化工原理课程设计(14页).doc

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1、-化工原理课程设计-第 11 页班级：黔化升121化工原理课程设计 题目 制糖厂糖汁加热 固定管板式换热器 专 业 化学工程与工艺 学 生 指 导 教 师 2012年8月16日目录一、设计条件.3二、确定定性参数.3三、 估算传热面积.4 1.热流量.4 2.平均传热温差.4 3.传热面积.5 4.蒸汽用量.5四、 工艺结构尺寸.5 1.管程. . .5 2.壳体.6 3.封头.7 4.折流板.7 5.管板.7 6.拉杆及挡板.8 7.接管.88.鞍座选用及安装位置确定.8五、 换热器核算.91.壳程流体传热系数.92.管程流体传热系数.93.污垢热阻和管壁热阻.104.传热系数.115.传热

2、面积裕度.11六、换热器主要结构尺寸和计算结果.11七、参考文献.13 一 设计条件 1 每小时66900 kg的糖汁从90加热至120。糖汁的浓度为16， 定压热容为3.77 kJ/kg; 2 加热蒸汽用锅炉房送出的饱和蒸汽，其压力为P=4.5 kgf/cm2; 3 列管用331.5的碳钢管，长3m,有效长2.93 m; 4 设计压力：4.5 kgf/cm2; 5 流程安排：从两物体看，饱和水蒸汽通入壳程，便于排出冷凝水；糖 汁入管程，便于提高流速，增大传热膜系数； 二 确定定性参数 饱和水蒸汽的压力为4.5 kgf/cm2时查知其温度为147 1 定性温度 取进出口温度的平均值 饱和蒸汽：

3、T=(147+147)/2=147 糖汁：t=(90+120)/2=105 2 由定性温度得： 147 饱和水蒸汽： 汽化潜热：Lv=2125 kJ/kg 密度： p=2.415 kg/m3 105 浓度为16%糖汁： 密度:=10.66 kg/m3 比热容：C=3.77 kJ/kg 粘度：=1.510-3 PaS 热导率：=0.53 W/(mK) 三 估算传热面积 1 热流量 =qmcpt =669003.77(120-90) =7.566106 kJ/h=2102 KW 2 平均传热温差 T1=T2=147 t1=90 t2=120 t1=T1-t1=147-90=57 t2=T2-t2=

4、147-120=27 tm=40 3 传热面积 由于糖汁粘度，根据经验数据，传热系数K取500 W/m2k 则传热面积：A=/ktm=105.1m2 4 蒸汽用量： 考虑到热损失，则Q2=1.05Q1 v=/Lv=3756 kg/h 四 工艺尺寸结构 1 管程 （1 )管子数 n:选331.5的碳钢管，管长3 m Sn=nd 均Ln n=362.656363 (根） （2）管程数 因为传热管为3m，按经验符合要求，所以则可用2程, 每 程182根，则所需管数为364根。 ( 3 ) 管子排列 采用正三角形排列 取管心距t=1.25d0,则 t=1.2533=41.2542 (mm) 2 壳体

5、（1）内径 采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率=0.75 ， 则壳体内径为： D=1.05t=1.0542=970 mm 取壳体内径D=1000 mm. （2） 壁厚 材料选用Q235，计算壁厚为 =+C 取式中P设计压力，取P=1.6 MPa D=1000 mm =0.7 =113 MPa =0.31 mm =+0.31=10.5312 mm 3 封头壁厚 =+C =+0.31 =10.4812 mm 则上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T 4746-2002标准， 封头为DN100012，曲面高度h1=250 mm，直边高度h2=40 mm，材料选用20钢。 4 折流板

6、采用弓形折流板，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=0.251000=250 mm. 取折流板间距B=0.3D,厚度12 mm则 B=0.31000=300 mm 折流板外径D=DN12=988 mm 折流板数NB: NB=1=1=9 块 5 管板 选用固定式换热器管板，由固定式管板尺寸表查得管板厚度为56mm, b1=47mm. 固定管板外径： mm 6 拉杆及挡板： 根据换热器拉杆选择标准，本换热器壳体内径D=10000，可选用拉杆直径16，拉杆数6个。 壳程入口处，应设置防冲挡板。 7 接管 管程流体进出口接管，取管内糖汁的流速v1=1.0 m/s, 则 接管

7、内径： D1=0.599 m 圆整后可取管内径为600mm. 壳程流体进出口接管，取接管内流体流速v2=10 m/s D2=0.2345 m 圆整后可取管内径为235 mm. 8 鞍座选用及安装位置确定： 鞍座选用JB/T4712-92鞍座BI1400-F/S； 安装尺寸如化工单元过程及设备课程设计（化学工业出版社出版）： 图4-44所示 其中： 取： 五 换热器核算 1 壳程流体传热系数 设换热器管外壁温tw=140 ，则冷凝液膜的平均温度： （tw+ts)/2=(147 +140 )/2=143.5 . 膜温在143.5 下的物性参数： P0=925 kg/m3 =1.910-5 pas

8、=0.684 w/m.k c=1.1(Nt)0.5=1.1(24)0.5=5.3889 =11.146103 W/(m2K) 2 管程流体传热系数： 管程流体流通截面积：Si=nd2=0.7853640.032=0.2572 m2 管程流体流速： i=6.78 m/s 雷诺数： Rei=1445 普朗特数： Pri=10.67 353.5 W/(m2 K) 3 污垢热阻和管壁热阻： 经查得 管内侧污垢热阻Ri=1.7210-4m2/w 管壁热阻查得碳钢在该条件下的热导率为45 w/(mK)。 所以 4 传热系数有： Kc=295 W/(m2 K) 5 传热面积裕度： 计算传热面积Ac：AC=1

9、78.14 m2 该换热器的实际传热面积为：AP=3.140.0333364=113.15 m2 该换热器的面积裕度为: H=57.44 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。六 换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：参数管程壳程流率/ (kg/h)669003756进/出口温度/90/120147压力/Pa2.371044.5105物性定性温度/105147密度/（kg/m3）10.662.415定压比热容/kJ/（kgK）3.77粘度/（Pas）1.5热导率（W/mK） 0.53普朗特数10.67设备结构参数形式固定管板式壳程数1壳体内径/1000台数1管径/331.5管心距/42筒体

10、壁厚12管板厚56封头厚12折流板厚12管程接管内径600拉杆直径16壳程接管内径250拉杆数量6管长/3000管子排列正三角形排列管数目/根364折流板数/个9传热面积/105.1折流板间距/300管程数2材质碳钢主要计算结果 管程流速/（m/s） 6.78表面传热系数/W/（K） 353.5污垢热阻/（K/W） 1.72热流量/KW 2102传热温差/K40传热系数/W/（K）295裕度/%57.44 七 参考文献：1.姚玉英 . 化工原理 ,上册,1版.天津:天津大学出版社,19992. 柴诚敬.化工原理课程设计. 1版.天津:天津大学出版社,19943.匡国柱.化工单元过程及设备课程设计. 1版.北京:化学工业出版 社,2002 4.李功祥.常用化工单元设备设计.1版.广州:华南理工大学出版社,2003