</p><p>　　1.2.11 管程安排 ·······························

17、;·······10</p><p>　　1.2.12 其他部件·······················

18、83;···············10</p><p>　　第2章 工藝流程簡圖···············&

19、#183;·························12</p><p>　　第3章 工藝計算和主體設(shè)備設(shè)計····

20、···························13</p><p>　　3.1 確定設(shè)計方案····

21、;····································

22、83;13</p><p>　　3.1.1 選擇換熱器類型······························

23、;····13</p><p>　　3.1.2 管程安排··························

24、3;·············13</p><p>　　3.2 確定物性數(shù)據(jù)·················

25、83;·······················13</p><p>　　3.3 估算傳熱面積·······&#

26、183;·································14</p><

27、p>　　3.3.1 計算熱負荷（忽略熱損失）·························14</p><p>　　3.3.2 冷卻水用量（忽略熱損失）&#

28、183;························14</p><p>　　3.3.3 平均傳熱溫差······

29、;······························14</p><p>　　3.3.4 初算傳熱面積&#

30、183;···································14<

31、/p><p>　　3.4 工藝結(jié)構(gòu)尺寸································

32、;·········15</p><p>　　3.4.1 管徑和管內(nèi)流速·····················&

33、#183;·············15</p><p>　　3.4.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)················&#

34、183;················15</p><p>　　3.4.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)·············

35、;············16</p><p>　　3.4.4 傳熱管排列和分程方法·················

36、3;···········17</p><p>　　3.4.5 殼體直徑···················

37、83;·····················17</p><p>　　3.4.6 折流板·········

38、83;·································18</p><p

39、>　　3.4.7 接管··································&#

40、183;··········18</p><p>　　3.5 換熱器核算····················&#

41、183;·······················18</p><p>　　3.5.1 傳熱面積校核·······

42、;······························18</p><p>　　3.5.1.1 管程傳熱膜系

43、數(shù)·································18</p><p&g

44、t;　　3.5.1.2 殼程傳熱膜系數(shù)·································19&

45、lt;/p><p>　　3.5.1.3 污垢熱阻和管壁熱阻·····························20</

46、p><p>　　3.5.1.4 總傳熱系數(shù)K·······························&#

47、183;····21</p><p>　　3.5.1.5 傳熱面積校核·························

48、83;·········21</p><p>　　3.5.2 壁溫衡算·····················&#

49、183;···················21</p><p>　　3.5.3 換熱器內(nèi)壓降的核算··········&#

50、183;·······················22</p><p>　　3.5.3.1 管程阻力·······

51、;·································22</p><p&g

52、t;　　3.5.3.2 殼程阻力··································

53、······23</p><p>　　第4章 輔助設(shè)備的計算與選擇························

54、··········24</p><p>　　4.1 水泵的選擇·····················

55、·······················24 </p><p>　　4.2 熱水泵的選擇····&#

56、183;····································

57、·24</p><p>　　第5章 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸及計算結(jié)果一覽表····················26</p><p>　　第6章 主要符號說明··

58、;····································

59、83;···27</p><p>　　第7章 附圖 ···························

60、3;·····················29</p><p>　　7.1 主體設(shè)備工藝圖（詳細圖樣參照CAD）·······

61、83;·············29</p><p>　　7.2參考目錄附圖(詳細圖樣參考CAD) ···············

62、83;········29</p><p>　　第8章 設(shè)計小結(jié)······················

63、83;·······················30</p><p>　　參考文獻········&#

64、183;····································

65、·········31</p><p>　　第1章 設(shè)計方案簡介</p><p><b>　　1.1、概述</b></p><p>　　在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，即簡稱換熱器，是將熱-流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備。</p&g

66、t;<p>　　換熱器是化學、石油化學及石油煉制工業(yè)中以及其他一些行業(yè)中廣泛使用的熱量交換設(shè)備，它不僅可以單獨作為加熱器、冷凝器等使用，而且是一些化工單元操作重要附屬設(shè)備，因此在化工生產(chǎn)中占有重要地位。通常在化工廠的建設(shè)中換熱器投資比例為，在煉油廠中高達。隨著化學工業(yè)的迅速發(fā)展及能源價格的提高，換熱器的投資比例將進一步加大，換熱器也在不斷的發(fā)展，一些新型高效換熱器相繼問世。</p><p>　　換熱

