【正文】 ?P ?? ?? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計 21 熱阻分別為： W　℃mRs i /)( 24 ??? ? W℃mRs o /)( 24 ??? ? (4)總傳熱系數(shù) K ddd iom ????? 1 1o o oioi i i m oK d d b dRs Rsd d d? ? ?? ?? ? ? ??? 3443???????????????K 實際換熱面積 233m1 ?? ????? KQS K值校正 2232 ?????? KKKKK ????SS 故所選擇的換熱器是合適的。 冷流體的定性溫度為 ℃202 1525 ???t。℃ ) 粘度μ Pa 塔頂冷凝器的設(shè)計 確定設(shè)計方案 選擇換熱器的類型。 根據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) 熱 流體 T 35℃ ← ℃ 冷流體 t 15℃ → 25℃ △ t 20℃ ℃ 冷流體的定性溫度為 202 25152 ttt 21 ????? ℃ 熱流體的定性溫度為 21 ????? TTT ℃ 根據(jù)定性溫度分別查取的物性參數(shù)如下： 表 8 塔頂全凝器內(nèi)原料物性參數(shù) 名 稱 密度ρ Kg/m3 定壓比熱 Cp kJ/(Kg (1)管程對流傳熱系數(shù) i? 36768ei ?R 33i ipri ??????? ?? ?P mAo ??? 2o ? 5546eo ?R 0 ? 68bN? PaPo ?? ? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計 33 對于低粘度流體， iiii d?? 所以 ℃./ 3 9 1 6 7 6 80 2 5 9 8 0 2 d0 2 2rieiiiimWPR??????????? (2)殼程對流傳熱系數(shù) 0? 對于無相變化流體在管外的對流傳熱系數(shù) d?? 因為是液體被冷卻所以 ?μФ 35546e0 ?R 1073 330 0pr0 ??????? ?? ?P ℃Ф μ.m/23 3 3 3 0000Wd???????? (3)污垢熱阻 根據(jù)《化工原理課程設(shè)計》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 /)( 24 ??? ? W℃mRs o /)( 24 ??? ? (4)總傳熱系數(shù) K ddd iom ????? ?? 2m/( Wi?℃） eR 35546o ? ? ?? 20 / mW （? ℃） ? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計 34 1 1o o oioi i i m oK d d b dRs Rsd d d? ? ?? ?? ? ? ??? ℃.W/123443mK??????????????? 實際換熱面積 253m1 ??????? KQS K值校正 2232 ?????? KKKKK 11 ????SS 故所選擇的換熱器是合適的。 根據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) 熱流體 T ℃ → ℃ 冷流體 t 25℃ ← 15℃（呼和浩特地區(qū)水溫 15℃） △ t ℃ ℃ 熱流體的定性溫度為 ℃?T 。 r 為 飽和蒸汽 在 ℃下的汽化熱。℃ )/W 104 104 壓力降 Pa 程數(shù) 4 1 推薦使用材料 碳鋼 碳鋼 管子規(guī)格 ?！? 23m ?? ???? K QS 由固定管板式換熱器的系列標準，初選型號為 G400Ⅱ 主要參數(shù)如下： 公稱 直徑 500mm 管子尺寸 φ 19 2 管子數(shù) 275 管長 管中心距 管程數(shù) Np 1 排列方式 正三角形 管程流通面積 ㎡ 實際換熱面積： )()( mLdnS oO ???????? ? 采用此換熱面積的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為： )./( 23m00 ℃mWSQK ?????? 2 核算壓降 ① 管程壓降 ? ? psti NNFPPP 21 ΔΔΔ∑ ?? /Wc kg s? omtC?? ? ? 20 /K W m?? 由于冷卻水可能含有渣滓 ,走管程利于清洗，由于壁面的原因熱流體走殼程有利于提高冷卻效果，所以塔頂餾出液 走殼程，冷卻水走管程。 因管子排列方式為正三角形，所以 F=。所以，蒸汽走殼程，冷卻水走管程。 根據(jù) 3 3 e3. 04 36 00 10 = 10 .9 4m / h = 50 .3 8mVH? ? ? 及，從 Y 型離心油泵系列中選取 50Y60 型離心泵。 物性參數(shù)的獲取 原料液物性參數(shù) 表 5預熱器內(nèi)原料物性參數(shù) 名 稱 密度ρ Kg/m3 定壓比熱 Cp kJ/(Kg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。 c ??? N 殼程流通面積 20c0 )( dn( mDBA ????? ??? ） 殼程流速 smAWAV OhOso / ?????? ? 雷諾數(shù) 5 ?? ?????? ?? ?ooeo udR ?? R 2u1nf22osco1PNFP??????????????? ?）（， ? 37270ei ?R λ = PP ?? ? mAO ? muo ? ?coR ? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計 20 2u)(22o2PDBNPB????????????）（， ? ? ? 11)(ΔΔΔ∑ ′21′P NFPPP sso? ?????? (1)管程對流傳熱系數(shù) i? 37270ei ?R 33i ipri ??????? ?? ?P 對于低粘度流體， iiii d?? 所以 rieiiii????????? PR?? (2)殼程對流傳熱系數(shù) o? 