列管换热器设计..docVIP

1、设计目的 ?化工原理课程设计是一个综合性和实践性较强的教学环节，也是培养学生独立工作的有益实践，更是理论联系实际的有效手段。通过课程设计达到如下目的： 1.1.巩固化工原理课程学习的有关内容，并使它扩大化和系统化； 1.2．培养学生计算技能及应用所学理论知识分析问题和解决问题的能力； 1.3．熟悉化工工艺设计的基本步骤和方法； 1.4．学习绘制简单的工艺流程图和主体设备工艺尺寸图； 1.5．训练查阅参考资料及使用图表、手册的能力； 1.6．通过对“适宜条件”的选择及对自己设计成果的评价，初步建立正确的设计思想，培养从工程技术观点出发考虑和处理工程实际问题的能力； ?1.7．学会编写设计说明书。 2．设计方案的确定及流程说明 2.1管壳式换热器的设计和选型 管壳式换热器是一种传统的标准换热设备，它具有制造方便、选材面广、适应性强、处理量大、清洗方便、运行可靠、能承受高温、高压等优点，在许多工业部门中大量使用，尤其是在石油、化工、热能、动力等工业部门所使用的换热器中，管壳式换热器居主导地位 设计方案的选定 设计方案的选定是指确定整个精馏装置的流程、主要设备的结构的型式和主要操作条件。所选方案必须：（1）能满足工艺要求，达到指定的产量和质量；（2）操作平稳、易于调节；（3）经济合理；（4）生产安全。在实际的设计问题中，上述四项都必须兼顾考虑。 课程设计方案选定所涉及的主要内容有：管壳式换热器的选择、传热面积的计算、结构设计和计算 2.2设计换热器的流程 （1）估算传热面积，初选换热器型号 ①根据换热任务，计算传热量。 ②确定流体在换热器中的流动途径。 ③确定流体在换热器中两端的温度，计算定性温度，确定在定性温度下的流体物性。 ④计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于0.8的原则，确定壳程数或调整加热介质或冷却介质的终温。 ⑤根据两流体的温差和设计要求，确定换热器的型式。 ⑥依据换热流体的性质及设计经验，选取总传热系数值 。 ⑦依据总传热速率方程，初步算出传热面积 ，并确定换热器的基本尺寸或按系列标准选择设备规格。 （2）核算总传热系数计算管、壳程对流传热系数，确定污垢热阻和热导率 ，再计算总传热系数 ，然后与裕度值比较，若在其范围内 ，则初选的换热器合适，否则需另温度值，重复上述计算步骤。 （3）计算管、壳程压降根据初选的设备规格，计算管、壳程的流速和压降，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压降不符合要求，要调整流速，再确定管程和折流挡板间距，或选择其它型号的换热器，重新计算压降直至满足要求为止。 应予指出，上述计算步骤为一般原则，设计时需视具体情况而定。 3、换热器设计 3.1.确定物性数据 3.1.1两流体的温度变化情况： 冷流体的进口温度为T1＝158℃，出口温度为T2＝370℃。 热流体的进口温度为 t1＝410℃，根据经验，选择热流体降温180℃，则假设热流体的温度为t2=230℃ 从两流体的温度来看，Δt差=(410+230)/2-(370+158)/2=56℃,大于50℃，换热器的管壁温度和壳体壁温之差较大。应选用适合高温的换热器或加做补偿类型。 3.1.2、流体流入空间的选择 该设计的热流体为变换气，冷流体为半水煤气。因两流体压力相差不大，为使变换气不向空气中散热，提高升温效果，使变换气走管程，半水煤气走壳程。 ? 半水煤气的定性温度：（158+370）/2＝264℃? ? 变换气的定性温度：(410+230）/2＝320℃?? 3.1.3、分别查找计算半水煤气中各组分物性为： ?CO摩尔分数：=29.8/（29.8+38.7+21.7+8.7+0.2+0.65+0.25+92） =29.8/192=0.155 同理算出其它组分摩尔分数及相应质量分数，查表得出定性温度下参数见表1、表2。参见《化工原理》Pg388，Pg384,Pg381 表1（煤气） 表2（变换气）： 组分 CO H2 N2 CO2 O2 CH4 Ar H2O 半水煤气 3 65.1 21.7 35.5 0 0.65 0.25 81.3 摩尔分数 0.014 0.314 0.105 0.171 0.000 0.003 0.001 0.392 质量分数 0.022 0.034 0.157 0.404 0.000 0.003 0.003 0.378 比定压热容 /KJ·Kg-1·℃- 1.04 14.6 1.12 1.12 1.04 3.4 0.55 2 黏度/mPa·s 0.0296 0.0134 0.028 0.029 0.033 0.0185 0.033 0.022 热导率 /W·m-1·℃-1 0.043 0.28 0.042 0.03