1、根據(jù)給定的原始條件，確定各股物料的進(jìn)出口溫度，計(jì)算換熱器所需的傳熱面積，設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸，并要求核對(duì)換熱器壓強(qiáng)降是否符合小于30 kPa的要求。各項(xiàng)設(shè)計(jì)均可參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來完成。具體項(xiàng)目如下：設(shè)計(jì)要求：1. 某工廠的苯車間，需將苯從其正常沸點(diǎn)被冷卻到40；使用的冷卻劑為冷卻水，其進(jìn)口溫度為 30，出口溫度自定。2. 物料（苯）的處理量為1000 噸/日。3. 要求管程、殼程的壓力降均小于30 kPa。1、換熱器類型的選擇。列管式換熱器2、管程、殼程流體的安排。水走管程，苯走殼程，原因有以下幾點(diǎn)：1.苯的溫度比較高，水的溫度比較低，高溫的適合走管程，低溫適合走殼程2.傳熱系數(shù)比較

　　2、大的適合走殼程，水傳熱系數(shù)比苯大3.干凈的物流宜走殼程。而易產(chǎn)生堵、結(jié)垢的物流宜走管程。3、熱負(fù)荷及冷卻劑的消耗量。冷卻介質(zhì)的選用及其物性。按已知條件給出，冷卻介質(zhì)為水，根進(jìn)口溫度t1=30，冷卻水出口溫度設(shè)計(jì)為t2=38，因此平均溫度下冷卻水物性如下：密度=994kg/m3 粘度2=0.-3Pa.s導(dǎo)熱系數(shù)=62.610-2 W/(m.K) 比熱容Cpc=4.184 kJ/(kg.K)苯的物性如下：進(jìn)口溫度：80.1 出口溫度：40密度=880kg/m3 粘度2=1.1510-3Pa.s導(dǎo)熱系數(shù)=14.810-2 W/(m.K) 比熱容Cpc=1.6 kJ/(kg.K)苯處理量：1

　　3、000t/day=kg/h=11.57kg/s熱負(fù)荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W冷卻水用量：Wc=Q/cpc(t2-t1)=7.4×105/4.184×1000×(38-30)=22.1kg/s4、傳熱面積的計(jì)算。平均溫度差t'm=t2-t1lnt2t1=80.1-38-（40-30）ln80.1-3840-30=27.2確定R和P值R=T1-T2t2-t2=80.1-4038-30=5.01 P=t2-t1T1-t1=38-3080.1

　　4、-30=0.16查閱化工原理上冊(cè)203頁得出溫度校正系數(shù)為0.8，適合單殼程換熱器，平均溫度差為tm=tm×0.9=27.2×0.9=24.5由化工原理上冊(cè)表4-1估算總傳熱系數(shù)K（估計(jì)）為400W/（m2·）估算所需要的傳熱面積：S0=QK估計(jì)tm=×24.5=75m25、換熱器結(jié)構(gòu)尺寸的確定，包括：（1）傳熱管的直徑、管長(zhǎng)及管子根數(shù)；由于苯屬于不易結(jié)垢的流體，采用常用的管子規(guī)格19mm×2mm管內(nèi)流體流速暫定為0.7m/s所需要的管子數(shù)目：n=4Vdiui=4×(11.57/880)3.14&

　　5、#215;0.7×0.0152=122.1，取n為123管長(zhǎng)：l'=S0nd0=×3.14×0.015=12.9m按商品管長(zhǎng)系列規(guī)格，取管長(zhǎng)L=4.5m，選用三管程管子的排列方式及管子與管板的連接方式:管子的排列方式，采用正三角形排列；管子與管板的連接，采用焊接法。（2）殼體直徑；e取1.5d0，即e=28.5mmDi=t(nc1)+2e=1.25×19×(1.13×1231)+2×28.5=537.0mm，按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行整圓，殼體直徑為600mm。此時(shí)長(zhǎng)徑比為7.5，符合6-10的范圍。殼體壁厚的計(jì)算選

　　6、取設(shè)計(jì)壓力p=0.6MPa，殼體材料為Q235，查的相應(yīng)的許用應(yīng)力；焊接系數(shù)（單面焊），腐蝕裕度，所以排管方式：橫過中心的管子數(shù)目：nc=1.13×123=21.1，取整21根有排管圖得出，中心有21根管道時(shí)，按照正三角形排列，可排331根，每邊各加8根，總共可以排列379根，除去6根拉桿，總共可以排出373，與上述計(jì)算相差不大，所以實(shí)際管子數(shù)目為373根。實(shí)際傳熱面積S0=Ndo（L-0.1）=373×3.14×0.019×（4.5-0.1）=97.9m2實(shí)際傳熱系數(shù)K=QtmS0=.5×97.9=308.5W/(m

