化工原理课程设计 .docx

化工原理课程设计列管式换热器院系：生化工程系专业：环境监测与治理姓名：陈洛阳学号：100501201班级：环监（2）课程设计任务书设计题目，列管式换热器的设计设计条件：1 .气体处理量I100OOkg/h2 .气体进口温度：I1.Ut；气体出口温度：60C工循环水进口温度，25出口温度：48C4压力：气体压力3MPa；循环水压力0.4MPa5 .混合气体85C下物性参数：密度9kgm定压比热容3297kJ(kgC);导热系数0.0279WMPaR粘度1.5×105Pas设计任务：1 .接受设计任务，熟识与设计任务有关的图书、资料、手册。2 .工艺设计选择工艺流程包括确定换热器类型；换热器流体流淌空间的支配等。(2)传热过程工艺计算包括物料衡算确定各物料流率；热及衡算，确定换热热负荷以及冷却水消耗量。3 .换热器结构设计包括换热器壳体直径、长度、厚度；管板尺寸、厚度和结构,封头尺寸和法兰以及它们之间的连接和材料的选用等。4 .选定主要附属件5 .绘制列管式换热器设备总装配图参考设计指导书的设备装配参考图,依据详细设计完成的换热器，在3#纸上绘制换热器总装配图。6 .编写设计说明书设计说明书应依据设计指导思想阐明设计观点和特点;列出本设计主要技术数据。应按设计过程列出计算公式和计算结果,对所选用的物性数据和运用的阅历公式、图表应注明来历，有条件的还应注明其误差范围。设计时间2012年6月10日至2012年6月15日指导老师：周世美书目1 .前言（概述）1.1 设计依据1.2 设计任务及要求（简述）1.3 工艺流程简图及方案论证2 .换热器的工艺设计计算2.1 传热面积的初定2.2 主要工艺尺寸的确定2.3 确定精确的管子数2.4 流体流淌阻力的计算2.5 总传热系数的校核2.6 传热面积的校核3 .换热器结构设计3.1 壳体壁厚的计算3.2 管板结构和尺寸的确定3.3 管板与壳体、封头的连接3.4 温差应力补偿4 .设计结果汇总（列表）5 .设计评述（结束语）6 .参考资料1 .前言1.1 设计依据选用固定管板式换热器，水走管程，空气走壳程，管内流速为0.5ms,空气是加热剂，水是冷却剂，循环水的进口湿度为25C：出口温度为45C,材质选择的为碳钢。换热器分为几大类：夹食式换热器，沉醉式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热罂，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用丁不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用.它的结构荷洁、坚实、制造较简洁、处理实力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温柔大型装置中运用更为普遍.所以首选列管式换热器作为设计基础。I-折就指板;2管束;3-壳体;4-折头;5-接管；6-管板图4-36固定管板式换热器1.2 设计任务及要求设计任务：换热器的工艺设计换热器的结构设计设计结果汇总设计评述（结束语）参考资料设计参数：气体处理量：15000kg/h；气体进口温度：HO气体出口温度：60C循环水进口温度：28出口温度：45C压力：气体压力3MPa;循环水压力0.4MPa要求：设计说明书体现设计思路和详细的设计方法换热器装配图（3#）一份2.换热器的工艺计C三物性参数：壳体混合气体的定性温度:T=(U0+60)2=85C管程水的定性温度：t=(45+28)/2=36.5'C依据定性温度查取管程潦体的物性参数，并结合已知壳程流体的物性参数如下：混合气体85C卜的物性参数：密度9kgm,；定压比热容3.297kj(kg©:导热系数0.0279W(m'C):粘度1.5X1.O5Pas水35C下的物性参数：密度994kg/：定压比热容408kJ(kgC):导热系数0.626W(mC):粘度7.25×10,Pas2.1 传热面积的初定(1) 计算热负荷无相变Q=q.Cp(Ti-T2)=(10000÷3600)×3297×10'X(110-60)=411250V又因为Q=(1.051.10)Q簸取Q=1.05Q«所以Q=1.05×411250W=431812.5W(2) 冷却水的用量qm2=Q/C2(t-t2)=431812.5÷4.08×(40-25)=6.09kg/s(3) 计算两流体的平均温度t«=(t-t2)÷1.n(t1÷t2)=(110-40)-(60-25)÷In(110-40)÷(60-25)J=47.8C而p=(t,-t,)÷(1-t,)=(40-25)÷(110-25)=0.21R=(T1-Ta)÷(t2-t1)=2,9查表得.84所以%=。&Zit建=O.84X47.8=40.2C依据两流体的状况假设K估=200/(mjk)故Ae=Q/(Ktttm)=411250/(200X40.2)=51.4m22.2 主要工艺尺寸的确定由于=8536.5=48.5CV55C所以以选用固定管板式列管换热器由换热器系列标准中选定固定式换热器有关参数如下壳径/mm500管子尺寸/三25×2.5公称压力/MPa2.5管长/m6公称面积/in270管子总数152管程数4管子排列方法正三角形实际传热面积A=n11do1.=242×3.14X0.025X(3-0.1)=70.4m22.4流体流淌阻力的计算管程压强降p=(p+p>)FtNpS1.管程流通面积A1=242÷4×0.785×0.022=0.011932管内水的流速Ui=qm2÷(3600×PAi)=6.09÷(994×7.225X1.OT)=0.85m/sRei=d1u1P/=0.02×0.4×994÷(7.25×IOT)=15959设管壁粗糙度为0.1则4/d=0.1÷20=0.05查表得摩擦系数=0.028所以4p=X(1./d)(Pu1/2)=0.028×(6÷0.02)×(994×0.852÷2)=1404.4Pap2=3×PUi2/2=3×994×0.852÷2=501.6Pa而R=1.4NPaN.