67、器的類型按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛。</p><p>　　間壁式換熱器的類型也是多種多樣的，從其結(jié)構(gòu)上大致可以分為管式換熱器和板式換熱器。管式換熱器主要包括蛇管、套管和列管式換熱器；板式換熱器主要包括型板式、螺旋板式和板殼式換熱器。</p><p>　　1.2、列管式換熱器</p><p>　　列管式換熱器又稱為管殼式

68、換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。</p><p>　　其主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管

69、束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍流程度大為增加。</p><p>　　列管式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體溫差較大(以上）時，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。</p><p>　　根據(jù)熱補償?shù)姆椒ú煌?/p>

70、可分為：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、填函式換熱器及U型管式換熱器。</p><p>　?、俟潭ò迨綋Q熱器主要由外殼、管板、管束、封頭、折流板等部件組成。管子兩端與管板的連接方式可用焊接法或脹接法固定，殼體則同管板焊接，從而管束、管板與殼體成為一個不可拆分的整體。</p><p>　　特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)。操作時，管壁溫度是

71、由管城與殼程流體共同控制的，而殼壁溫度只與殼程流體有關(guān)，與管程流體無關(guān)。管壁與殼壁溫度不同，二者線膨脹不同，又因整體是固定結(jié)構(gòu)，必產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力大時可能使管子壓彎或把管子從管板處拉脫。所以當熱、冷流體間溫度差超過時應(yīng)有減小熱應(yīng)力的措施，稱為“熱補償”。</p><p>　　殼體與傳熱管壁溫度之差大于時，也需加補償圈膨脹節(jié)，當殼體和管束之間有溫差時，依靠補償圈的彈性變形來適應(yīng)他們之間的不同的熱膨脹。</p

72、><p>　　固定管板式列管換熱器常用“膨脹節(jié)”結(jié)構(gòu)進行熱補償，也稱加補償圈。即在殼體上焊接一個橫斷面帶弧形的鋼環(huán)。膨脹節(jié)在受到換熱器軸向應(yīng)力時會發(fā)生形變，使殼體伸縮，從而減小熱應(yīng)力。但仍不適用于熱、冷流體溫差較大（超過）的場合，且因膨脹節(jié)是承壓薄弱處，殼程流體壓力不宜大于6atm。</p><p>　　固定管板式換熱器示意圖</p><p>　?、诟☆^式換熱器是在固定

73、管板式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管長方向浮動，該端稱為浮頭。當殼體與管束因溫度不同而引起膨脹時，管束連同浮頭可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應(yīng)力，而且由于固定端的管板用法蘭與殼體相連，整個管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。</p><p>　　特點：結(jié)構(gòu)較為復雜，成本高，消除了溫差應(yīng)力，是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)型式。</p><p>　　浮

74、頭式換熱器的示意圖</p><p>　　③填函式換熱器，管束一端可自由膨脹，造價也比浮頭式低，檢修清洗容易，填函處泄露能及時發(fā)現(xiàn)，但課程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能。殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的介質(zhì)。</p><p><b>　　填函式換熱器</b></p><p>　?、躑型管式換熱器每根管子都彎成U形，管子的進出口均安裝在統(tǒng)一管板上，封頭

75、內(nèi)用隔板分成兩室，管程至少為兩程。管子可以自由伸縮，與殼體無關(guān)。 </p><p>　　特點：結(jié)構(gòu)簡單，適用于高溫和高壓場合，但管內(nèi)清洗不易，制造困難。</p><p>　　U形管式換熱器的示意圖</p><p>　　1.2 方案設(shè)計和擬定</p><p>　　1.2.1流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則</p><p>

76、　　選擇原則：傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單,清洗方便</p><p>　?。?）不清潔或易結(jié)垢的流體宜走容易清洗的一側(cè)。對于直管管束，宜走管程；對于U形管管束，宜走殼程。</p><p>　?。?）腐蝕性流體宜走管程，以免殼體和管束同時被腐蝕。</p><p>　?。?）壓力高的流體宜走管程，以避免制造較厚的殼體。</p><p>　　（4）為增大對

77、流傳熱系數(shù)，需要提高流速的流體宜走管程，因管程流通截面積一般比殼程的小，且做成多管程也較容易。</p><p>　　（5）兩流體溫差較大時，對于固定管板式換熱器，宜將對流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，以減小管壁和殼體的溫差，減小熱應(yīng)力。</p><p>　?。?）蒸汽冷凝宜在殼程，以減小排除冷凝液。</p><p>　?。?）需要冷卻的流體宜選殼程，便于散熱，以減少冷卻劑

