【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 S= 冷熱流體溫度差為℃，介于 50℃和 70℃，可選用帶有補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 20 表 222 列管參數(shù) 公稱直徑 325mm 管子尺寸 25 管子數(shù) n 40 管長 L/mm 1500 管中心距 mm 32 管程數(shù) Np 4 管子 排列方式 正三角形 管程流通面積 / 2m 實(shí)際換熱面積 SO )(`)( 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： )( 456 6 20 ℃mWtmS QK o ??????? (1)管程壓降 ? ? psti NNFPPP 21 ΔΔΔ∑ ?? 其中 ? , 1?SN , 2?PN ， 3?? ( / 46) / ( / 46 / 18 ) 8A A A Bx a a a? ? ? 1 ? ? ? 31 / / /8 6 1 .7 2 /m A A B Bmwwkg m? ? ?? ???? g m i g il x l???? ?平均粘度 10m P a s? ??? 管程流速 smAVu iSi ????? 雷諾數(shù) 26300 058 ??????? ? ?iii ud 10000( 湍換熱器型號(hào)為： JB/T 471592 mso ? smui /? ?i 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 21 流 ) 對(duì)于碳鋼管 ,取管壁粗糙 度ε =，所以 ??id? 由《食品工程原理》書的λ Re關(guān)系圖中可查得 λ =。 PaudLP ii 221 ?????????? ?? PauP i 222 ??????? ?? ? ? )50( 7 4 4 7 4 k P aPaP i ????????? (2)殼程壓降 ? ? sso NFPPP ′21′ ΔΔΔ∑ ?? ,其中 Fs=（氣體）， Ns=1。 2ρ)1(Δ21 osco uNnFfP +=′ 2ρ)(Δ 22 oB uDBNP ??? 因管子排列方式為正三角形，所以 F=。 ??? nn c 殼程流通面積 22222 )()(4 mndDA oo ??????? ?殼程流速 smAVu oso / 8000 ????? 雷諾數(shù) 5 ?? ?????? ?? ?ooo ud 此時(shí) ???? ??oof PaP )11( 21 ?????????? PaPi ??? ? mAo ? /ou m s? Reo= of = PaPo ??? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 22 因殼程通過的是水蒸汽，故不需加折流擋板，即 NB=0，因此02 =′ΔP 。 )10()( k P aPaP o ???????? 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。 (1)管程對(duì)流傳熱系數(shù) i? 0 . 9 0 . 9 0 . 5 ( 0 . 1 5 0 . 6 5 ) 0 . 3 6 / ( )m i iK a K w m c? ? ? ? ? ? ?? 7 2 6 3Re ??i 34μ 3 . 4 5 1 0 5 . 8 9 1 0Pr 5 . 6 40 . 3 6pi c k?? ? ?? ? ? 對(duì)于低粘度流體， iiii dh ?? ? 所以 ）（ ℃mWh i ?????? / (2)殼程對(duì)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)： Reo= 4132????????????????tdnkgrhoco ?? 式中 ? 、μ、ρ均為水在 ℃時(shí)液體的物性參數(shù)。 r 為水在℃下的汽化熱。 )/(1 5 3 0 6 8 . 24143232 ℃mWho ????????????????????? (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 Pr ? hi= w/(m2℃ ) ho=15302w/(m2℃ ) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 23 熱阻分別為： W　℃mRs i /)( 24 ??? ? W℃mRs o /)( 24 ??? ? (4)總傳熱系數(shù) K moiioioioo dkdbdhdddRsRshK???????? 1 1 )/( 11 244 ℃mWK ??? ?????????? ?? 即 K 計(jì) =(m2 ℃ ) K 計(jì) /K 選 =%% ?????選選計(jì) K KK 故所選擇的換熱器是合適的。 設(shè)計(jì)結(jié)果：選用固定管板式換熱器，型號(hào)： JB/T 471592 (1)管程流體進(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 原料液進(jìn)出接管的流速為 smu /5? ， 則接管內(nèi)徑為 muVd s ???? ???? ? 根據(jù)《化工流體流動(dòng)與轉(zhuǎn)熱》附錄二十二的熱軋無縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 選擇規(guī)格為φ 42mm 3mm,di=36mm= 核算流速 smdVu iS / 55044 22 ???? ??? ? 故選擇的接管規(guī)格合適。 (2)殼程流體進(jìn)口接管的選擇 K 計(jì) = W/(m2℃ ) K 計(jì) /K 選 =， 管程流體進(jìn)出口接管選擇規(guī)格為φ 42mm3mm 的熱軋無縫鋼管 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 24 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 smu /30? ， 則接管內(nèi)徑為 muVd s ??????? ? 根據(jù)熱軋無縫鋼 管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 選擇規(guī)格為 φ 70mm4mm,di=62mm 核算流速 smdVu iS / 22 ??? ??? ? 