若蒸汽在水平管束上冷凝，用下式計算冷凝傳熱系數(shù)： 4132327 2 ????????????????tdngroco ???? 式中 ? 、μ、ρ均為水在 120℃時液體的物性參數(shù)?！?) 導熱系數(shù) λ W/(m2P 流體流過折流擋板缺口的壓力降 Pa ； ??sF 結(jié)垢校正系數(shù)，無因次，對液體，取 ；對氣體，取 ； F—— 管子排列方式對壓力降的校正系數(shù)：三 角形排列 F=；正方形排列 F=；正方形錯列 F=； 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計 14 ??of 殼程流體的摩擦系數(shù)； ?? 橫過管束中心線的管數(shù) B—— 折流擋板間距， m； D—— 殼體直徑， m； ??BN 折流擋板數(shù)目； ??ou 按殼程流通面積 So計算的流速， m/s。 s； γ —— 飽和蒸汽的冷凝潛熱， kJ/kg； Δ t—— 蒸汽的飽和溫度與壁溫之差，Δ t＝ tstw 此處取Δ t=5 nc—— 水平管束在垂直列上的管數(shù)； 141 2 17 2 17......cn n nnn n n??? ? ?? ??? ? ??? 5．換熱器實際傳熱面積 根據(jù)選定換熱器的管徑、管長和管數(shù)可計算所選換熱器的實際傳熱面積 Sp。 (1)對于低粘度流體 (μ小于或等于 2 倍常溫水的粘度 ) 1212ln tttttm???????內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計 12 ninudNPrReλ0 2 PrRe0 2 ??? 當流體被加熱時， n＝ 當流體被冷卻時， n＝ 式中： ρ、μ —— 分別為流體的密度和粘度， kg／ m Pa 1. 熱負荷 (傳熱速率 )Q 無相變傳熱 Q＝ WhCph(T1T2)＝ WcCpc(t2t1) 相變傳熱 (蒸汽冷凝且冷凝液在飽和溫度下離開換熱器 ) Q＝ Whr＝ WcCpc(t2一 t1) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計 11 式中 W —— 流體的質(zhì)量流量， kg／ h； Cp—— 流體的平均定壓比熱容， J／ (kg 核算總傳熱系數(shù) 計算管程、殼程對流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，在計算總傳熱系數(shù) K 計 。當采用河水做冷卻水時，出口溫度一般不超過 50℃，以防止管壁過多結(jié)垢 。 流體流速的選擇 提高 流體 在換熱器中的流速，將 增 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 加 ， 所需傳熱面積 減小 ，設(shè)備費用降低 。這次設(shè)計中的原料預熱器和塔頂全凝器的殼程走的是蒸汽所以不安裝折流板。壓力較低時可采用平蓋，壓力較高時則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。 本次設(shè)計選擇正三角形的排列方式。 換熱管布置和排列間距 管束的多少和長短由傳熱面積的大小和換熱器結(jié)構(gòu)來決定，它的材質(zhì)選擇主要考慮傳熱 效果、耐腐蝕性能、可焊性等。在具體選型時，我們需要抓住實際工況下最重要的影響因素或者說是所需換熱器要滿足的最主要目的，解決主要矛盾。但補償裝置 (膨脹節(jié) )只能用在殼壁與管壁溫差低于 60～ 70℃ 和殼程流體壓強不高的情況。由于列管式換熱器管束與殼體內(nèi)通過流體的溫度不同，會引起管束與殼體熱膨脹程度的差異，若兩側(cè)流體的溫度差較大時，就可能由于熱應力二引起管子彎曲或使管子從管板上拉托，因此，必須考慮熱補償。 ξ —— 阻力系數(shù)，列管換熱器管內(nèi)ξ =3 BN —— 折流擋板數(shù)目； 0u —— 按殼程流通面積 So計算的流速， m/s 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計 3 第 1 章 確定設(shè)計方案 設(shè)計設(shè)備在生產(chǎn) 中的作用 換熱器是化工、石油、動力、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，是必不可少的單元設(shè)備，在生產(chǎn)中占有很重要的地位。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設(shè)計 2 符號說明 Q—— 傳熱速率 (即熱負荷 )， W； K—— 總傳熱系數(shù)， W／ (m2．℃ )； S—— 與 K值對應的換熱器傳熱面積， m2； Δ tm—— 平均溫度差，℃。 本次設(shè)計任務是年 產(chǎn) 萬 噸酒精精餾系統(tǒng)換熱器設(shè)計，其中包括了生產(chǎn)工藝流程中四個換熱器 ：原料預熱器、塔頂全凝器、塔頂冷卻器、塔底冷卻器。塔頂酒精蒸汽經(jīng)過全凝器，用冷卻水將酒精蒸汽冷卻至液體，再經(jīng)過冷卻器是產(chǎn)品冷卻至 35 度。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強，換熱器的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)改進及傳熱 機理的研究十分活躍，一些新型的換熱器相繼問世?！?) Δ t—— 蒸汽的飽和溫度與壁溫之差， nc—— 水平管束在垂直列上的管數(shù)； 1P? —— 直管中因摩擦阻力引起的壓力降 Pa ； 2P? —— 回彎管中因摩擦阻力引起的壓力降， Pa； tF —— 結(jié)垢校正系數(shù)，無因次，φ 25 的換熱管取 ；φ 19 2mm 的換熱管取 ； sN —— 串聯(lián)的殼 程數(shù)； pN —— 管程數(shù)。 不同形式的列管換熱器主要針對換熱器管程與殼程流體的溫度差的 不同設(shè)計。 為了克服溫差應力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差 50℃ 以上時，為安全起見，換熱器應