78、用量。但是溫度很高的流體，其熱能可以利用，宜選管程，以減少熱損失。</p><p>　?。?）黏度大或者流量較小的流體宜走殼程，因有折流擋板的作用，在低Re下（）即可達到湍流。</p><p>　　以上原則中，可能有時是相互矛盾的，在實際使用中不能同時滿足要求。</p><p>　　所以，在實際的設(shè)計中，應(yīng)該認真調(diào)查研究，對具體情況做出具體分析，抓住主要方面進行設(shè)計

79、。</p><p>　　1.2.2 流體流速的選擇</p><p>　　流體在管程或殼程中的流速，不僅直接影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而且影響污垢熱阻，從而影響傳熱系數(shù)的大小，特別對于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體，流速過低甚至可能導致管路堵塞，嚴重影響到設(shè)備的使用，但流速增大，又將使流體阻力增大。</p><p>　　增加流體流速，將增大對流傳熱系數(shù)，減小污垢在壁面上的沉積，

80、即降低污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增加。因此適宜的流速既要考慮經(jīng)濟權(quán)衡又要兼顧結(jié)構(gòu)上的要求，充分利用工藝上允許的壓降來選擇較高的流速是換熱器設(shè)計的一條重要原則。</p><p>　　表1 列管式換熱器內(nèi)的適宜流速范圍</p><p>　　表2 不同粘度的流體流速范圍（以普通鋼管為例）</p><p>　　1.2.3 流動方式的選擇</p><p>

81、;　　流向有逆流、并流、錯流和折流四種基本類型。在流體的進、出口溫度相同的情況下，逆流的平均溫度差大于其他流向的平均溫度差，所以若無其他工藝要求，一般采用逆流操作。但在列管式換熱器設(shè)計中，為了增加傳熱系數(shù)或使換熱器結(jié)構(gòu)合理，冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復雜流動。當流量一定時，管程或殼程越多，對流傳熱系數(shù)越大，對傳熱過程越有利，但是，采用多管程或多殼程必導致流體阻力損失，即輸送流體的動力費用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時，需權(quán)衡

82、傳熱和流體輸送兩方面的損失。當采用多殼程時，列管式換熱器內(nèi)的流動形式復雜，對數(shù)平均值的溫差要加以修正。</p><p>　　1.2.4 加熱劑、冷卻劑的選用</p><p><b>　?。?）常用的加熱劑</b></p><p><b>　?、亠柡退魵?lt;/b></p><p>　　飽和水蒸氣是一種

83、應(yīng)用最廣的加熱劑。飽和水蒸氣冷凝時的傳熱膜系數(shù)很高，且可以通過改變蒸汽的壓力準確的控制加熱溫度。</p><p><b>　　②煙道氣</b></p><p>　　燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達，適用于高溫加熱。缺點是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。</p><p>　　除此之外，還可根據(jù)具體情況，采用熱水或熱空氣作為加熱劑。

84、</p><p><b>　?。?）常用冷卻劑</b></p><p>　　水和空氣是最常用的冷卻劑，應(yīng)因地制宜的加以選用。受當?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水溫度一般為，如需冷卻到較低溫度，則需采用低溫介質(zhì)，如冷凍鹽水，氟利昂等。</p><p>　　1.2.5 換熱設(shè)備設(shè)計與選型的原則</p><p>　?。?）滿足規(guī)定的工藝條件

85、</p><p>　?、倭魉俚奶岣哂欣趥鳠幔瑫r由于流體阻力一般與流速的平方成反比，在綜合考慮阻力以及避免流體誘發(fā)振動的前提下，應(yīng)盡量選擇高的流速以增大傳熱系數(shù)。</p><p>　?、趯τ跓o相變的流體，盡可能采取逆流傳熱方式以增大平均傳熱溫差，同時有利于減小結(jié)構(gòu)中的溫差應(yīng)力。</p><p>　?、弁咨撇贾脗鳠崦?，不僅可增加單位空間內(nèi)的傳熱面積，還可以改善流動特

86、性。</p><p><b>　?。?）確保安全可靠</b></p><p>　　應(yīng)遵守《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定》等有關(guān)規(guī)定和標準進行機械強度及剛度的計算與校核，以確保換熱設(shè)備的安全可靠。</p><p>　　（3）安裝操作及維修的方便</p><p>　　設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與拆裝，在廠房移動時不受樓梯、梁柱等的

