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实践报告

目录

一、方案简介································································6

2、方案设计································································6

1、确定设计方案·····························································6

2、确定物性数据·····························································7

3、计算相对平均温差，总传热系数·············································7

4、计算传热面积·····························································9

5、工艺结构尺寸·····························································9

6、换热器核算·······························································11

3、设计结果一览表··························································15

4、对设计的评述总结························································16

五、参考文献································································16

六、符号说明································································17

七、附图····································································18

一、方案简介

本设计任务是利用水给丁二烯降温。

利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。

下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.

选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。

换热器分为几大类：

夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。

不同的换热器适用于不同的场合。

而列管式换热器在生产中被广泛利用。

它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。

尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。

所以首选列管式换热器作为设计基础。

二、方案设计

某厂需将7500kg/h的丁二烯蒸汽冷凝。

已知丁二烯蒸汽的冷凝温度为40℃，冷凝潜热为373kJ/kg。

所用冷却水的进出口温度分别为15℃和25℃，水侧和蒸汽侧的污垢热阻分别可取5.8×10-4m2·K/W和1.76×10-4m2·K/W。

试选用一台合适的水平列管式冷凝器（可选取G600II—10—120）

1．确定设计方案

（1）选择换热器的类型

两流体温度变化情况：

热流体进口温度160℃，出口温度40℃冷流体。

冷流体进口温度15℃，出口温度25℃。

从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。

（2）流动方向及流速的确定

由于循环冷却水较易结垢，为了便于水垢清洗，应使循环水走管程，丁二烯走壳程。

另外，这样的选择可以使丁二烯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。

同时，在此我们选择逆流。

选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/ｓ。

2.收集物性常数、计算热负荷

（1）确定物性数据

定性温度：

可取流体进出口温度的平均值。

壳程丁二烯的定性温度为：

管程流体的定性温度为：

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

丁二烯在100℃下的有关物性数据如下：

密度　　ρo=2.453kg/m3

定压比热容　cpo=1.897kJ/（kg·℃）

导热系数　　λo=0.0141W/（m·K）

粘度　　μo=7.85×10-6Pa·s

冷却水在32℃下的物性数据：

密度　　ρi=998.2kg/m3

定压比热容　cpi=4.180kJ/（kg·℃）

导热系数　　λi=0.599W/（m·K）

粘度　　　　μi=0.001005Pa·s

（2）确定热负荷

Q=qm.hr=

×103=777×103W=777KW

3．计算相对平均温差、计算总传热系数

（1）平均传热温差

丁二烯160℃→40℃

水25℃→15℃

135℃25℃

冷却水用量

qi=

（2）计算总传热系数K

管程传热系数

壳程传热系数

假设壳程的传热系数αo=310W/（m2·℃）

污垢热阻Rsi=5.8×10-4m2·K/W,Rso=1.76×10-4m2·K/W

管壁的导热系数λ=45W/（m·℃）

由于管壁的热阻很小，所以忽略不计。

4、计算传热面积

考虑15％的面积裕度，S=1.15×S''=1.15×52.7=60.56m2

5、工艺结构尺寸

（1）管径和管内流速

①选用ф25×2.5传热管（碳钢），取管内流速ui=1.0m/s

②依据传热管内径和流速确定单程传热管数

根据单程管算，所需的传热管长度

按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。

（2）管程数和传热管数

现取传热管长L=6m，则该换热器管程数为：

管程

传热管总根数N=60×2=120根

（3）平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数

丁二烯160℃→40℃

水25℃←15℃

135℃25℃

因为R=12的点在图上难以读取，因而相应以1/R代替R

以PR代替P，查同一图线，1/R=0.083，PR=0.828

可得

平均传热温差

（4）传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。

取管心距t=1.25d0，

则

t=1.25×25=31.25≈32（mm）

横过管束中心线的管数

（5）壳体内径

采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，

则壳体内径为

（N——排列管子数目，η——管板利用率）

圆整可取D＝450mm

（6）折流板

用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×450＝112.5mm。

故可取折流板间距B＝0.3D,

则B＝0.3×450＝112.5mm

故可取B为150mm.

