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1、換熱器課程設(shè)計 14 管殼式換熱器 目錄 第一章 設(shè)計方案概述和簡介 4 1.1 概述 4 1.2 方案簡介 4 1.2.1 管殼式換熱器的分類 4 1.2.2 設(shè)計方案選定 6 第二章 換熱器的設(shè)計計算 7 2.1 物性參數(shù)的確定 7 2.1.1定性溫度，取流體進口溫度的平均值 7 2.1.2果汁和水在定性溫度下的相關(guān)物性參數(shù) 7 2.2 估算傳熱面積

2、 7 2.2.1 計算熱負(fù)荷 7 2.2.2 確定冷卻水用量 8 2.2.3 傳熱平均溫度差 8 2.2.4初算傳熱面積 8 2.2.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 8 2.3換熱器校核 錯誤！未定義書簽。 2.3.1傳熱面積校核 錯誤！未定義書簽。 2.3.2 壁溫的計算 14 2.3.3 核算壓力降 14 第三章 輔助設(shè)備的計算和選型 15 3.1其他附件的設(shè)計和計算 15 3.1.1 拉桿規(guī)格 15 3.1.2 接管 16 第四章 設(shè)計結(jié)果匯總表 16 第五章 設(shè)計評述 17 參考文獻 17 符號說明 18 致謝 19 題目 換熱器的設(shè)計

3、 設(shè)計基本參數(shù) 處理能力：330t/h 設(shè)備型式：管殼式換熱器 操作條件：軟化水：入口溫度：60℃，出口溫度：85℃ 軟化水：入口溫度：130℃，出口溫度：70℃。 設(shè)計要求及內(nèi)容 1、設(shè)計方案簡介 對給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的形式進行簡要論述。 2、主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算 物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算。 3、輔助設(shè)備的選型 典型輔助設(shè)備主要工藝尺寸的計算，設(shè)備規(guī)格型號的選定。 4、編寫設(shè)計說明書 將設(shè)計所選定的工藝流程方案、主要步驟及計算結(jié)果匯集成工藝設(shè)計說明書。應(yīng)采

4、用簡練、準(zhǔn)確的文字圖表，實事求是地介紹設(shè)計計算過程和結(jié)果。設(shè)計說明書要求在6000字以上，A4紙打印。 設(shè)計說明書內(nèi)容： （1）封面（課程設(shè)計題目、學(xué)生班級、姓名、指導(dǎo)教師、時間） （2）目錄 （3）設(shè)計任務(wù)書 （4）概述與設(shè)計方案簡介 （5）工藝及設(shè)備設(shè)計計算 （6）輔助設(shè)備的計算及選型 （7）設(shè)計結(jié)果匯總表 （8）設(shè)計評述 （9）參考資料 （10）主要符號說明 （11）致謝 各階段時間安排（以天為單位） 用一周時間集中進行 1．設(shè)計方案選定：1天； 2．主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算：2天； 3．輔助設(shè)備的選型：0.5天； 4．編寫設(shè)計說明書：1天

5、； 設(shè)計任務(wù)書 1.固定管板式換熱器 這類換熱器如圖1-1所示。固定管辦事?lián)Q熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)余構(gòu)簡單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼測清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時，用使用管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。 1.2.2 設(shè)計方案選定 換熱器類型的選擇 按照設(shè)計任務(wù)書的要求，熱流體軟化水入口溫度130℃，出口溫度70℃，冷流體也是軟化水，入口溫度60℃，出口85℃，操作壓力小于熱側(cè)1.6MPa,冷側(cè)1.0MPa，壓力較大?；谶@

6、些要求，應(yīng)固定管板式換熱器。并且采用兩臺《1-2》型管殼式換熱器串聯(lián)工作。 流體路徑的選擇 由條件,熱側(cè)走管,冷側(cè)走殼。按照一般情況，選用規(guī)格為25*2.5mm的不銹鋼無縫管。 .管殼式換熱器設(shè)計的主要內(nèi)容 管殼式換熱器的設(shè)計和分析包括熱力設(shè)計、流體設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、以及強度設(shè)計。其中以熱力設(shè)計最為重要。不僅在設(shè)計一臺新的換熱器時需要進行熱力設(shè)計，而且對于已生產(chǎn)出來的，甚至已投入使用的換熱器在檢驗它是否滿足使用時，均需要進行這方面的工作。熱力設(shè)計是指根據(jù)使用單位提出的基本要求，合理的選擇運行參數(shù)，并根據(jù)傳熱學(xué)的知識進行傳熱計算。 換熱器的設(shè)計計算 物性參數(shù)的確定 定性溫度，取流

7、體進口溫度的平均值 管程軟化水的定性溫度： 殼程流體果汁的定性溫度： 軟化水在定性溫度下的相關(guān)物性參數(shù) 根據(jù)定性溫度分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，軟化水在100℃下的物性數(shù)據(jù)和水在72.5℃下的物性數(shù)據(jù)如下表 項目 對象 密度 () 比熱容 () 導(dǎo)熱率 () 黏度 () 普朗特數(shù) 100℃水 958.4 4220 0.683 0.0002825 1.75 72.5℃水 976.3 4189 0.670 0.0003939 2.49 估算傳熱面積 計算熱負(fù)荷 確定熱側(cè)軟化水流量 則流