87、妨礙。根據(jù)需要添置氣液排放口和檢查孔等；對于易結(jié)垢的流體可考慮在流體中加入凈化劑，以避免停工清洗，或?qū)Q熱器設(shè)計成兩部分，交替進行工作和清洗等</p><p><b>　?。?）經(jīng)濟合理</b></p><p>　　當設(shè)計或選型時，往往有幾種換熱器都能滿足生產(chǎn)工藝要求，此時對換熱器的經(jīng)濟核算就顯得十分必要。應(yīng)根據(jù)在一定時間內(nèi)（一般為一年）設(shè)備費（包括購買費、運輸費、安

88、裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費等）的總和最小來選擇換熱器，并確定適宜的操作條件。</p><p>　　1.2.6 選擇列管式換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況，熱流體進口溫度，出口溫度；冷流體進口溫度，出口溫度接近，該換熱器用循環(huán)水進行冷卻， 初步選取固定管板式換熱器。</p><p>　　1.2.7換熱器材質(zhì)的選擇</p>

89、<p>　　在進行換熱器設(shè)計時，換熱器各種零、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強度或剛度的角度來考慮，是比較容易達到的，但材料的耐腐蝕性能，有時往往成為一個復雜的問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與

90、換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。 一般換熱器常用的材料，有金屬材料:碳鋼和不銹鋼;非金屬材料:石墨、聚四氟乙烯、玻璃。 </p><p>　　由于不銹鋼價格高，碳鋼價格低，且強度較高，本次用循環(huán)水作冷卻劑，冷卻熱水，水的酸性很低，所以可以選用碳鋼作為換熱器的材料。</p><p>　　1.2.8管子規(guī)格及排列方法</p><p>　　對一定的傳熱面積而言，傳熱管徑越

91、小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。對清潔的流體，管徑可取小些，而對粘度較大或易結(jié)垢的流體，考慮灌輸?shù)那鍧嵎奖慊虮苊夤茏佣氯?，管徑可取大些。我國目前使用的列管式換熱器系列的標準中有和兩種規(guī)格。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。一般出廠的標準管長為6m，此外，管長和殼徑相適應(yīng)，一般取為。</p><p>　　管子在管板上的排列方式有正三角形、正方形直列和正方形錯列等。等邊三角形排列

92、，管板的強度高，流體走短路的機會少，對流傳熱系數(shù)較高。</p><p>　　管子間距Pt（管中心的距離），一般是管外徑的1.25倍左右，以保證脹管時管板的剛度，其值見下表。</p><p><b>　　管子布置間距</b></p><p>　　管外徑 間距 隔板中心到管中心距離

93、 </p><p>　　19 25 19 </p><p>　　25.4 32 22 </p><p

94、>　　31.8 40 26 </p><p>　　38.1 48 30 </p><p>　　當管程在二程以上時，此時，隔板中心到管中

95、心的距離 ，一般為：</p><p><b>　　管子在管板上的排列</b></p><p>　　(a) 正三角形排列 (b)正方形排列 (c)正方形錯列</p><p>　　1.2.9管程和殼程數(shù)的確定</p><p>　　當流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)較多時，有時會使管內(nèi)流速變低，因而對流傳熱系

96、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，導致管程流體阻力加大，增加動力費用，同時多程會使平均溫度差下降，使管板上可利用的面積減少，設(shè)計時應(yīng)全面考慮。列管式換熱器的系列標準中的管程數(shù)有1、2、4和6程等四種。采用多管程時，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)大致相等。</p><p>　　1.2.10折流擋板</p><p>　　安裝折流擋板的目的是提高殼程對流傳熱系數(shù)，為取得良好的效果，擋板

97、的形狀和間距必須適當。常見的折流板有圓盤形，分流型和弓形。其中圓缺形（弓形）折流板最為常見。</p><p>　　對圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對殼程流體的流動情況有重要影響，切去弓形高度約為殼體直徑的10%~40%（一般取20%~25%），弓形缺口太大或太小都會產(chǎn)生“死區(qū)”，既不利于傳熱，又往往增加阻力。擋板的間距對殼體的流動亦有重要影響。間距太大，不能保證流體垂直流過管束，使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，

98、不便于制造和檢修，阻力損失亦大。</p><p>　　兩相鄰擋板的距離（板間距）h一般取換熱器外徑D的0.2~1.0倍。固定板式換熱器h有150mm、300mm、600mm三種。</p><p>　　1.2.11管程安排</p><p>　　由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢的增長速度，使換熱器的熱流量下降，所以循環(huán)冷卻水走管程，熱水走殼程。<

