【正文】 最后，再次感謝徐老師在整個設計過程中給予的悉心指導！同時非常 感謝所有 組員， 通過組內(nèi)的積極討論和互相幫助，我才能夠得以順利的完成本次課程設計。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。 在換熱器的設計過程中 ,我感覺我的理論運用于實際的能力得到了提升，主要有以下幾點： (1)掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù) (包括從已發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集 )的能力； (2)樹立了既考慮技術(shù)上的先進性與可行性，又考慮經(jīng)濟上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護的正確設計思想，在這種設計思想的指導下去分析和解決實際問題的能力； (3)培養(yǎng)了迅速準確的進行工程計算 的能力； (4)學會了用簡潔的文字，清晰的圖表來表達自己設計思想的能力。但由于時間較為倉促，查閱的文獻有限，本次設計還有很多不完善的地方，但對我來說是一次經(jīng)驗的積累和專業(yè)知識的鞏固和專業(yè)素養(yǎng)的提高，具有非常大的意義。 通過設計還鞏固了 以往對工程制圖的復習，通過復習獨立自主的完成了工藝流程圖以及設備裝配圖的繪制。在本次設計中進行了輔助設備即流體輸送設備 — 泵的計算與 選型，雖然未作精細的管路計算，但希望以此建立工程觀念和設計理念。所以，課程設計特殊于以往的任何一次作業(yè)與考試，它能增強學生對工程理念的理解和認識、培養(yǎng)提高學生獨立工作能力的有效實踐。 本次 設計的是煤油冷卻器，根據(jù)溫差和物性確定本設計的換熱器為帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器或浮頭式換熱器，而本設計所需要的換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，又鑒于浮頭式換熱器的造價一般比固定管板式換熱器的造價高出二十多個百分點，以降低投資成本為目的，選擇帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。s ρ 密度 kg/ 3m c 冷流體 h 熱流體 i 管內(nèi) 吉林化工學院化工原理課程設計 31 o 管外 m 平均 s 污垢 吉林化工學院化工原理課程設計 32 討論： 作為本校油氣儲運工程的第一屆學生，我深知專業(yè)基礎(chǔ)課程的重要，進行適當?shù)脑O計訓練對于加深我對課程的理解是非常重要和有意義的?！?） 181?！?/W eR 雷諾準數(shù) S 傳熱面積 2m t 冷流體溫度 ℃ T 熱流體溫度 ℃ u 流速 m/s W 質(zhì)量流量 kg/s ? 對流傳熱系數(shù) W/(㎡℃ =, ρ =994kg/ 所以△ = = Pa =(+) 2=5193 Pa ＜ 10Kpa 所以 管程 流動阻力在允許范圍之內(nèi) 吉林化工學院化工原理課程設計 28 殼程流動阻力計算 ： 流體經(jīng)管束的阻力 ： F= , 流體流過折流板缺口的阻力 ： B=, D= Pa 總阻力： 吉林化工學院化工原理課程設計 29 參數(shù) 管程 殼程 進、出口溫度，℃ 30/40 140/40 壓力， MPa 流量， kg/h 34260 6439 物 性 物性溫度，℃ 35 90 密度， kg/m3 994 825 定壓比熱容， kJ/（ kg?℃） 粘度， Pa?s 熱導率， W/m?℃ 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 形式 管板式換熱器 殼程數(shù) 1 殼體內(nèi)徑， mm 450 臺數(shù) 1 管徑， mm ?? 管心距， mm 32 管長， mm 6000 管子排列 正三角形 管數(shù)，根 122 折流板 個數(shù) 39 傳熱面積， m2 折流板間距，mm 150 管程數(shù) 2 材 質(zhì) 碳鋼 主要計算結(jié)果 管程 殼程 流速， m/s 污垢熱阻， m2℃ /W 熱流量， KW 傳熱溫差，℃ 傳熱系數(shù)， W/(m2K) 裕度 /% 吉林化工學院化工原理課程設計 30 主要符號說明 符號 意義 SI 單位 B 折流板間距 M d 管徑 M D 換熱器外殼內(nèi)徑 M f 摩擦系數(shù) h 圓缺高度 M K 總傳熱系數(shù) W/（ 2m K)。 表 36. 