　　7、2·K)（3）折流板尺寸和板間距；選取折流板與殼體間的間隙為3.5mm，因此，折流板直徑 Dc=600-23.5=593mm切去弓形高度 h=0.25D=0.=150mm取折流板間距ho=300mm那么NB=（4.5-0.1）/0.3=14.6 ,取整得NB=15塊實(shí)際折流板間距 h=（L-0.1）/(N+1)=（4500-100）/（15+1）=275mm拉桿的直徑和數(shù)量與定距管的選定。選用12mm鋼拉桿，數(shù)量6條。定距管采用與換熱管相同的管子，即19mm2mm鋼管。溫度補(bǔ)償圈的選用。由于（80.1+40）/2-(30+38)/2=26.0550，故需不慮設(shè)置溫

　　8、度補(bǔ)償圈。（4）流體進(jìn)出口接管直徑等。苯的進(jìn)出口管道直徑：d=4VSu=4×0..14×0.7=0.15m經(jīng)圓整采用159mm×10mm熱軋無縫鋼管，實(shí)際苯的進(jìn)出口管內(nèi)流速為u=4Vsd2=4×0..14×0.1392=0.867m2水的進(jìn)出口管道直徑：d=4VSu=4×0..14×2.5=0.106m經(jīng)圓整采用108mm×5mm熱軋無縫鋼管，實(shí)際水的進(jìn)出口管內(nèi)流速為u=4Vsd2=4×0..14×0.1062=2.5m6、管、殼程流體的壓力

　　9、降計(jì)算。管程壓降：pi=（p1+p2）FtNsNp管程數(shù)Np=3，串聯(lián)殼程數(shù)Ns=1，對(duì)于19mm2mm的換熱管，結(jié)構(gòu)校正系數(shù)為Ft=1.5。Re=du=0.015×0.7×8800.0015=5749.33,取=0.2mm，即/di=0.2/14=0.015查表，得到=0.044p1=ld+c+eu22=0.044×7.50.015+1.5×880×0.722=5066.6Pap2=3ui2/2=3X880X0.72/2=58.8Papi=5066.6×3×1.5+58.8=.7Pa30Kpa，滿足條件殼程壓降：

　　10、p=（p1+p2）FsNs,由于管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正因子：F=0.5（正三角形排列）de=4(32t2-4d02)do=4×32×0.-4×0..14×0.019=0.0136mu=0..275×(0.6-21×0.019)=0.401m/sRe=du=0.0136×0.401×9940.=7456.5, fo=5×Re-0.228=0.13p1=FfoNc(NB+1)=0.5×0.128×21X（15+1）×994×

　　11、0.4012/2=1718.5Pap2=NB（3.5-）=15×(3.5-2×0.275/0.6)×994×0.4012/2=3096.8Papi=（p1+p2）FtNs=(1718.5+3096.8)×1.15=5537.6Pa30Kpa傳熱系數(shù)校正總傳熱系數(shù)由下式計(jì)算：=+R+其中，管內(nèi)苯的傳熱系數(shù)的計(jì)算=0.023R=0.023×0.1480.015×5749.30.8×（0.0015×1.6×.148）0.3=570.8W/( m.K)管間水的傳熱系數(shù)的計(jì)算 =0.36由于水被

　　12、加熱，取粘度校正系數(shù)w=1.05=0.36×0.6260.0136×7456.50.55×(4.9)0.33×1.05=4147.5( m.K)取水與苯的污垢熱阻均為1.( m.K)/W，鋼管導(dǎo)熱系數(shù)=51 W/( m.K)。故=.5+1.72×10-4+0.×16.5+14×1.72×10-419+.8×14=2.89×10-3Ko（計(jì)）=346 W/(m.K)所以， K（計(jì)算）K（選?。?=1.15,一般Ko（計(jì)）/ Ko（選）應(yīng)在1.