=1.所以EPi=(1404.4+501.6)×1.4×4=10673.6pa<0.4Mpa管程流淌阻力在允许范围之内。壳程压强降ZZp,=(4p'+ZP2')FsNS其中FS=IH5=I Pi=Ffn(N1H)Pu?/2因为管子为正三角形排列F=O.5取折流板间距h=0.3m挡板数NB=1./h-1=3/0.3-1=19nc=1.1.n,Z2=1.19X1521/2=14.67壳程流通面积A0=h(D-nd0)=0.3×(0.5-14.67X0.025)=0.04maU0=100OO÷(3600×9×0.04)=9.12m/sRe0=douo/=0.025×9.25×9÷(1.5×10-)=138750f0=5.0×Reu228=5.0×138750-a=0.338 pi*=O.5×0.336×14.67×(19+1)×(9×9.25z2)=18978Pap2*=N>(3.5-2B÷D)=19×(3.5-2×0.15÷0.5)×9×9.252÷2=21215Pa总阻力E2p<,=(21215+18978)×1.×1.=40193pa<3Mpa所以壳程流淌阻力也比较合适。2.5总传热系数的校核(1) .管程对流传热系数,u=0.85m/sRe=15959Pr=CPH/=4.174×10s×7.225×104÷0.626=4.81a2=0.023(/)ReaePra4=0.023×0.626÷0.02×15959a,×4.81o4=31O8.4W/(m2k)(2) .壳程对流传热系数a1.a1.=0.36(/de)(d.uP)a8e(CpU/)17,(/f)ai4S1.=hD(1.-d1/t)=0.0328m2u=q,/J=100oo÷(3600X9X0.0328)=11.28m/sde=4(-4/11d12)/(11d,)=4(0.00322-4/11×0.025s÷0.02511=0.027mRe=1.up11/=0.020×18.82×9÷(1.5×10)=182736Pt=Cp/=3.297×108×1.5×10*÷0.0279=1.77黏度校正(H/U尸M=O.951.所以a】=0.36X0.0279÷0.020×182736(1.681.771z,×1=334.9W/(m2k)（3） .污垢热阻参考表3-6,管内、外侧污垢热阻分别取R=0.00058m2kwR51=O.00053m2k/w（4） .总传热系数管壁热阻可忽视时，该换热器的总传热系数K计为K计=1/1.÷1+Rs+Rssd1./d2+d1./(a2d2)=1÷1÷334.9+0.000532+0.0006×25÷20+25÷(2200X20)=220W/(m2k)KttKt=220÷200=1.1所以说明KiS的设定值合适。2. 6传热面积的校核At-=Q(K计)=576975÷(220×45.5)=59.5m2A/A计=70.4÷59.5=1.18所选换热器的传热面积具有足够的裕量，故该换热器合适。3,换热器结构设计3.1 壳体壁厚的计算S=pD/(2-p)+C=104X0.5÷(2XIO4X0.85-104)+0.2=0.91c三所以壳体壁厚取1cm.3.2 管板结构和尺寸的确定管板结构采纳焊接法尺寸的确定见下表公称直径DgDD1.D2D3D4D5=D6D7bb1Cdn50066061549055350044362724质量/kg74.13. 3管板与壳体、封头的连接管板与壳体的连接采纳兼作法兰不行拆连接。管板与封头的连接采纳采纳椭圆型封头。4. 4温差应力补偿采纳波形膨胀节。基本参数见下表公称H杼Dg/r11波的取火外径DO/rmR/mm1./mmS个波的最大允许补偌值一个波的质量/kg50075035160411.021.04 .设计结果汇总（列表）换热潺型式：固定管板式换热器面枳（r>:70.-1工艺参数名称管程克程物料名称循环水空气操作压力，Mpa0.43操作温度，C28/4560/110量,kg/s3837615000流体密度,kg三,994.59流速.m/s0.859.12传热fibkw501.6总传热系数，I/sk)299对流传热系数,M/(1k)1459485污垢系数.mk/W0.000580.00053阻力降,>a1897821215程数1运用材料碳钢碳期管子规格<1>25X2.5管致152管长Wn6000管子间距，ran32排列方式正三角形折流搭板型式上下间距11rn300切口高度25%光体内径，11三n500项目数据项目数据克径D(DN)50Oma管尺寸25X2.5管程数NP(N)4管长I(1.)6m管数n152管排列方式正:角形排列中心排管数11.14管心距32m11传热面枳70.4m?5 .设计评述(结束语)化工原理课程设计是培育个人综合运用本门及有关选修课程的基本学问去解决某一设计任务的一次训练，也起着培育学生独立工作实力的重要作用。在换热器的设计过程中，我感觉我的理论运用于实际的实力得到了提升，主要有以下几点：(1)驾驭了查阅资料，选用公式和搜集数据的实力(2)树立了既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性，并留意到操作时的劳动条件和环境爱护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的实力。（3）培育了快速精确的进行工程计算的实力（4）学会了用简洁的文字，清楚的图表来表达自己的设计思想的实力。从设计结果可看出，若要保持可传热系数，温度越大，换热管数越多，通过设计我们可以知道，为了提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择非常重要。6 .参考资料1 .陈均志，李磊.化工原理试验及课程设计.北京：化工工业出版社，2010.2 .马江权，冷一欣.化工原理课程设计.北京：中国石化出版社，20I1.3 .杨祖荣.化工原理.北京：高等教化出版社，2008.