【正文】 物化特性，在遇到不懂設(shè)計(jì)難題向老師提問有關(guān)問題，對我們的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，同時(shí)這也 是我們必須學(xué)習(xí)掌握的一門技巧。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，在此過程中也感到過非常的麻煩，反感。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正運(yùn)用自己所學(xué)到的知識，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。 1995 [6] 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)化工原理教研組 20xx 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 37 附 錄 表 1管殼式換熱器總傳熱系數(shù) K 的推薦 管 程 殼 程 總傳熱系數(shù) /［ W/（ m2s 116～ 467 鹽水 輕有機(jī)物 μ ＜ s 233～ 465 中有機(jī)物 μ ＝ ～ lmPas 58～ 233 水（流速為 1m/s） 水蒸氣（有壓力）冷凝 2326～ 4652 水 水蒸氣（常壓或負(fù)壓）冷凝 1745～ 3489 水溶液 μ ＜ 2mPas 水蒸氣冷凝 291～ 582 有機(jī)物 μ ＞ 1mPas 水蒸氣冷凝 582～ 2908 有機(jī)物 μ ＜ s 116～ 349 重有機(jī)物 μ ＞ l mPas 198～ 233 輕有機(jī)物 μ ＜ s 467～ 814 冷水 中有機(jī)物 μ ＝ ～ l mPa [7] 王國勝?化工原理課程設(shè)計(jì)?大連理工大學(xué)出版社? [8]馬江權(quán)、冷一欣?化工原理課程設(shè)計(jì)?北京：中國石化出版社? [9]楊同舟 ?食品工程原理 ?中國農(nóng)業(yè)出版社換熱器?化學(xué)工業(yè)出版社通過此次課程設(shè)計(jì)給我很多專 業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，對知識傳熱的知識有了進(jìn)一步的更全面面的了解。實(shí)踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。 在課設(shè)中主要選用固定板式換熱器，對其進(jìn)行了物料衡算、換熱管的選擇、換熱器的選型等一系列工業(yè)設(shè)計(jì)。換熱器是工業(yè)常用設(shè)備之一，在工業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要的角色?！?) K 選 840W/(m℃ ) K 選 900W/(m℃ ) K 選 900 W/(m 3 1 1 2 0 0 1 0 6 1 5f = + = + = 2 . 5 2 mg g 8 8 2 9 .8 1 8 8 2 9 .8 1PPH ?? ????? 冷 卻 預(yù) 熱 管路的壓頭 2221b b 2 1efu u p p= Z + + +2 g gHH?? ? ????? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 30 又因?yàn)檩斔偷囊后w為有機(jī)溶劑，屬于易燃物品，所以要求必須有較高的密封性能，故選用油泵（ Y 型）。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 28 離心泵的選型與計(jì)算 設(shè)計(jì)任務(wù)要求離心泵用于原料液的輸送，是原料泵，根據(jù)流程圖，該離心泵需要完成從儲罐輸送原料液流經(jīng) 100m 長的直管管路、管路中各部件（包括 1 個(gè)截止閥、 1個(gè)取樣閥、 1 個(gè)調(diào)節(jié)閥 、 2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭）、預(yù)熱器管程，再到精餾塔進(jìn)料口?！?) 導(dǎo)熱系數(shù) k，W/(m換熱器內(nèi)的流體沒有腐蝕性，所以選用碳鋼管，可降低設(shè)備費(fèi)。 (2)殼程流體 進(jìn)出口接管的選擇 根據(jù)液體一般在管中的流速大小，選擇待冷卻進(jìn)入接管時(shí)流速為 /u m s? ，則接管內(nèi)徑為 34 4 5 . 1 3 8 1 0 3 5 . 83 . 1 4 1 . 8 7 8 7 . 4 3 6 0 0sVd m mu? ??? ? ?? ? ? ? 根據(jù)熱軋無縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選擇規(guī)格為φ 42mm 3mm, di=36mm= 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 25 核算流速 3224 4 5 . 1 3 8 1 0 1 . 7 8 /3 . 1 4 0 . 0 3 6 7 8 7 . 4 3 6 0 0SiVu m sd? ??? ? ?? ? ? 