99、/p><p>　　1.2.12其他部件</p><p>　　為固定折流板，需要設(shè)拉桿和定距管，當換熱器殼體直徑小于600mm時，拉桿數(shù)量可取4，其直徑為10~12mm，當殼體直徑大于800mm時，拉桿數(shù)量可取6~8，其直徑為12mm。定距管直徑一般與換熱器尺寸相同。</p><p>　　為防止殼程進口流體直接沖擊換熱管，產(chǎn)生沖蝕，必要時應(yīng)在殼程流體進口處設(shè)置緩沖板。為防

100、止因殼體與管束間隙過大而產(chǎn)生流體短路，必要時還應(yīng)設(shè)置旁路擋板。</p><p>　　第2章 工藝流程簡圖</p><p>　　2.1 工藝流程簡圖(詳圖參考CAD)</p><p>　　第3章 工藝計算和主體設(shè)備設(shè)計</p><p><b>　　3.1確定設(shè)計方案</b></p><p>　

101、　3.1.1選擇換熱器類型</p><p>　　兩流體的溫度變化情況：</p><p>　　熱流體進口溫度80℃，出口溫度40℃；</p><p>　　冷流體進口溫度22℃，出口溫度40℃；</p><p>　　熱流體的定性溫度為 =</p><p>　　冷流體的定性溫度為 =</p><

102、;p>　　兩流體溫度差為 </p><p>　　雖然該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，但循環(huán)冷卻水的溫度總是在0度以上，且為逆流操作，即兩流體溫度差總是小于50℃，所以可以初步選用固定管板式換熱器。 </p><p><b>　　3.1.2管程安排</b></p><p>　　由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若流速

103、太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，所以熱流體熱水應(yīng)走殼程，循環(huán)冷卻水應(yīng)走管程。</p><p><b>　　3.2確定物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　殼程熱流體的定性溫度為 </p><p>　　管程冷流體的定性溫度為 </p><p>　　熱水在60℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：

104、 </p><p>　　密度； 比熱容</p><p>　　粘度； 熱導率 </p><p>　　循環(huán)冷卻水在31℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度；； 比熱容； 粘度； 熱導率 &l

105、t;/p><p><b>　　3.3估算傳熱面積</b></p><p>　　3.3.1計算熱負荷（忽略熱損失）</p><p>　　年處理能力 ，每年按330天算，每天工作24小時，則</p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　　=<

106、;/b></p><p>　　3.3.2冷卻水用量（忽略熱損失）</p><p><b>　　∴</b></p><p>　　式中 －熱水的質(zhì)量流量，</p><p><b>　?。瓱崴谋葻崛?，</b></p><p>　　—循環(huán)冷卻水的質(zhì)量流量，</p

107、><p>　　—循環(huán)冷卻水的比熱容，</p><p>　　3.3.3平均傳熱溫差</p><p><b>　　按照純逆流計算</b></p><p><b>　　∵</b></p><p>　　∴Δtm= 27.55℃</p><p>　　3.3.4初算傳

108、熱面積</p><p>　　查表（如下）： K=700W/m2·℃，則估算的傳熱面積為</p><p>　　列管式換熱器中的K值大致范圍</p><p>　　兩流體 </p><p>　　水-水 700~1800<

109、/p><p>　　有機物-水 </p><p>　　有機物粘度μ<0.5mPa·S 300~800</p><p>　　μ=0.5~1.0 mPa·S 200~500</p><p>　　μ>1.0mP

110、a·S 50~300</p><p><b>　　有機物-有機物</b></p><p>　　冷流體粘度μ<1.0mPa·S 100~350 </p><p>　　μ>1.0mPa·S 50~250

111、 </p><p>　　液體-氣體 10~60 </p><p>　　氣體-氣體 10~40 </p><p>　　蒸汽冷凝-氣體 20~250

112、 </p><p><b>　　3.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　3.4.1管徑和管內(nèi)流速</p><p>　　選用冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速</p><p>　　3.4.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>　　可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p>

113、<p><b>　　∴</b></p><p><b>　　取14</b></p><p>　　按單管程計算，所需的傳熱管長度為</p><p>　　按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計實際情況，采用標準設(shè)計，現(xiàn)取傳熱管長=3m,則該換熱器的管程數(shù)為</p><p>　

114、　傳熱管總根數(shù)3.4.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　平均溫差校正系數(shù)計算如下：</p><p>　　按單殼程、雙管程結(jié)構(gòu)，查下圖</p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　由于平均傳熱溫

