【正文】 ，且原料液可通過熱流體的傳熱提高溫度，在進入原料預熱器時可節(jié)省蒸汽用量；熱流體走殼程可通過殼壁面向空氣中散熱，有利于冷卻。 (2)殼程流體進口接管的選擇 ? ?K mS? ??KK ??SS 原料液 的 密度 3mkg869?? 管程流體進出口接管選擇規(guī)格為φ 68mm 的熱軋無縫鋼管 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設計 22 根據(jù)飽和蒸汽一般在管中的流速大小，選擇水蒸汽進入接管時的蒸汽的流速為 ? ，則接管內(nèi)徑為 ????? 根據(jù)熱軋無縫鋼管的標準規(guī)格選擇規(guī)格為φ 325mm 14mm, 7 m m29142325d i ??? 核算流速 smo 2 ??? ?? 故選擇的接管規(guī)格合適。 ?? ? [ 68 05 532 323 ???? ???? ] 41? (3)污垢熱阻 根據(jù)《化工原理課程設計》書中的附錄二十查得管內(nèi)、外側污垢 PP ?? ?P ?? ?? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設計 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。 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)。 22ii1PLP ????????? ?? u( 22i2 PP ??????? ）?? ) ssp21i P FNNPPP? ?????????????? ）（（ (2)殼程壓降 ? ? sso NFPPP ′21′ ΔΔΔ∑ ?? ,其中 Fs=（氣體）， Ns=1。根據(jù)固定管板式換熱器的系列標準，初選的固定管板式換熱器 主要參數(shù)如下： 表 2 列管參數(shù) 公稱直徑 d 325mm 管子尺寸 d0 Φ 25 管子數(shù) n 40 管長 L/mm 2 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 實際換熱面積 SO 22 )( mldS o ??????? ? 采用此換熱面積的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為： ??? ????? 23m2 12 （WS QK ℃） (1)管程壓降 ? ? psti NNFPPP 21 ΔΔΔ∑ ?? HW = 1S =2 冷熱流體溫度差為℃，介于 50℃和 70℃，可選用帶有補償圈的固定管板式換熱器。 s 汽化熱 r kJ/kg 原料液（ ℃） 869 104 水 (120℃ ) 104 水蒸汽 (120℃ ) 105 換熱器的衡算 原料預 熱器的工藝計算 備注 ，初換熱器 (1)塔底熱負荷的計算 ???T ℃ , pwC = ? phC = ? pcC = kgJC p wC p h %50%50 ????? KWTTCWQ 2 5)( 6 0 4 9 9)pc 321?????????? （釜釜 （ 2） 試差法計算塔底余熱升高原料液的溫度 ①假設升高到 50℃ 302 5020 ???T ℃ , pwC = ? phC = ? pcC = kgJC p wC p h 3103 6 %50%50 ????? KWTTCWQ 2 6)2050(103 6 6 0 4 9 9)pc 321頂頂?????????? （ ②假設升高到 60℃ 402 6020 ???T ℃ , pwC = ? phC = ? pcC = kgJC p wC p h 3104 1 %50%50 ????? KWTTCWQ 6 0)2060(104 1 6 0 4 9 9)pc 321頂頂?????????? （ /W kg h?釜 定性溫度 ℃下原料液的平均比熱容： pcC ?? ?釜Q 假設升高到 60℃，則放熱 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設計 17 ③假設升高到 55℃ 5520 ???T ℃ , pwC = ? phC = ? pcC = kgJC p wC p h 3103 9 %50%50 ????? KWTTCWQ 2 5)(103 9 6 0 4 9 9)pc 321頂頂?????????? （ ④假設升高到 ℃ ???T ℃ , pwC = ? phC = ? pcC = kgJC p wC p h 3103 9 %50%50 ????? KWTTCWQ 1 3)2055(103 9 6 0 4 9 9)pc 321頂頂?????????? （ ⑤ 假設升高到 ℃ ???T ℃ , pwC = ? phC = ? pcC = kgJC p wC p h 3103 9 %50%50 ????? KWTTCWQ 2 6)(103 9 6 0 4 9 9)pc 321頂頂?????????? （ 故塔底余熱將原料液升高到 ℃ (3)計算平均溫度差 一側恒溫，求逆流時的平均溫度差： 塔底得熱量 釜Q 回用到進料口，設換熱器 2得熱負荷 1Q KWQ )( 31 ?????? 蒸汽 T 120℃ ← 120℃ 原料液 t ℃ → ℃ △ t ℃ ℃ 假設 原料液被升溫到： ℃ 原料液最終被升溫到： ℃ 1Q = 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設計 18 ttln ttt2121m ????????0℃ 331 ????? QW H （ 4）計算 R 初選 K估算傳熱面積，參照《換熱器》，取 1K =700 W/(m2℃ ) 導熱系數(shù) λ W/(m 因碳鋼管價格低強度好，預熱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： 120oC → 120oC 定性溫度為 120?T oC （絕對壓力 ） 冷流體： ← 定性溫度為 ?? oC 。蒸汽的溫度大于原料液的溫度，蒸汽走殼程，原料液走管程，有利于減小管子和殼體因受熱不同而產(chǎn)生的熱應力。 2．流動空間和管材的選用 設計任務的熱流體為水蒸汽，冷流體為原料液乙醇。2P 流體流過折流擋板缺口的壓力降 Pa ； ??sF 結垢校正系數(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。1 ????? 2ρ)1(Δ21 osco uNnFfP +=′ 2ρ)(Δ 22 oB uDBNP ??? ? ?? ?正三角形排列NnRRfceeo 22 ???? ??? 39。 ξ —— 阻力系數(shù)，列管換熱器管內(nèi)ξ =3 （ 2）殼程壓力降 ? ? Ssi NFPPP 39。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設計 13 計算流體壓降的主要公式 一般說來，流經(jīng)列管式換熱器允許的壓強降，液體為 10— 100 kPa ，氣體為 1—10kPa 左右。 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。℃ )； ρ —— 冷凝液的密度 ， kg／ m3。 應用范圍： Re＞ l0000， Pr＝ ，管長與管徑之比 L/d＞ 60，若 L/d＜ 60 可將上式算出的α乘以（ 1+ （ d/L） ） 特征尺寸：管內(nèi)徑 d 定性溫度：取流體進、出口溫度的算術平均值?！?)、 J/kg?℃ 。 (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 do、 di 、 dm—— 分別為換熱器列管的外徑、內(nèi)徑及平均直徑 ,m； b—— 列管管壁厚度 , m； k一列管管壁的導熱系數(shù)， w／ (m 確定了選用的換熱器后，需要對換熱器的總傳熱系數(shù) K 進行核算，總傳熱系數(shù) K的計算按下列公式： osomoiosiiioo hRkdbdddRdh dK 11?????? 式中 K0—— 基于換熱器外表面積的總傳熱系數(shù)， w／ (m2．℃ )； ho、 hi—— 分別為管外及管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)， w／ (m2 下標 h和 c分別表示熱流體和冷流體，下標 1 和 2 分別表示換熱器的進口和出口。 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流體的體積流量與爐體的狀態(tài)密切相