化工原理課程設(shè)計答案參考模板管殼式換熱器選型

1、、八 、亠一、刖言熱交換器是進行熱交換操作的通用工藝設(shè)備，被廣泛使用于各個工業(yè)部門，尤其在石油、化工生產(chǎn)中使用更為廣泛。換熱器分類方式多樣，按照其工作原理可分為：直接接 觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類，其中間壁式換熱器用量最大，據(jù)統(tǒng)計, 這類換熱器占總用量的99 %。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類，其中 管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，在長期的操作過程中積累了豐富的經(jīng) 驗,其設(shè)計資料比較齊全，在許多國家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。近年來盡管管殼式換熱器也受 到了新型換熱器的挑戰(zhàn)，但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、操作彈性大、使 用材料廣等優(yōu)點，管殼式換熱器目

2、前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型換熱 器，尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有絕對優(yōu)勢。如何確定最佳的換熱器，是換熱器優(yōu)化的問題。本說明書對指定有機物進行冷卻選擇合適的換熱器，并且合理安排 操作管路以及選擇合適的離心泵作出詳細的計算說明。二、設(shè)計任務(wù)班級：姓名：學(xué)號：任課老師：選擇一個合適的換熱器，冷卻780C的某液態(tài)有機物至60cC，此有機物的流量為82kg/s；（1）合理安排操作管路；（2）選擇一臺合適的離心泵；（3）有機物69CC的物理性質(zhì)：=997kg/m3;0.6mPa sCp =2.22kJ/kg C;-=0.16W/m C.（4）冷卻水：進口溫度t1=20oC；（5）

3、 操作條件：換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應(yīng)超過0.1MPa。三、目錄一前言1二設(shè)計任務(wù)2四計算明細表41管殼式換熱器規(guī)格42離心泵的型號規(guī)格43計算數(shù)據(jù)結(jié)果記錄5五計算過程61選擇合適的換熱器 61.1熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取 61.2 計算熱負荷 Q 和qm261.3計算溫差和估計傳熱系數(shù) 61.4估算換熱面積71.5計算管程壓降和給熱系數(shù) 71.6計算殼程壓降和給熱系數(shù) 81.7計算傳熱系數(shù)91.8校核傳熱面積92安排管路和選擇合適的離心泵 92.1管徑初選92.2壓頭計算10六附錄12七符號說明13八設(shè)計說明15九參考文獻15四、計算結(jié)果明細表(1) 管殼式換熱器的規(guī)格公稱直徑公稱壓力管程數(shù)管子根數(shù)

4、中心排管程流通換熱管長管心距換熱面DN/mmPN/Nn管數(shù)面積/m2度 L/mm/mm積/m2MPaNt09 x2mm70042574270.0507450025150.8(2) 離心泵的型號規(guī)格型號轉(zhuǎn)速n/(r/min)流量揚程/m效率n/%功率必需氣蝕量(NPSH r/m質(zhì)量(泵/底座)/kgm/hL/s軸功率電機功率IS150-145012033.322.57110.418.53.0758/158125-25020055.6208113.53.024066.717.57814.73.5(3) 計算數(shù)據(jù)結(jié)果記錄項目結(jié)果單位冷卻劑出口溫度40循環(huán)水定性溫度30熱負荷3276.72kW冷卻水質(zhì)

5、量流量39.25kg /s并流對數(shù)平均溫差35.7逆流對數(shù)平均溫差39.0估算換熱面積147.4m2管程流動面積0.05072 m管內(nèi)冷卻水流速0.78m/ s管程給熱系數(shù)3969W/(m2 P )摩擦系數(shù)0.036管程壓降12539.7Pa殼程流動面積0.1342 m殼程有機物流速0.61m/ s當(dāng)量直徑0.0173m殼程給熱系數(shù)1315W/(m2 弋)殼程壓降5483.32Pa核算傳熱系數(shù)693W/(m2 弋)校核傳熱面積121.242 m冷卻水流量144m3/h總局部阻力系數(shù)21.64阻力損失7.5m壓頭（揚程）15.96m五、計算過程一選擇合適的換熱器1熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取冷卻劑：河水，

