化工原理課程設(shè)計(jì)--列管式換熱器的設(shè)計(jì)選型(編輯修改稿)
2025-02-12 09:04 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種 典型的換熱器。換熱器中流體的相對(duì)流向一般有順流和逆流兩種。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時(shí)，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無(wú)相變時(shí)，以逆流的平均溫差最大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減小；若傳熱面積不變，采用逆流時(shí)可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)，后者可節(jié)省操作費(fèi)，故在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。 2 設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)介 確定設(shè)計(jì)方案，包括選擇換熱器的類型、流程安排；確定物性參數(shù)，包括定性溫度、定性溫度下的物性參數(shù)；估算傳熱面積，包括熱負(fù)荷、平均傳熱溫度差、傳熱 面積、冷卻水用量；確定工藝結(jié)構(gòu)尺寸，包括管徑和管內(nèi)流速、管程數(shù)、平均傳熱溫度差校正及殼程數(shù)、傳熱管排列和分程方法、殼體內(nèi)徑、折流板、其它附件、接管；換熱器核算， 包括傳熱能力核算、壁溫核算、換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力。最后畫出工程圖。 二 設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表 性質(zhì)密度，kg/103 比熱,KJ/(kg℃)粘度，Pas 熱導(dǎo)率，KJ/(m℃) 植物油 熱流體950 103 井 水 冷流體 0,801103 將 6000kg/h的植物油從140℃冷卻到40℃，井水進(jìn)、出口溫度分別為20℃和 40℃。要求換熱器的管程和殼程壓強(qiáng)降均不大于35kPa。三 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 1 確定物性方案 （1）選擇換熱器的類型 兩流體的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度 140℃，出口溫度 40℃； 冷流體進(jìn)口溫度 20℃，出口溫度 40℃。 考慮冷熱流體間溫差大于50℃，初步確定選用浮頭式換熱器。 （2）流程安排 與植物油相比，井水易于結(jié)垢，如果其流速太小，會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度使換熱器傳熱速率下降。有機(jī)液被冷卻，走殼程便于散熱。因此，冷卻水走管程，有機(jī)液走殼程。 2 確定物性數(shù)據(jù) (1) 定性溫度 對(duì)于粘度低的流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。所以， 殼程流體的定性溫度為：T=（140 + 40）/2 = 90 ℃ 管程流體的定性溫度為：T=（20 + 40）/2 = 30 ℃ (2) 物性參數(shù) 定性溫度下，管程流體(井水)、殼程流體（植物油）有關(guān)物性參數(shù)由《主要物性參數(shù)表》 得出。 3 估算傳熱面積 (1) 熱流量 Q1= m1cp1 ?t1 =6000(14040)=106kj/h = （2） 平均傳熱溫差 先按照純逆流計(jì)算，得 =℃ 由于殼程有機(jī)液的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè)K=395W/(㎡℃)則估算的傳熱面積為：A= 考慮到估算性質(zhì)的影響，則實(shí)際傳熱面積為：A：m==四、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 選用選用Φ25（碳鋼），取管內(nèi)流速u1=。 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)： Ns=（根）按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為： L=按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)管設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)L=8m，則該換熱器的管程數(shù)為：Np=（管程）傳熱管總根數(shù)：Nt=202=40（根） 平均溫差校正系數(shù)： R= P=按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查圖得：平均傳熱溫差 ℃ ，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。 采用正方形錯(cuò)列。取管心距t=，則 t=25=≈32mm隔板中心到離其最近一排管中心距離：S=t/2+6=32/2+6=22mm各程相鄰管的管心距為：222=44mm 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=，則殼體內(nèi)徑為：
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