折流板厚度 / mm 殼 體公稱內(nèi)徑 /mm 相鄰兩折流板間距 /mm ≤ 300 300～ 450 450～ 600 600～ 750 ＞ 750 200～ 250 3 5 6 10 10 400～ 700 5 6 10 10 12 700～ 1000 6 8 10 12 16 ＞ 1000 6 10 12 16 16 取折流板間距 B==120mm. 可取 B=150mm,折流板厚度為 吉林化工學院化工原理課程設計 24 折流板圓缺面采用水平裝配。 （二） 折流板的相關(guān)計算 : 取 弓形折流板 , 圓缺口高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則 切去 圓缺高度為 h= 400=100mm 由于換熱器的功能不同，以及殼程介質(zhì)的流量粘度等不同，折流板間距也不同，其系列為100mm、 150mm、 200mm、 300mm、 450mm、 600mm、 800mm、 距為殼程的 20%或 50mm,取其中最大值，允許的最大折流板間距與管徑和殼體直徑有關(guān)。 ③圓盤 圓形環(huán)：圓盤圓形環(huán)折流板是由大直徑的開孔圓和小直徑的圓板交錯排列的，介質(zhì)的流動特征是與軸心對稱，它的作用基本與矩形折流板類似。轉(zhuǎn)角排列：一般用于換熱管正方形排列，該排列方式可使介質(zhì)形成湍流，以提高換熱面積。水平排列的形式：造成流體劇烈擾動以增加傳熱系數(shù)，一般用于無相變介質(zhì)。 吉林化工學院化工原理課程設計 23 ① 弓形折流板：大部分換熱器采用弓形折流板，其缺口弦高 h 值，一般為 倍的圓筒內(nèi)直徑。 橫過管束 中心線的管數(shù) ： = = =≈ 14 根 殼程內(nèi)徑的計算： 采用多管層結(jié)構(gòu)，取管板利用率η =，則殼體內(nèi)徑為 = 32 = 圓整后可取 D=450mm 折流板的選擇 ： （一）、 設置折流板的目的是為了提高流速，增加湍動，改善傳熱，在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。 校正系數(shù) 的大小與冷、熱兩流體的溫度變化有關(guān)，也與換熱器的管程數(shù)、殼程數(shù)有關(guān)，它是 p和 R兩個因數(shù)的函數(shù)，計算 p和 R之后，可通過查圖像獲得 值，其中： 此處為單殼程，雙 管程，查圖可得： 則可得校正后的平均傳熱溫差 由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于 ，同時殼程流體流量較大，故取單殼程較合適。m/s ~ ~ ~ ~ ~ 2~15 表 32不同粘度液體的流速（以普通鋼壁為例） 液體粘度/mPa． s ＞ 1500 1500～ 500 500～ 100 100～ 35 35～ 1 ＜ 1 最大流速 /（ m/s） 選用φ 25 的碳鋼管 (10 號鋼 )，管內(nèi)流速取 = 管程數(shù)和傳熱管數(shù)的計算： 根據(jù)傳熱管的內(nèi)徑和流速，可以確定單程傳熱系數(shù)： 其中： V —— 管程流體的體積流量， m3/s； —— 傳熱管內(nèi)徑， m； u —— 管內(nèi)流體流速， m/s。 s 重有機物μ＞ 1mPa s 輕有機物μ＜ s 輕有機物μ＜ s 中有機物μ =～ 1mPa s 有機物μ＞ 1mPa s 有機物μ＜ s 水（流速為 1m/s） 水 水溶液μ＜ 2mPa s 中有機物μ =～1mPa 表 34 總傳熱系數(shù)的選擇 吉林化工學院化工原理課程設計 19 管程 殼程 總傳熱系數(shù) /[W/（ m3 冷卻水的用量 : 由以上的計算結(jié)果可得： 傳熱面積的估算 : 總傳熱系數(shù) 的假定 總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值見表 34，有關(guān)手冊中也列有其他情況下的總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值，可供設計時參考。 逆流時，我們有 煤油 140℃→ 40℃ 冷卻水 40℃← 30℃ 100℃ 10℃ 實際換熱器內(nèi)兩流體為錯流和折流時，平均溫度差介于逆流和并流之間，即 式中 —— 按純逆流計算的對數(shù)平均溫度差，℃； —— 溫度差的校正系數(shù)。 a db cb泵2泵1吉林化工學院化工原理課程設計 16 第三章 換熱器的工藝計算 定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。