《化工原理预热器课程设计报告书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理预热器课程设计报告书（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、. . . . .目录目录1.1设计原始数据11.2设计任务11.3选择换热器的目的和型号11.3.1 选择换热器的目的11.3.2 换热器的型号选择11.4工艺条件的选择21.4.1 流体流入空间的选择21.4.2 流体流向的选择22.1确定物性数据32.1.1涉及到的物质的物性常数32.1.2 饱和水蒸汽的物理常数32.2流速的确定33.1估算传热面积53.1.1换热器的热负荷Q53.1.2 饱和水蒸汽用量53.1.3 平均温度差（按折流计算）53.1.4 传热面积63.2工艺结构尺寸63.2.1管径和管内流速63.2.2 传热管、程数63.2.3传热管排列和分程方法63.2.4 壳程内径
2、73.2.5 折流挡板73.2.6 接管73.2.7 导流管与防冲挡板73.2.8 材料选用73.2.9法兰设计83.2.10筒体法兰83.2.11接管法兰84.1热流量核算94.1.1 壳程对流传热系数94.1.2 管程对流传热系数94.1.3 确定污垢热阻104.2校核壁温104.2.1 核算压强降104.3 强度设计114.3.1 壳程筒体计算与校核114.3.2 管箱筒体设计及校核124.3.3 管箱封头设计及校核124.3.4 封头高度计算124.3.5 换热管与管板连接处的结构设计134.3.6 壳体与管板连接结构设计134.3.7 管板厚度计算13设计结果一览表15参考文献15.
3、 专业.专注 .第一章 设计任务要求1.1设计原始数据(1)乙醇水处理量流量：833kg/h（年处理乙醇水混合液6000t，开工率300天/a，24h/d）；进 口 温度：30, 进料热状况参数q=1.0；出 口 温度：83.26（泡点温度）。(2)饱和水蒸汽：压强：2.5kgf/cm2（表压）= 0.25MPa(绝压），（1 kgf/cm2=98.066kPa)；进 口 温度：127.2 出 口 温度：127.2。(3)设备：允许压强降：不大于Pa；设备最大承受压力：P=2.5Mpa。1.2设计任务(1) 根据所需设计的换热器工艺条件计算其热负荷、传热面积等有效数据，进而选择换热管、壳体、管
4、板、封头、隔板及接管等。(2) 绘制列管式换热器的设计装配图。(3) 编写列管式换热器的设计说明书。(4)设计任务和设计条件：用2.5kgf/cm2（表压）的饱和水蒸汽加热833kg/h的乙醇水的混合物从30加热到泡点，试设计一台列管管壳式的换热器，完成该生产任务。1.3选择换热器的目的和型号1.3.1 选择换热器的目的 为了完成生产任务，即：用2.5kgf/cm2（表压）的饱和水蒸汽将乙醇-水混合物由30加热到泡点温度，故选择换热器来给乙醇水混合物加热，现选择列管式换热器来加热。1.3.2 换热器的型号选择 热流体（饱和蒸汽）进口温度为127.2，出口温度为127.2；冷流体进口温度30，出
5、口温度82.57，估计冷热流体温差较大，从而该换热器的管壁温度和壳体壁温之差较大，故初步确定：用浮头式换热器。1.4工艺条件的选择1.4.1 流体流入空间的选择 设计列管换热器之前，要考虑哪一种流体走管程或壳程，这关系到设备使用是否合理。一般选择原则如下：（1）不干净和易结垢的流体宜走管内，因为管内清洗比较方便。（2）腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。（3）压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，可节省壳程金属消耗量。（4）饱和蒸汽宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，对清洗无要求。（5）有毒流体宜走管内，使泄露机会比较少。（6）被冷却流体宜走管间，
6、可利用外壳向外散热作用，增强冷却效果。（7）黏度大的液体或流量较小的流体宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re100）下即可达湍流，以提高对流传热系数。（8）对于刚性结构的传热器，若两流体的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与大的流体温度相近，可以减少热应力。 综上述条件可确定：换热器里饱和水蒸汽走壳程，乙醇水混合物走管程。1.4.2 流体流向的选择 参与换热的两种流体在间壁两侧流向有并流，逆流，错流，折流四重类型。实际生产中，流体多是比较复杂的多程流动，考虑到经济性与效率等实际问题，我选择折流。 综上所述各条件的确定：可知换热器中