6、從厶tm>10C及防止水中鹽類析出為原則，選選擇出口溫度：t2=40cC循環(huán)水的定性溫度：入口溫度為t 20 C，出口溫度為t40oC循環(huán)水的定性溫度為t 20 40 /2 =30 C兩流體的溫差Tm -怙=69 - 30 =39 C : 50 C兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下J、物性溫度密度粘度比熱容導(dǎo)熱系數(shù)流體'Ckg/m3mPa- skJ/(kg -C)W/(m -C )有機物699970.62.220.16循環(huán)水30995.70.80124.1740.61712計算熱負荷Q和qm2由熱量衡算Q 二 qmCTj -T2) =82 2.22 (78 - 60) = 3276

7、.72kW=39.25kg / sQ3276.72cp2(t2 -切 一 4.174 (40 -20)3計算溫差'：tm和估計傳熱系數(shù)K估并流時， 選=78 -20 =58 C 選=60 -40 =20 C= 35.7 C58-20Lt2.58 In20逆流時， 選=78 -40 =38 C 選=60 -20 =40 CLt1 - '：t238-40ln氏1-39.0 C40根據(jù)管程走循環(huán)水，殼程走有機物，總傳熱系數(shù) K現(xiàn)暫取:K =570W/m 2 C4估算換熱面積3=147.4m23276.72 10-570 39 1根據(jù)A估可以選擇下述標(biāo)準(zhǔn)換熱器（查附錄得）：（排列方式：

8、正三角形）公稱直 徑DN/mm公稱壓 力PN/MPa管程數(shù)N管子根 數(shù)n中心排 管數(shù)Nt管程流 通面積/m2©9 X2mm換熱管 長度L/mm管心距/mm換熱面積/m270042574270.0507450025150.85計算管程壓降二；t及給熱系數(shù)S 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)換熱器提供的參數(shù)管程流動面積A = 0.0507 m2管內(nèi)冷卻水流速Q(mào)qm239.25kg/scp2(t2 -t1)4.174 (4020)3276.72qm239.25Ui0.78m / s：2A 995.7 0.0507叱/.°15 0.78 995.7 , Ms。J20.8012 10：管程給熱系數(shù):i“&#

9、176;.023 嚴(yán)f。023 嚴(yán)嚴(yán)0.4皿3 常 145000''4.174x103x0.8012x10,0.61710.4=3969W / m2 C取鋼的管壁粗糙度為0.1mm 貝Uf023e 68九=0.1 十一2Re：丿/J.23“.但+d1514500-0.036管程壓降:u2i20.036 竺 31.5 2 9957 °7820.015 丿-12539.7Pa : 0.1MPa6計算殼程壓降t ；s及給熱系數(shù)：0擋板間距B取0.9m,A =BD 1 d。l|=0.9 7.71 °°19=0.15m2l 0.025 丿U0820.55m

10、s0.15 997de 二4A2 :有qm1K d24d0丿4漢0.0252 0.785匯0.0192=0.0173m3.14 0.0190.0173 0.55 997.6 104_30.6 10Pr 皿 22 103 °.6 曲= 8.3250.14H14：0=0.36Re0.55 Pr'3de%0 16i= 0.36160000.55 8.325 3 0.950.0173= 1315W/ m 1 2 100.0001760.000213969131545.4 O= 693W/(m - C) C取折流擋板間距B=0.9m管束中心線管數(shù)Ng =27殼程流動面積2A - B D

11、 - Ntc d0 =0.9'0.7 - 27 0.019 = 0.17m u820.48 m s有A2 997 0.17d0u0P 0.019x0.48x997 ,廠 “4Re0J031.5 1040 0.6 100 228因 Re 500, f0 =5Re.228 =51.5 104.= 0.56管子排列為三角形，F(xiàn)=0.5，fs=1.15擋板數(shù)：Nb = L_1=：45_1=：4B 0.9殼程壓降|Ff°NTC(NB+1)+NB 3.5 LI2Uo=0.5匯0.56><27 匯(4+1 )+4漢 3.5= 5483.32Pa ：0.1MPa岸fs訂2 0.9