115、差大于0.8，故取單殼程合適。</p><p>　　3.4.4傳熱管排列和分程方法</p><p>　　采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。如下圖</p><p>　　(a) 正三角形排列 (b)正方形排列</p><p><b>　　取管心距</b></p><p

116、>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離按下式計算= 23 / 2 + 6 = 18mm</p><p>　　各程相鄰管的管心距為36mm。</p><p><b>　　3.4.5殼體直徑</b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體直徑可以按下式計算,</p><p>　　式中η為管板利用率，取值范圍如下：&l

117、t;/p><p>　　正三角形排列 二管程 η= 0.7 ~ 0.85</p><p>　　四管程 η= 0.6 ~ 0.8</p><p>　　正方形排列 二管程 η= 0.55 ~ 0.7</p><p>　　四管程 η= 0.45 ~ 0.65</p><p>　　取管板利用率

118、η =0.80</p><p><b>　　即</b></p><p>　　按卷制殼體的進級檔，可取標準D=180mm</p><p><b>　　3.4.6折流板</b></p><p>　　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</p><

119、p>　　故可取h=45mm </p><p>　　取折流板間距B=0.25D，（0.2D<B<D）則</p><p><b>　　折流板數(shù)目 </b></p><p><b>　　3.4.7接管</b></p><p>　　殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)熱水流速為u1=1.0m/s

120、</p><p><b>　　則接管內(nèi)徑為</b></p><p><b>　　D1= =</b></p><p>　　圓整后可取管內(nèi)徑為35mm。</p><p>　　管程流體進出口接管：取接管內(nèi)液體流速u2=1.5m/s</p><p><b>　　則接管內(nèi)徑為

121、</b></p><p><b>　　D2= =</b></p><p>　　圓整后取管內(nèi)徑為40mm。</p><p>　　3.5 換熱器核算</p><p>　　3.5.1傳熱面積校核</p><p>　　3.5.1.1管程傳熱膜系數(shù)</p><p>&l

122、t;b>　　按式</b></p><p><b>　　計算</b></p><p>　　式中α—對流傳熱系數(shù)，</p><p><b>　　λ—流體的熱導率，</b></p><p><b>　　di—管內(nèi)經(jīng)，</b></p><p>

123、　　u—流體的流速， </p><p><b>　　ρ—流體的密度，</b></p><p><b>　　μ—流體的粘度，</b></p><p>　　cp—流體的比熱容，</p><p><b>　　Re—雷諾數(shù)</b></p><p><b&

124、gt;　　Pr—普朗特數(shù)</b></p><p><b>　　管程流體流通截面積</b></p><p>　　管程流體流速和雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特數(shù)</b></p><p>　　3.5.1.2殼程傳熱膜系數(shù)</p><p>　　用式（4-

125、25）計算</p><p>　　α0 =0.30.14</p><p>　　管子按正三角形排列，傳熱當量直徑為</p><p><b>　　殼程流通截面積</b></p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特數(shù)</b></p>

126、;<p><b>　　粘度校正</b></p><p>　　3.5.1.3污垢熱阻和管壁熱阻</p><p><b>　　污垢系數(shù)見下表，</b></p><p>　　管外側(cè)污垢熱阻R0=0.0002</p><p>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻Ri=0.0006</p><

127、p>　　已知管壁厚度b=0.002m，</p><p>　　碳鋼在該條件下的熱導率為50。</p><p>　　3.5.1.4總傳熱系數(shù)K</p><p><b>　　總傳熱系數(shù)K為</b></p><p>　　3.5.1.5傳熱面積校核</p><p>　　依式（4-10）可得所計算的傳熱

128、面積</p><p>　　換熱器的實際傳熱面積為S</p><p><b>　　換熱器的面積裕度為</b></p><p>　　傳熱面積裕度合適,該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù).</p><p><b>　　3.5.2壁溫衡算</b></p><p>　　因管壁很薄，且管壁熱阻很小

129、，故管壁溫度可按下式計算</p><p>　　其中 </p><p><b>　　=</b></p><p>　　殼體壁溫，可近似取殼程流體的平均溫度，即T=60℃</p><p>　　殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為：</p><p>　　故可用

130、故可選用固定管板式換熱器。</p><p>　　3.5.3換熱器內(nèi)壓降的核算</p><p>　　3.5.3.1管程阻力</p><p><b>　　=</b></p><p>　　由 Re=9661,傳熱管相對粗糙度0.01，查下表中λ-Re雙對數(shù)坐標圖，</p><p>　　得λ=0.038，