7、饱和水蒸汽走壳程，乙醇水混合物走管程；流径选择折流。第二章 换热器尺寸的初步设计2.1确定物性数据2.1.1涉及到的物质的物性常数 乙醇水混合物的定性温度：t=(30+82.57）/2=56.29（管程乙醇水混合物流体的定性温度）。表2-1 56时乙醇，水，乙醇水混合物和饱和水蒸气的一些物理常数： 物性流体T /m3） PasCp kJ/（K） w/(m.) r kJ/kg乙醇 （液体）56780.565.1610-52.88 0.151846水（液体）56988.154.9410-54.1740.6482258乙醇-水（液体）56853.1661.5810-53.340.3251340.22
8、.1.2 饱和水蒸汽的物理常数 饱和水蒸汽的定性温度：T=（127.2+127.2）/2=127.2（壳程饱和水蒸汽的定性温度）假设壁温tw=116.3;则水的定性温度tm=(T+tw)/2 =(127.2+116.3)2 = 121.75;表2-2 水在127.2下的物理常数： 物性流体 温度 （） /m3） PasCp kJ/（K）o w/(cm.)r kJ/kg饱和水蒸汽127.21.37521.4210-50.790.6862113.22.2流速的确定 换热器内流体速度大小必须通过经济核算进行选择。因此，一般流体都尽可能使Re4000 ,粘度高的流体常按滞流设计。根据经验，下面列出一些
9、工业上常用的流速范围。见下表：表23 列管式换热气中常用的流速范围：流 体 的 种 类一 般 流 体易 结 垢 液 体 气 体 流速/（m/s） 管 程 0.53.0 1 5 30 壳 程 0.21.5 0.5 315表2-4 列管式换热器易燃、易爆液体允许的安全流速： 液体名称乙醚、二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油 丙酮 安全流速（m/s） 1 1 5001 500 500 500 100 100 35 35 1 1最大流量/ (m/s) 0. 6 0. 75 1. 1 1. 5 1. 8 2. 4根据上面所述表格中的数据可选择乙醇水的流速为：ui = 2.4m/s。第三章 始算设计换热器的规格
10、3.1估算传热面积3.1.1换热器的热负荷Q30时乙醇水的比热容为：2.25KJ/(Kg.);82.57时乙醇水的比热容为：3.49 KJ/(Kg.)；此处取乙醇水在3082.57下的平均温度下的比热容为：2.84KJ/(Kg.);乙醇水的流量为：Wc =833kg/hQ = WcCpc(T1-T2)=(8333600)2.84103(82.57-30) =34.55KW Q总 = Q/0.95 = 36.37 KW3.1.2 饱和水蒸汽用量0.25MPa的饱和水蒸气的焓：气体Ih1=2718.4KJ/Kg;液体Ih2=527.05 KJ/Kg;Wh = Q总 /(Ih1 - Ih2)=363
11、7(2718.4-527.05)3600 = 5974.8Kg/h3.1.3 平均温度差（按折流计算） 热流体(饱和水蒸汽)：127.2（g ,进口） 127.2（l ,出口）冷流体（乙醇-水）：82.57（l ,出口） 30（l ,进口）tm = ttm 式中 tm 按逆流计算的对数平均温度差，单位：； t 温度差校正系数，量纲为 1。温度差校正系数t与冷、热流体的温度变化有关，是P和R两因数的函数，即t =f(P,R)式中 显然因为此时R=0而不能用查表取得对应的t 值。又当换热器中某一侧流体有相变而保持温度不变时，不论何种流动形式，只要流体的进、出口的温度相同，其平均温度差均相同。故可按
12、逆流计算的对数平均温度差代替此处的平均温度差，即：tm = tm = 67.543.1.4 传热面积表3-1 管程有机物1103 壳程 水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝传热系数K值 5821193 291582 116349K值大致范围：5821193 W/（m2K）基于乙醇-水的黏度，根据表31中的数据假设传热系数K = 600W/(m2K）则估算传热面积为：S = Q总 / (K tm)=36.37103(60067.54) = 0.897m2 考虑15%的面积裕度，S = 1.15S=1.03m2；3.2工艺结构尺寸3.2.1管径和管内流速a. 管径的确定：由表21知乙醇水的黏度并不是很大，并且根据经验知道在82.57时乙醇-水几乎不会黏在管壁。可以选用的冷拔钢管作为传热管。b. 管内流速的确定：由表23，表24可知，乙醇-水的流速应在0.52.0之间，取ui=1m/s；3.2.2 传热管、程数取1m管长。按单程管计算器流速为按单程管计算流速太小则管程数为按单壳程单管程计算，总传热管数为4根3.