故選擇的接管規(guī)格合適。 (1)管程壓降 ? ?12Δ Δ Δi t s pP P P F N N?? 其中 ? , 1=SN , 2PN? 管程流速 41 . 5 2 3 2 1 0 0 . 8 6 60 . 0 0 4 9 9 9 9 . 5 3 6 0 0Si iVu m sA ?? ? ??? 雷諾數(shù) 44ρ 15 66 99 10μ 93 7 10iii du ???? ? ? ?? 410 (湍流 ) 對于碳鋼管 ,取管壁粗糙度ε =，所以 ε 20id ?? 由《化工流體流動與轉(zhuǎn)熱》書的λ Re 關(guān)系圖中可查得 λ =?！?) 導(dǎo)熱系數(shù) k，W/(m 換熱器內(nèi)的流體沒有腐蝕性所以選用碳鋼管，可降低設(shè)備費(fèi)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 19 塔頂冷卻器的設(shè)計(jì) 確定設(shè)計(jì)方案 1．選擇換熱器的類型 塔頂冷卻器是把 ℃的含乙醇 92%的飽和液冷卻儲存，熱流體的進(jìn)口溫度都是℃，熱流體的出口溫度是 35℃。2 ?????????? ? ? ???????? )10()(0 K PaPaP 計(jì)算結(jié)果表明 ,管程和殼程的壓降均能滿足設(shè)計(jì)要求。 KPaudLP ii 221 ??????? ?? PauP i 222 ?????? ? )/(1244CmWK??????? ????????內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 17 KPaKPaP i )( ????????? (2)殼程壓降 ? ? sso NFPPP ′21′ ΔΔΔ∑ ?? ,其中 Fs=， Ns=1。根據(jù)固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)，初選的固定管板式換熱器型號為： JB/T 471592 主要參數(shù)如下： 表 232 列管參數(shù) 公稱直徑 600mm 管子尺寸 φ 25 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 15 實(shí)際換熱面積 200 ?????? ）（）（ LdnS ? (1)管程對流傳熱系數(shù) i? ??????? BBAA ww ??? 4 ????? ?? ?pi C 對于低粘度流體， iiii d?? 所以)/()( CmWi ????????? (2)殼程對流傳熱系數(shù) o? 若蒸汽在水平管束上冷凝，用下式計(jì)算冷凝傳熱系數(shù)： 4132????????????????tdngroco ???? 式中 ? 、μ、ρ均為蒸汽在 ℃時(shí)液體的物性參數(shù)?！?) 粘度μ Pa因碳鋼管價(jià)格低強(qiáng)度好，全凝器中的流體沒有腐蝕性，所以選用 碳鋼管。 流動空間和管材的選用。 (2)殼程流體進(jìn)口接管的選擇 根據(jù)飽和蒸汽一般在管中的流速大小，選擇水蒸汽進(jìn)入接管時(shí)的蒸汽的流速為內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 12 smu /240 ?，則接管內(nèi)徑為 mmuqd v ???? ??? ? 根據(jù)熱軋無縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選擇規(guī)格為φ 108mm 3mm, di=102mm= 核算流速 smdqu v /)( 22 ???? ??? ? 故選擇的接管規(guī)格合適。 ??? nn c 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 11 ????? ?NtD 殼程流通面積 2222020 )()(4 mndDA ??????? ? 殼程流速 smAVu s / ????? 雷諾數(shù) 520xx ??? ???? ?? ?ud ???? ??f ? ? PauNFfnP sc )11( 22039。 ) ( 4/143/2 320 ????? ????? ?W/ Cm ??2 (3)污垢熱阻 根據(jù)《化工原理課程 設(shè)計(jì)》書中的附錄二十查得管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別為： W　℃mRs i /)(107 1 9 24 ??? ? W℃mRs o /)(108 5 24 ??? ? (4)總傳熱系數(shù) K mmd m 2025ln2025 ??? 1 1o o oioi i i m oK d d b dR s R sd d d? ? ?? ?? ? ? ??? 即 K 計(jì) =(m2 s 汽化熱 r kJ/kg 乙醇液（ ℃） 764 104 水（ ℃） 105 水 (℃ ) 104 水蒸汽 (℃ ) 原料預(yù)熱器的工藝計(jì)算 ，初換熱器 (1)熱負(fù)荷的計(jì)算 PCC =?(+)=? ?WhkgCWQ PCC363t??????????