131、流速ui=0.75，ρ=995.35。</p><p>　　所以 </p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　3.5.3.2殼程阻力</p><p><b>　　按下式計算</b></p><p><b>　　其中 </b>&l

132、t;/p><p><b>　　流體流經(jīng)管束的阻力</b></p><p><b>　　F=0.5</b></p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力為</p><p>　　其中 h =0.045 ,D=0.18 ,則</p><p><b>　　總阻力&l

133、t;/b></p><p>　　所以該換熱器的殼程流體的阻力比較適宜。</p><p>　　第4章 輔助設(shè)備的計算與選擇</p><p><b>　　4.1 水泵的選擇</b></p><p><b>　　由水的質(zhì)量流量： </b></p><p>　　則求得水泵的體

134、積流量為： </p><p>　　選管內(nèi)流速 ，估算管的內(nèi)徑</p><p>　　選取 水煤氣管，內(nèi)徑管路總長為15m，其中換熱器截面高出蓄水池表面10m，吸入管路長5m。</p><p>　　管內(nèi)流速 </p><p>　　鋼管絕對粗糙度取，則相對粗糙度為，查表得摩擦系數(shù)，截止閥（全開）的阻力系數(shù) ，兩個90

135、°彎頭的阻力系數(shù) 。</p><p><b>　　管路的壓頭損失 </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　在換熱器截面與蓄水池表面列伯努利方程，得揚程：</p><p>　　根據(jù)已知流量 ，揚程</p><p>　　綜上，可從離心泵規(guī)格

136、表中選用型號為的離心泵。</p><p><b>　　4.2熱水泵的選擇</b></p><p><b>　　熱水的流量： </b></p><p>　　可求得熱水泵的體積流量為： </p><p>　　選取管內(nèi)流速為，估算管內(nèi)徑： </p><p>　　選擇的水煤氣管，內(nèi)徑

137、d=35.8mm，管路總長為10m，且換熱器截面高出泵截面10m。</p><p><b>　　管內(nèi)流速為 </b></p><p>　　鋼管絕對粗糙度，相對粗糙度為,查得摩擦系數(shù)，截止閥（全開）的阻力系數(shù) ，兩個90°彎頭的阻力系數(shù) 。</p><p><b>　　管路的壓頭損失</b></p>

138、<p>　　在換熱器截面與泵表面列伯努利方程，得揚程：</p><p>　　根據(jù)已知流量,揚程H= 綜上，可從離心泵規(guī)格表中選用型號為的離心泵。</p><p>　　第5章 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸及計算結(jié)果一覽表</p><p>　　表一 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果</p><p>　　參數(shù)

139、 管程 殼程</p><p>　　流量/（kg/h） 1.873 0.84175 </p><p>　　進口溫度 /(℃)

140、 22 80 </p><p>　　出口溫度 /(℃) 40 40 </p><p>　　壓力/MPa 0

141、.1 0.1 </p><p>　　定性溫度 /℃ 31 60 </p><p>　　密度/(kg/m3) 995.35

142、 983.1 </p><p>　　定壓比熱容/(KJ·Kg‐1K‐1) 4.174 4.179 </p><p>　　粘度/(Pa·s)

143、 </p><p>　　熱導率，W/m?℃ 0.6197 0.659 </p><p>　　普朗特數(shù) 5.2

144、8 2.993 </p><p>　　型式 管板式換熱器 殼程數(shù) 1</p><p>　　殼體內(nèi)徑/mm 180 臺數(shù) 1 　　　　　　

145、　</p><p>　　管徑/mm Φ19×2 管心距/mm 23 　　　　　　　　　</p><p>　　管長/mm 3000 管子排列 △ 　　 </p><p>　　管數(shù)

146、目/根 42 折流板數(shù)/個 66 　　　　　　　　</p><p>　　傳熱面積/m2 7.3 折流板間距/mm 45 　　</p><p>　　管程數(shù)

147、3 材質(zhì) 碳鋼 　　　　 </p><p>　　主要計算結(jié)果 管程 殼程 </p><p>　　流速/(m/s) 0.5073 0.5757

148、 </p><p>　　表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[W/(m2·℃)] 5850.3 4751 </p><p>　　污垢熱阻/(m2·℃/W) 0.0006 0.0002