　　13、15-1.25之間。本設(shè)計(jì)的換熱器可適用7、設(shè)計(jì)過程的評(píng)價(jià)及自我體會(huì)。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： 3000噸/日 設(shè)備型式： 固定管板式換熱器 2、操作條件（1）苯：入口溫度 80.1 出口溫度 40 （2）冷卻介質(zhì)：循環(huán)水入口溫度 25 出口溫度 35 （3）允許壓降：管程不大于30kPa 殼程不大于30kPa三、設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）、概述目前（二）.設(shè)計(jì)參數(shù)苯的定性溫度：，該溫度下的物性如下：質(zhì)量流量Ws1=3000t/day相對(duì)分子質(zhì)量Mr=78密度1=838kg/m3粘度=0.39×10-3Pa.s導(dǎo)熱

　　14、系數(shù)1=0.136W/(m.K)比熱容Cph=1.82kJ/(kg.K)進(jìn)口溫度T1=80.1出口溫度T2=40允許壓強(qiáng)降 p=30kpa 水的定性溫度：，該溫度下的物性如下：密度2=838kg/m3粘度2=0.39×10-3Pa.s導(dǎo)熱系數(shù)2=0.136W/(m.K)比熱容Cpc=1.82kJ/(kg.K)進(jìn)口溫度t1=25出口溫度t2=35允許壓強(qiáng)降 p=30kpa（三）、根據(jù)任務(wù)要求，確定設(shè)計(jì)方案(1)類型的選擇。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用固定管板式換熱器(2)流動(dòng)路徑的選擇。 由于變換氣被冷卻且要求壓力降不允許超過30kpa，按變換氣走管內(nèi)考慮；而冷卻水為處理過的軟水，結(jié)垢不嚴(yán)重，

　　15、安排走管間（即殼程）(3)流速的選擇。 變換氣在管內(nèi)的流速取ui=0.75m/s（四）、初算換熱器的傳熱面積So(1)熱負(fù)荷及冷卻介質(zhì)消耗量的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀況下變換氣的質(zhì)量流量Ws1=3000t/day=kg/h熱負(fù)荷 Q=WhCph(T1-T2)=×1.82×(80.1-40)=kJ/h=2534KW冷卻水的消耗量 Ws2=218.561t/h(2) 計(jì)算平均溫度差tm，并確定管程數(shù)。選取逆流流向，先按單殼程單管程考慮，計(jì)算出平均溫度差tm：tm=27.3有關(guān)參數(shù) R=4.01 ，P=0.18根據(jù)R,P值，查化工原理上冊(cè)P233圖4-19

　　16、可讀得，溫度校正系數(shù)w=0.99>0.8，可見用單殼程合適，因此平均溫度差tm=tm×0.99=27(3)按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值初選總傳熱系數(shù)Ko（估），選取Ko（估）=500W/(m2.K)(4)所需傳熱面積So'：So'=187.7m2（五）、主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計(jì)算(1)換熱管規(guī)格及材質(zhì)的選定。選用25mm×2.5mm鋼管。(2)換熱管數(shù)量及長(zhǎng)度的確定 管數(shù) n=176根 管長(zhǎng) l=13.6m 按商品管長(zhǎng)系列規(guī)格，取管長(zhǎng)L=4.5m，Np =3.02 選用四管程。(3)管子的排列方式及管子與管板的連接方式的選定。管子的排列方式，采用正三角形排列；管子與管

　　17、板的連接，采用焊接法。(4)計(jì)算外殼內(nèi)直徑Di Di=t(nc-1)+2b由于管中心距 t=1.25do=1.2525=32mm橫過管束中心線的管數(shù) nc=1.1=1.1=29.1 取整nc=29根管束中心線上*外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離 b=1.5do=1.5×0.025=0.038m所以Di=0.032（29-1）+2×0.038=0.972m,按殼體直徑標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸圓整，取D=1000mm。因?yàn)長(zhǎng)/D=4500/1000=4.5，管長(zhǎng)徑比在425之間，合適。(5)排管：根據(jù)殼體直徑Di、管中心距t、橫過管束中心線的管數(shù)nc及其排列方式，繪出排管圖。由圖可知，中心排2

　　18、9根管時(shí)，按正三角形排列，可排631根，若在六角形每邊各加14根(12+2,兩層)，共排715根，除去6根拉桿位置，實(shí)際排出709根。因此，實(shí)際管子數(shù)N=n=709根。(6)計(jì)算實(shí)際傳熱面積So及過程的總傳熱系數(shù)Ko（選）So=Ndo(L-0.1)=406×3.14×0.025×(9-0.1)=284m2Ko(選)= =382.7W/(m2.K)(7)折流板直徑Dc、數(shù)量及其有關(guān)尺寸的確定。選取折流板與殼體間的間隙為4.5mm，因此，折流板直徑 Dc=1000-2×4.5=991mm切去弓形高度 h=0.25D=0.25×1000=250mm折