折流板数NB=传热管长/折流板间距-1=7500/150-1=49（块）

折流板圆缺面水平装配。

（7）接管

壳程流体进出口接管：

取接管内丁二烯流速为u＝50m/s，

则接管内径为

取标准管径为150mm

管程流体进出口接管：

取接管内冷却水流速u＝1.5m/s，

则接管内径为

6.换热器的核算

（1）壳程对流传热系数对圆缺型折流板，可采用克恩公式

当量直径，由正三角形排列得

壳程流通截面积

壳程流体流速及其雷诺数分别为

普兰特准数

粘度校正

（2）管程对流传热系数

管程流通截面积

管程流体流速

普兰特准数

③传热系数K

（4）计算传热面积

（5）该换热器的实际传热面积Sp

该换热器的面积裕度为

传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

（6）管程和壳程压力降的核算

1）管程流动阻力

∑ΔPi=（ΔP1+ΔP2）FtNsNp

Ns=1,Np=2,Ft=1.4

由Re=19678，传热管相对粗糙度0.01/20=0.005

查莫狄图得

λi＝0.023W/m·℃，

流速ui＝0.991m/s，ρ＝998kg/m3，所以

管程流动阻力在允许范围内，可以继续。

2）壳程阻力

∑ΔPo=（ΔP1’+ΔP2’）FtNs

Ns=1,Ft=1

流体流经管束的阻力

三、设计结果一览表

换热器形式：

水平列管式

换热面积（m2）:

58.79

工艺参数

名称

管程

壳程

物料名称

循环水

丁二烯

操作压力，Pa

未知

未知

操作温度，℃

25/15

160/40

流量，kg/h

66924

7500

流体密度，kg/m3

998.2

2.453

流速，m/s

0.991

57.5

传热量，kW

777

总传热系数，W/m2·K

237.44

传热系数，W/（m2·℃）

4089.5

332.6

污垢系数，m2·K/W

0.00058

0.000176

阻力降，Pa

7734

338868.6

程数

2

1

推荐使用材料

碳钢

碳钢

管子规格

ф25×2.5

管数120

管长mm:

7500

管间距，mm

32

排列方式

正三角形

折流板型式

上下

间距，mm

150

切口高度25%

壳体内径，mm

450

保温层厚度，mm

未知

表格1

四、对本次课程设计的总结

对于我们来说，化工原理是一门不简单的课程，然而课程设计就更是让人觉得有难度。

所以，在课程设计开始的时候，我们真的是一头雾水，只能反复看老师给我们的样板。

起初，即使只是看样板，也还有很多看不懂的东西。

后来开始上网，去图书馆查了好多资料，对课设有了一个大概的认识，在脑子里形成了一个基本的框架，然后我们就着手开始课设了，其间，我们遇到了好多问题和困难，通过相互讨论和咨询，都一一克服了。

于是我们投入到了具体计算中，在具体的计算过程中，我们又遇到了很多问题，像很多数据无论是在网上还是在书上，不能说没有，但我们真的是很努力的找了，但还是找不到，于是我们就根据一些相似物质的相似物理性质而推算数据，根据推算的数据我们再做进一步的计算。

我们遇到了很多问题，像雷诺数的不准确，误差的过大等，经过无数次的计算我们尽可能地减小误差，课程设计的确在某些方面存有一定难度，我们无论是分工、分摊任务，还是集体团结合作方面，这对我们来讲都是一种锻炼，培养了我们集体合作的能力以及自学、查阅搜集资料的能力；再有，计算操作工程中，我们曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我们还是坚持下来了，这就是我们意志、耐力和新年上的胜利，在今后的日子里，它必将成为我们的宝贵财富。

五、参考文献

1.何潮洪，冯霄。

化工原理，北京：

科学出版社，2001

2.谭天恩，化工原理（第二版），北京：

化学工业出版社，1998

3.葛婉华等。

化工计算。

北京：

化学工业出版社

4.匡国柱，史启才。

化工过程单元过程及设备课程设计。

化学工业出版社，2002

5.汤金石，化工原理课程设计，北京：

化学工业出版社，1990

6.《化学工程手册》（第二版）编辑委员会编。

化学工程手册，北京：

化学工业出版社，1996

7.化工设备结构图册编写组，化工设备结构图册【M】，上海：

上海科学技术出版社，1978

8.王国胜。

化工原理课程设计，大连：

大连理工大学出版社，2005

六、主要符号说明

丁二烯的定性温度

T

冷却水定性温度

t

丁二烯密度

ρo

冷却水密度

ρi

丁二烯定压比热容

cpo

冷却水定压比热容

cpi

丁二烯导热系数

λo

冷却水导热系数

λi

丁二烯粘度

μo

冷却水粘度

μi

热流量

Wo

冷却水流量

热负荷

Qo

平均传热温差

总传热系数

管程雷诺数

温差校正系数

管程、壳程传热系数

初算初始传热面积

传热管数

初算实际传热面积

S

管程数

壳体内径

D

横过中心线管数

折流板间距

B

管心距

t

折流板数

NB

接管内径

管程压力降

当量直径

壳程压力降

面积裕度

H

表格2

七、附图