12、2X1.15797汽48-0.727計算傳熱系數(shù)K計污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻R外=0.000176m2 OC/W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻甩=0.00021m2 °C/W取鋼管壁厚：=2 10m，熱導(dǎo)率 =45.4W m4 K 48校核傳熱面積Ar-計K計t.ltm逆3276.72 103 .121,24m2693 39 1所選換熱器：A = 150.8m2A150.8A計 _121.24-1.24所以 選擇的換熱器符合要求。c 二安排管路和選擇合適的離心泵1管徑初選 qm2 = 39.25 kg. sq= 39,25 36oo = 0.0394m3/s = 141.9m3 hr1995

13、.7初取水經(jīng)濟流速 u =d.5m. sA =亞0.026m2Pju 995.7勺.5A d：二 dl4.4 °.026 =182mm3.14由于182mn不是標(biāo)準(zhǔn)管徑，因此確定 dl = 150mmqm2 ：1 A|39.25兀2995.7 0.1524=2.23m/ s符合經(jīng)濟流速范圍故確定：dl =150mm,u =2.23m/s2壓頭He在水槽液面及壓力表處列柏努利方程2晉He "豈Hf??；-0.15mm，；/d =0.001,Re=0.15 995.7 2.23/0.8012 10 =4.2 105查圖得 =0.021局部阻力:底閥1個標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭3個

14、球心閥1個© =8.5J0.75 漢 3匕=9.5流入換熱器(1-A/A2 2 =(1 0.15/0.7叮=0.91流出換熱器 =0.51_A2,A =0.51 _0.15管外側(cè)污垢熱阻 R外二0.000176m2 °C/W/0.72 = 0.48故，/ =8.5 0.75 3 9.5 0.91 0.48 =21.64換熱器壓降 ：，；t =12539.7Pa0.021 i-5 21.64芟312539.77.5m0.15丿 2漢9.812.He = P2 一 Pa HPg2g20000995.7 9.812.2322 9.817.5 =15.96mu = 2.23m/s:

15、匚233= qv 二uA| =2.230.15 = 0.04m3/s =144m3/h4根據(jù)qv和He以及IS型離心泵系列特性曲線可以選擇型號為IS150-125-250的離心泵。六、附錄(1)物理性質(zhì)7、申性 流體溫度密度kg/m3粘度mPa- s比熱容kJ/(kgC)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m -C )有機物699970.62.220.16循環(huán)水30995.70.80124.1740.6171鋼管熱導(dǎo)率 =45.4W m J K J七、符號說明主要符號說明符號意義計量單位A面積2 mCp定壓比熱容kJ/(kg K)d管徑mg重力加速度m/s2Hf單位重量流體的機械能損失ml管路長度mm質(zhì)量kgP虛擬

16、壓強PaP流體壓強PaPa大氣壓PaB擋板間距mT周期時間st時間st溫度Cu流速m/sqv體積流量m /sqm質(zhì)量流量Kg/sz絕對粗糙度mmE局部阻力系數(shù)z摩擦系數(shù)卩動力黏度Pa sp密度Kg/m3He有效壓頭mD換熱器殼徑mf校正系數(shù)fo殼程流體摩擦系數(shù)K傳熱系數(shù)W/(m2 K)Nt管子總數(shù)Q熱流量W 或 J/Sa給熱系數(shù)W/(m2 K)熱導(dǎo)率W/(m K)數(shù)群Gr格拉私霍夫數(shù)陛匸42Nu努塞爾數(shù)出Pr普朗特數(shù)Cp4Re雷諾數(shù)du°P下標(biāo)g氣體的m平均w壁面的s殼程的t管程的有有機物的八、設(shè)計說明(1) 需要冷卻的有機物走殼程，冷卻劑走管程；(2) 有機物可以采取逆流的方式；(3) 換熱器說明：1采用光滑管光滑管結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。缺點是它強化傳熱的性能不足。為了提高換熱器的 傳熱系數(shù)，可采用結(jié)構(gòu)形式多樣化的管子，如異性管，翅片管，螺紋管等。2選用 >19 2mm的管子。3 本設(shè)計中采用4.5米長的管子。4 管子的排列形式：本設(shè)計中采用正三角形錯列的排列方式，而在隔板兩側(cè)采用 正方形直列。5 采用多管程，故管板中間要留有隔板的位置。6 允許折流板的間距和