管程與殼程流體的進出方向為右圖 （采用 AutoCAD2020 三維建模設計） 所示，并選擇逆流傳熱。工藝流程 簡圖 見下頁。選擇常區(qū)內(nèi)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)作為冷卻劑，經(jīng)過泵 2 壓入冷卻管路。 流程 簡圖模擬 煤油從塔側(cè)線出來的溫度較高，需進行冷卻降溫。 根據(jù)流體流徑選擇的基本原則，循環(huán)水易結(jié)垢，而固定管板式換熱器的殼程不易清洗，且循環(huán)冷卻水的推薦流速大于煤油， 故選擇 循環(huán)冷卻水為 —— 管程流體 煤油為 —— 殼程流體 根據(jù)流體在直管內(nèi)適宜流速查表 管內(nèi)循環(huán)冷卻水的流速初選為 =。 根據(jù)間壁式換熱器的分類與特性表：最大使用溫差 =110℃＜ 120℃，因此選用固定管板式換熱器，同時，它也是 最常用的換熱器類型。換熱器的大量使用有效地提高了能源的利用率， 使企業(yè)成本降低，效益提高。流程優(yōu)化軟件技術(shù)的發(fā)展帶來了換熱器應用的增多。新世紀開始后，代表國際領(lǐng)先技術(shù)水平的板式空冷器研制成功，它結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積?。▋H為 1/4）、重量輕（僅為 1/3）、換熱面積大（單臺 33，可達 860 2m ）、壓降低（用于減頂空冷壓降 ）、投資低（可節(jié)省 10%），將在工業(yè)裝置中起到巨大的作用?？绽涫綋Q熱器利用空氣作為冷卻介質(zhì)，替代了循環(huán)水系統(tǒng)對環(huán)境的污染，節(jié)能效果非常明顯。目前該換熱器已在冷凝、沸騰介質(zhì)的換熱器中應用，在壓縮機級間冷卻場合也得到普遍應用，效果非常明顯。美國菲利普斯公司于20世紀 70年代開發(fā)了折流桿 換熱器用于換熱器大型化，有效地克服了管束的振動，延長了管子的壽命。 90年代中期以前，國內(nèi)換熱器應用直徑普遍小于Φ 1500,90年代中后期直徑超過Φ 1500的換熱器應用日增。在國外，管殼式換熱器最大直徑已達到Φ 4650，國內(nèi)已達到Φ 3200，面積達到 7000 2m ，重量達到 260t。 防腐涂層換熱器的發(fā)展也較為迅速，從 20 世紀 80 年代中期投資低、防腐效果好的 847 防腐涂料開始，發(fā) 展到 90 年代的 901，不僅在冷卻水系統(tǒng)成功防腐，而且還具有抗垢性能， NiP非金屬化學鍍層在 60℃以下海水和氯離子的防腐方面也起到了重要的作用，在 110℃以下對硫的防腐也發(fā)揮了較大的作用，不僅防腐而且起到了耐沖蝕、耐磨作用。鉭和鋯換熱器近年來發(fā)展也較為迅速，在化工工業(yè)中得到應用。在這些場合，碳鋼換熱器的壽命僅為 4~18 個月左右，防腐已從單純的圖層發(fā)展到采用鈦材料的防腐，使鈦換熱器 已從原來的化工裝置的應用發(fā)展到煉油裝置。如某廠在一座 190104kcal/h 的加熱爐回收余熱，煙氣從 399℃降到 168℃，使空氣溫度提高 230℃，每小時回收余熱 104kcal/h，使加熱爐燃料減少 15%，獲得顯著的經(jīng)濟效益。熱管主要是利用小的表面積來傳遞較大的熱量，是 20 世紀 60 年代中期發(fā)展起來的傳熱元件。 在低溫余熱回收系統(tǒng)，熱管的應用帶來了巨大的社會效率，在煙氣余熱回收系統(tǒng)，國內(nèi)普遍采用熱管來回收低溫熱源，達到節(jié)能的目的。可處理的介質(zhì)有鹽酸、硫酸、醋酸和磷酸等強腐蝕介質(zhì)，其傳熱面積最大可達 1000 2m ，使用溫度可達 800℃以內(nèi)，重量節(jié)約 2倍，耐壓可達 占地面積節(jié)省189。該換熱器承壓 ≤ ，有自行補償熱膨脹性能，單臺傳熱面積可達 25000 2m .由于管徑較小，在用于結(jié)垢較重的場合易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，而且無法機械清洗。相鄰兩層螺旋狀產(chǎn)熱的螺旋防線相反，一般分為單層和多層，可同時處理兩種以上介質(zhì)。 吉林化工學院化工原理課程設計 12 在化肥、天然氣液化、乙烯、煤氣化裝置中，螺旋管式換熱器開發(fā)于 70 年代，應用于制氧等低溫過程中。板式蒸發(fā)器國內(nèi)技術(shù)已達到國際先進水平，板間大量蒸發(fā)降溫既要滿足殺菌作用，同時要達到濃縮和保證蛋白質(zhì)的營養(yǎng)。另外，在介質(zhì)較臟的場合亦應慎重使用不可拆式螺旋板換熱器。某廠使用的不銹鋼螺 旋板用于