故選擇的接管規(guī)格合適。 殼程流體進(jìn)口接管選擇規(guī)格為 φ 70mm4mm 的熱軋無縫鋼管 塔頂冷凝器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 確定設(shè)計(jì)方案 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(chǔ)存，熱流體的進(jìn)出口溫度都是 ℃，熱流體的出口溫度是 35℃。采用冷卻水進(jìn)行冷卻，冷卻水的進(jìn)口溫度是 15℃，出口溫度是 35℃ . 冷卻器中流體溫度差不大， 殼里壓力是常壓，可選擇固定管板式換熱器 流動(dòng)空間和管材的選用。 由于蒸汽是熱流體且比較干凈不易結(jié)垢，蒸汽走殼程便于散熱，可提高冷卻效果，不必清洗管子而且便于及時(shí)排除冷凝液。粘度大，流量較小的冷卻水易結(jié)垢走管程便于清洗管子，此外還可以提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)。所以，蒸汽走殼程，冷卻水走管程。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。 根據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) 熱流體 T ℃ ← ℃ 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 25 冷流體 t 15℃ → 35℃ △ t ℃ ℃ 冷流體的定性溫度為 ℃t 252 3515 ??? 熱流體的定性溫度為 T=℃。 根據(jù)定性溫度分別查取的物性參數(shù)如下： 表 231 塔頂冷凝器內(nèi)原料物性參數(shù) 名 稱 密度ρ Kg/m3 定壓比熱 Cp kJ/(Kg℃ ) 導(dǎo)熱系數(shù) ? ，W/(m℃ ) 粘度μ Pa s 汽化熱 r kJ/kg 乙醇（ ℃ ） 104 864 乙醇蒸氣（ ℃ ） 105 水（ ℃ ） 104 水蒸氣（ ℃ ） 冷卻水 (℃ ) 103 換熱器的衡算 塔頂冷凝器的工藝計(jì)算 備注 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 26 ，初選換熱器。 (1)熱負(fù)荷的計(jì)算 WWQ h 1 3 8 2 6 13 6 0 0/1 0 0 9 2 0 0r ?????? (2)冷卻水的消耗量 ? ?12 ttCWrWQ pcch ?????? skgttC QW pcc /)1535( )( 12 ???????? (3)計(jì)算平均溫度差 按單殼程、雙管程考慮，一側(cè)恒溫，求逆流時(shí)的平均溫度差： 熱流體 T ℃ ← ℃ 冷流體 t 15℃ → 35℃ △ t ℃ ℃ ℃tttttm ln1212 ??????????? (4)初選 K 值，估算傳熱面積 由表 3，取 K 選 =800 )/( 2℃mW ? . 傳熱面積 S： 82 61K QS mtm ?????? 由于兩流體溫差為 （ 50℃～ 70℃），選擇帶有補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器。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(hào)為： JB/T 471592 主要參數(shù)如下： 表 232 列管參數(shù) 公稱直徑 900mm 管子尺寸 φ 25 管子數(shù) n 550 管長 L/mm 3000 管中心距 mm 32 管程數(shù) Np 4 Q = S= 由于兩流體溫差為℃（ 50℃～70℃），選擇帶有補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器 型號(hào)為： JB/T 471592 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 27 管子排列方式 正三角形 管程流通面積 / 2m 實(shí)際換熱面積 SO ? ? ? ? mLdn oo ??????????? ? ）（ ℃mWtS QK mO ??????? 20 / (1)管程壓降 ? ? psti NNFPPP 21 ΔΔΔ∑ ?? 其中 ? , 1=SN , 4?pN 管程流速 smAVu isi / ??? 雷諾 數(shù) 34 1401089 3 ???????? ?? ?iii ud 10000(湍流 ) 對(duì)于碳鋼管 ,取管壁粗糙度ε =，所以 ε 20id ?? 由《化工流體流動(dòng)與轉(zhuǎn)熱》書的λ Re 關(guān)系圖中可查得 λ =。 PaudLP ii 52 512 221 ?????????? ?? PauP i 35012 222 ??????? ?? ? ? )50(4 9 0 1 5 0 15 2 5 1 k P ak P aP i ???????? (2)殼程壓降 ? ? sso NFPPP ′21′ ΔΔΔ∑ ?? ,其中 Fs=1（氣體）， Ns=1。 21 ρΔ ( 1) 2oo c B uP F f n N??? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 28 22 ρ2Δ (3 .5 ) 2 oB uBPN D? ?? 因管子排列方式為正三角形，所以 F=。 5 ??? nn c 殼程流通面積 ? ? ? ? 22 0 2 mdnDzA oco ??????? 殼程流速 smAVu oso / ??? 雷諾數(shù) 1000059829 5 ??? ?????? ?? ?ooo ud ???? ??oof PaP )11( 21 ????????? PaP 682 ) (3 22 ????????? )10(762311)( kPaPaP o ???????? 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。 (1)管程對(duì)流傳熱系數(shù) ih smAWu o so / ???? ? )/( ℃kgkJcc pmp ??? sPam ???? ? 4109 3 ?? )/(5 9 8 ℃mWkk m ??? 原料液為被加熱流體，取 n= 3 ??? ?????? ?? ?ooo ud