　　19、流板數(shù)量 NB=-1取折流板間距ho=600mm，那么 NB=-1=-1=6.3取整得NB=7塊實(shí)際折流板間距 h=550mm(8)拉桿的直徑和數(shù)量與定距管的選定。選用12mm鋼拉桿，數(shù)量6條。定距管采用與換熱管相同的管子，即25mm×2.5mm鋼管。(9)溫度補(bǔ)償圈的選用。由于 < 50，故無需考慮設(shè)置溫度補(bǔ)償圈。(10)列出所設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)基本參數(shù)。外殼直徑： Di=1000mm換熱面積： So=245.23mm換熱管數(shù)量： N=709根管長(zhǎng)： L=4500mm管子規(guī)格： 25mm×2.5mm（鋼管）管中心距： t=32mm管子排列方式： 正三角形管程數(shù)： 4殼

　　20、程數(shù)： 1折流板數(shù)量： NB=7(塊)折流板間距： h=600mm拉桿數(shù)量： 6根拉桿直徑： 12mm定距管： 與換熱管相同規(guī)格通過管板中心的管子數(shù)： nc=29根（六）、換熱器主要構(gòu)件尺寸與接管尺寸的確定換熱器主要構(gòu)件有封頭、筒體法蘭、管板、筒體、折流板、支座。主要接管有：流體進(jìn)出口接管，排液管等。(1)筒體壁厚的確定選取設(shè)計(jì)壓力p=0.6MPa，殼體材料為Q235，查的相應(yīng)的許用應(yīng)力；焊接系數(shù)（單面焊），腐蝕裕度，所以(2)封頭、筒體法蘭、管板、支座選取標(biāo)準(zhǔn)件。(3)流體進(jìn)、出口接管直徑計(jì)算。變換器進(jìn)出口接管d1,取u1=2m/s那么經(jīng)圓整采用熱軋無縫鋼管（GB8163-87）實(shí)際苯的進(jìn)出

　　21、口管內(nèi)流速為水進(jìn)出口接管d2,取u2=2m/s，那么 經(jīng)圓整采用熱軋無縫鋼管（GB8163-87）實(shí)際水流速（七）、管、殼程壓強(qiáng)降的校驗(yàn)(1)管程壓強(qiáng)降：pi=（p1+p2）FtNsNp據(jù)上述結(jié)果可知：管程數(shù)Np=4，串聯(lián)殼程數(shù)Ns=1，對(duì)于25mm×2.5mm的換熱管，結(jié)構(gòu)校正系數(shù)為Ft=1.4。流體流經(jīng)直管段的壓力降為p1=（+e+c）=（+1.5）由于 Gi=624 Rei=取=0.2mm,那么/di=0.2/20=0.01,可查得=0.041，故p1=（0.041×+1.5）×=2527.7 N/m2流體流經(jīng)回彎管的壓力降為p2=3（）=3（）=707.06 N/m2所以pi=（2527.7+707.06）×1.4×1×4=.66 N/m2 500 f=5（9294.2）=0.623p1=0.50.623×29×（7+1）×=4925.5 N/mp2=NB（3.5-）=7×（3.5-）×=1097.31 N/ mNs=1(單殼程) Fs=1.15（液體）所以p=1.15×（4925.5+1097.31）=6926 N/m2 0.8，可見用單殼程合適，

　　31、因此平均溫度差tm=tm×0.99=27(3)按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值初選總傳熱系數(shù)Ko（估），選取Ko（估）=500W/(m2.K)(4)所需傳熱面積So'：So'=187.7m2（五）、主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計(jì)算(1)換熱管規(guī)格及材質(zhì)的選定。選用25mm×2.5mm鋼管。(2)換熱管數(shù)量及長(zhǎng)度的確定 管數(shù) n=176根 管長(zhǎng) l=13.6m 按商品管長(zhǎng)系列規(guī)格，取管長(zhǎng)L=4.5m，Np =3.02 選用四管程。(3)管子的排列方式及管子與管板的連接方式的選定。管子的排列方式，采用正三角形排列；管子與管板的連接，采用焊接法。(4)計(jì)算外殼內(nèi)直徑Di Di=t(nc-1

　　32、)+2b由于管中心距 t=1.25do=1.2525=32mm橫過管束中心線的管數(shù) nc=1.1=1.1=29.1 取整nc=29根管束中心線上*外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離 b=1.5do=1.5×0.025=0.038m所以Di=0.032（29-1）+2×0.038=0.972m,按殼體直徑標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸圓整，取D=1000mm。因?yàn)長(zhǎng)/D=4500/1000=4.5，管長(zhǎng)徑比在425之間，合適。(5)排管：根據(jù)殼體直徑Di、管中心距t、橫過管束中心線的管數(shù)nc及其排列方式，繪出排管圖。由圖可知，中心排29根管時(shí)，按正三角形排列，可排631根，若在六角形每邊各加14根(