149、 </p><p>　　阻力/MPa 0.1217 0.0537 </p><p>　　熱流量/KW 140.7136164

150、 </p><p>　　傳熱溫差/K 27.55 </p><p>　　傳熱系數(shù)/[W/(m2·℃)] 835.7

151、8 </p><p>　　裕度/% 1.23 </p><p><b>　　第6章主要符號說明</b></p><

152、p><b>　　主要符號說明</b></p><p><b>　　第7章 附圖</b></p><p>　　7.1 工藝流程圖（詳細圖樣請參照CAD）</p><p>　　7.2 主體設(shè)備工藝圖（詳細圖樣參照CAD）</p><p><b>　　第8章 設(shè)計小結(jié)</b>

153、</p><p>　　由于某些原因，讓僅有的十天課程設(shè)計的時間又縮短了兩天，八天顯得有點捉襟見肘，但卻依然受益頗多。在這次實習中，我覺得自己從中感受到了理論到實踐的飛躍。在短短的幾天里，從一開始什么都很模糊，到后來與同學的討論，不斷試算，請教老師，再進行整個流程的計算，其中經(jīng)過了反復的修改與訂正，再到對工業(yè)材料上的選取以及后期的設(shè)計報告及流程圖的繪制，我深深的感受到了理論與實際相結(jié)合的種種困難，學好理論知識只是基

154、礎(chǔ)，當去解決實際問題時，我們所學的知識還是很有限的，所以就像老師所說的，我們現(xiàn)在正是學習的時候，除了課本還有很多需要我們?nèi)W習的地方。說真的，雖然這只是一個小的簡單的課設(shè)，但確實投入了很多。</p><p>　　這次課程設(shè)計，讓我了解到工程設(shè)計的基本內(nèi)容，熟悉了化工設(shè)計的程序和方法，也部分提高了我們對殼程基本知識的應(yīng)用能力，同時，也培養(yǎng)了我們分析和解決工程實際問題的能力，雖然只是皮毛，但這是我們課本上學不到的，對

155、以后我們進入社會將十分有利。同時還使我們樹立了正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是，嚴肅認真，高度負責的工作作風。</p><p>　　設(shè)計過程，也是我們對傳熱設(shè)備認識的從模糊到清晰的過程，在設(shè)計過程中，要考慮到很多方面，如設(shè)備的選型，流體流速的選擇，流體流動方式的選擇等，最終確定的方案一定是工藝上可行，經(jīng)濟上（包括設(shè)備費和操作費）合理的方案，這樣才能投入大型生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用，真正發(fā)揮設(shè)計的作用。</p>

156、<p>　　課設(shè)的計算，核算過程是枯燥繁瑣的，但這是成功必須經(jīng)歷的，學習是漸進的，是一步一步積累的，就像爬山，爬過了這座山，還有更高的一座山，永無止境。</p><p>　　最后，非常感謝指導老師李老師的悉心指導和幫助，也要感謝同學，在我疑惑的地方能一起討論解惑。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、

157、天津大學化工原理教研室編《化工原理》上、下冊(第二版) [M],</p><p>　　天津:天津科技出版社,1996</p><p>　　2、柴誠敬等.《化工原理課程設(shè)計》[M],.</p><p>　　天津:天津科學技術(shù)出版社,2000 </p><p>　　3、偉萍等編.化工過程及設(shè)備設(shè)計[M], </p><p>

158、;　　北京：化學工業(yè)出版社,2000.</p><p>　　4、潘國昌,《化工設(shè)備設(shè)計》[M], </p><p>　　北京：清華大學出版社.2001</p><p>　　5、婁愛娟,吳志泉,吳敘美編,《化工設(shè)計》, </p><p>　　上海：華東理工大學出版社,2002</p><p>　　6、黃璐主編.化工設(shè)計.

159、[M].</p><p>　　北京：化學工業(yè)出版社,2000.</p><p>　　7、化工設(shè)備全書—換熱器[M].</p><p>　　北京：化學工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　8、蘭州石油機械研究所.現(xiàn)代塔器技術(shù)[M],</p><p>　　北京:中國石化出版社,2005</p><

160、p>　　9、化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會.化工設(shè)備設(shè)計全書--塔設(shè)備設(shè)計[M].</p><p>　　上海:上?？茖W技術(shù)出版社,1988.</p><p>　　10、童景山 .流態(tài)化干燥工藝與設(shè)備 [M].</p><p>　　北京 : 科學出版社 ,1989. </p><p>　　11、童景山 .流體的熱物理性質(zhì)[M]. </p