－ (2)蒸汽的消耗量 )( 12 ttCWrWQ Pcch == (3)計(jì)算平均溫度差 一側(cè)恒溫，求逆流時(shí)的平均溫度差： 蒸汽 T 125℃ ← 125℃ 原料液 t 20℃ → ℃ △ t 105℃ ℃ ℃－－ 105ln ttt1212m ???? ????tt 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 8 計(jì)算 R： 1 2 1 2( ) / ( ) 0R T T t t? ? ? ? 無需校正 Δmt 初選 K 估算傳熱面積，參照《換熱器》，取 K 選 =900 W/(m2 根據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) 熱流體： 125oC → 125oC 定性溫度為 T=125oC （絕對壓力 ） 冷流體： 20oC ← 定性溫度為 2 0 8 1 .9 ???oC 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 6 hF hkgW / / 33?? ??第二章 設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算 全塔物料恒算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知：塔頂產(chǎn)品乙醇的質(zhì)量 D= 萬噸，乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)XD=,精餾原料粗乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) XF=,塔底殘液乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) XW= hD kg10530024 36 ????? 由 WDF XWXDXFWDF ????? ?? 求得 回流比： R=2 所以hkgDDLV / 43 ???????? 原料預(yù)熱器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 確定設(shè)計(jì)方案 1．選擇換熱器的類型 換熱器中兩流體溫度差不大，殼程壓力較小，故可選擇固定管板式換熱器。 計(jì)算管、殼程壓強(qiáng)降 計(jì)算出選設(shè)備的管、殼程流體的壓強(qiáng)降，如超過工藝允許的范圍，要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計(jì)算壓強(qiáng)降直至滿足要求為止。 選用換熱器 熱負(fù)荷的計(jì)算，冷卻介質(zhì)用量的計(jì)算或加熱介質(zhì)用量的計(jì)算； 平均溫度差的計(jì)算，當(dāng)兩側(cè)流體均為變溫傳熱時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫度差的校正； 流動空間的選擇； 初估總傳熱系數(shù)，計(jì)算換熱面積，初選換熱器。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 5 接管的選擇與流體的流速和流量有關(guān)。 表 121 工業(yè)一般流體流速 液體的種類 一般液體 易結(jié)垢液體 氣體 流速 m／ s 管程 － 3 ＞ 1 5－ 30 殼程 － ＞ 2－ 15 為了節(jié)省水，可提高水的出口溫度，但傳熱面積就需要加大；為了減小傳熱面積，則要增加水量。 流體流速的選擇 增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從 而可減小換熱器的傳熱面積。 （ 2）待冷卻的流體宜走殼程，便于傳熱。這次設(shè)計(jì)中的原料預(yù)熱器和塔頂全凝器內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 4 的殼程走的是蒸汽所以不安裝折流板。直徑小于 400mm 的殼體通常用鋼管制成，大于 400mm 的用鋼板卷焊而成。壓力較低時(shí)可采用平蓋，壓力較高時(shí)則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。 管板與管子的連接可脹接，焊接和脹焊并用。 本次設(shè)計(jì)選擇正三角形的排列方式。 在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用ф 19mm 2mm 直徑的管子更為合理。固定管板式換熱器主要分為管程和殼程兩大部分。 根據(jù)制定的流程方案，可選擇 帶補(bǔ)償圈的和不帶補(bǔ)償圈的 固定管板式換熱器，此類換熱器的結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，宜處理兩流體溫差 50℃到 70℃且殼方流體較清潔及不宜結(jié)垢的物料，流體壓強(qiáng)不高于 600Kpa 的情況。 換熱器設(shè)計(jì)方案的確定 換熱器類型的選擇 對于所選擇的換熱器，應(yīng)盡量滿足以下要求：具有較高的傳熱效率、較低的壓力降；重量輕且能承受操作壓力；有可靠的使用壽命；產(chǎn)品質(zhì)量高，操作安全可靠；所使用的材料與過程流體相容；設(shè)計(jì)計(jì)算方便，制造簡單，安裝容易，易于維護(hù)與維修。