　　33、12+2,兩層)，共排715根，除去6根拉桿位置，實(shí)際排出709根。因此，實(shí)際管子數(shù)N=n=709根。(6)計(jì)算實(shí)際傳熱面積So及過程的總傳熱系數(shù)Ko（選）So=Ndo(L-0.1)=406×3.14×0.025×(9-0.1)=284m2Ko(選)= =382.7W/(m2.K)(7)折流板直徑Dc、數(shù)量及其有關(guān)尺寸的確定。選取折流板與殼體間的間隙為4.5mm，因此，折流板直徑 Dc=1000-2×4.5=991mm切去弓形高度 h=0.25D=0.25×1000=250mm折流板數(shù)量 NB=-1取折流板間距ho=600mm，那么 NB=-1

　　34、=-1=6.3取整得NB=7塊實(shí)際折流板間距 h=550mm(8)拉桿的直徑和數(shù)量與定距管的選定。選用12mm鋼拉桿，數(shù)量6條。定距管采用與換熱管相同的管子，即25mm×2.5mm鋼管。(9)溫度補(bǔ)償圈的選用。由于 < 50，故無需考慮設(shè)置溫度補(bǔ)償圈。(10)列出所設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)基本參數(shù)。外殼直徑： Di=1000mm換熱面積： So=245.23mm換熱管數(shù)量： N=709根管長(zhǎng)： L=4500mm管子規(guī)格： 25mm×2.5mm（鋼管）管中心距： t=32mm管子排列方式： 正三角形管程數(shù)： 4殼程數(shù)： 1折流板數(shù)量： NB=7(塊)折流板間距： h=600mm

　　35、拉桿數(shù)量： 6根拉桿直徑： 12mm定距管： 與換熱管相同規(guī)格通過管板中心的管子數(shù)： nc=29根（六）、換熱器主要構(gòu)件尺寸與接管尺寸的確定換熱器主要構(gòu)件有封頭、筒體法蘭、管板、筒體、折流板、支座。主要接管有：流體進(jìn)出口接管，排液管等。(1)筒體壁厚的確定選取設(shè)計(jì)壓力p=0.6MPa，殼體材料為Q235，查的相應(yīng)的許用應(yīng)力；焊接系數(shù)（單面焊），腐蝕裕度，所以(2)封頭、筒體法蘭、管板、支座選取標(biāo)準(zhǔn)件。(3)流體進(jìn)、出口接管直徑計(jì)算。變換器進(jìn)出口接管d1,取u1=2m/s那么經(jīng)圓整采用熱軋無縫鋼管（GB8163-87）實(shí)際苯的進(jìn)出口管內(nèi)流速為水進(jìn)出口接管d2,取u2=2m/s，那么 經(jīng)圓整采用熱

　　36、軋無縫鋼管（GB8163-87）實(shí)際水流速（七）、管、殼程壓強(qiáng)降的校驗(yàn)(1)管程壓強(qiáng)降：pi=（p1+p2）FtNsNp據(jù)上述結(jié)果可知：管程數(shù)Np=4，串聯(lián)殼程數(shù)Ns=1，對(duì)于25mm×2.5mm的換熱管，結(jié)構(gòu)校正系數(shù)為Ft=1.4。流體流經(jīng)直管段的壓力降為p1=（+e+c）=（+1.5）由于 Gi=624 Rei=取=0.2mm,那么/di=0.2/20=0.01,可查得=0.041，故p1=（0.041×+1.5）×=2527.7 N/m2流體流經(jīng)回彎管的壓力降為p2=3（）=3×（）=707.06 N/m2所以pi=（2527.7+707

　　37、06）×1.4×1×4=.66 N/m2 500 f=5（9294.2）=0.623p1=0.5×0.623×29×（7+1）×=4925.5 N/mp2=NB（3.5-）=7×（3.5-）×=1097.31 N/ mNs=1(單殼程) Fs=1.15（液體）所以p=1.15×（4925.5+1097.31）=6926 N/m2 < 30kpa，殼程壓強(qiáng)降滿足題給要求。（八）、總傳熱系數(shù)的校驗(yàn)總傳熱系數(shù)由下式計(jì)算：=+R+其中，管內(nèi)變換氣的傳熱系數(shù)的計(jì)算=0.023R=0.023=1031.9 W/( m.K)

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