8、動方式選用逆流 傳熱平均溫度差 初算傳熱面積 參照傳熱系數(shù)的K的大致范圍，取K=1487 W/㎡℃。 則估算傳熱面積 2.2.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 選定換熱管規(guī)格 依據(jù)流體粘度來選定換熱管規(guī)格。由于管內(nèi)走水，換熱管采用無縫不銹鋼管，則其內(nèi)徑 ，外徑 。 繪制管板布置圖、確定實際換熱管數(shù) 換熱管的排列方式為正三角形式 35管中心距s=32mm 分程隔板槽處管中心距 平行于流向的管徑 垂直于流向的管徑 拉桿直徑16mm 作草圖 六邊形層數(shù)a=9 一臺管子數(shù) 一臺拉桿數(shù)為4 一臺傳熱面積 兩臺傳熱面積 經(jīng)算得，管束中心至最外層管中心

9、距離275.5mm 管束外緣直徑 殼體內(nèi)徑 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取0.6m 長徑比 合理 管程接管直徑214mm 按鋼管標(biāo)準(zhǔn)值為 管程雷諾數(shù) 管程換熱系數(shù) 折流板 折流板形式 選定 弓形 折流板缺口高度 折流板的圓心角為 120 度 折流板間距 折流板數(shù)目 折流板上管孔數(shù)192個 折流板上管孔直徑 通過折流板上的管數(shù)224根 折流板缺口處管數(shù)46根 由GB151-1991規(guī)定，折流板直徑 折流板缺口面積 錯流區(qū)內(nèi)管束占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù) 缺口處管子所占面積（管子數(shù)由234跟增為270） 流體在缺口處流通面積 流體在兩

10、折流板間錯流流通截面積 殼程流通截面積 殼程接管直徑 則取 錯流區(qū)管排數(shù)由圖 每一缺口內(nèi)的有效錯流管排數(shù) 旁流通道數(shù) 旁通擋板數(shù) 錯流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù) 一塊折流板上管子和管孔間泄露面積 折流板外緣與殼體內(nèi)壁之間泄露面積 殼程雷諾數(shù) 由圖2.28，理想管束傳熱因子 由圖2.29，折流板缺口校正因子 由 查圖2.30，折流板泄露校正因子 由 查圖2.31，旁通校正因子 殼程傳熱因子 殼程質(zhì)量流速 殼側(cè)壁面溫度假定 壁溫下軟化水粘度 殼側(cè)換熱系數(shù) 查有關(guān)資料，軟化水水垢熱阻 管壁熱阻可忽略不計。 傳熱系數(shù) 傳熱面積

11、 傳熱面積之比，稍小 檢驗殼側(cè)壁溫 與原定值僅差,符合要求。 由圖2.35，管內(nèi)摩擦系數(shù) 管側(cè)壁溫 壁溫下軟化水的粘度 沿程阻力 回彎阻力 進出口連接管阻力 兩臺管程總阻力 由圖2.36,理想管束摩擦系數(shù) 理想管束錯流段阻力 理想管束缺口處阻力 由圖2.38,旁路校正系數(shù) 由圖2.37,折流板泄漏校正系數(shù) 折流板間距不等的校正系數(shù),因為間距相等,不需校正。 殼程總阻力 兩臺的殼程總阻力為61524Pa 符合要求。 設(shè)計結(jié)果匯總表 換熱器形式：固定管板式(兩臺串聯(lián)) 換熱面積（m2）：381.7 工藝參數(shù) 名稱

12、殼程 管程 物料名稱 軟化水 軟化水 操作壓力，Mpa 1.0 1.6 操作溫度，℃ 60/85 130/70 流量，t/h 330 136 流體密度，kg/m3 976.3 958.4 流速，m/s - 1.1 傳熱量，kW 9600 總傳熱系數(shù)，W/m2.℃ 1004.6 對流傳熱系數(shù)，W/m2.℃ 13326 8043 污垢系數(shù)，m2.℃/W 0.00034 0.00034 阻力降（兩臺），pa 61524 33029 程數(shù)（兩臺） 2 4 推薦使用材料 不銹鋼、無縫 不銹鋼、無縫 管子規(guī)格（兩臺），mm

13、Ф25*2.5 管數(shù)，540 管長，9000mm 管間距，mm 32 排列方式 正三角形 折流板形式 弓形上下 間距，900mm 切口高度25% 殼體內(nèi)徑，mm 600 保溫程厚度，mm -- 第五章 總結(jié) 通過本次的課程設(shè)計，我學(xué)會了換熱器設(shè)計本身，體會到了設(shè)計的艱難，設(shè)計需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和一絲不茍的作風(fēng)，并且需要堅持不懈。有些遺憾的是，雖然經(jīng)過幾次修改，但設(shè)計結(jié)果仍然有些不足，并且所用的一些關(guān)聯(lián)式可能運用的不太準(zhǔn)確，此次的設(shè)計并不是很成功，校核的不是很好，但我們都是自己通過計算而得到的結(jié)果?？傊?，在本次管殼式熱交換器的設(shè)計中，讓我深刻體會到了學(xué)好專業(yè)基礎(chǔ)

14、知識的重要性以及將專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課一一結(jié)合的重要性，在設(shè)計的過程我們也大量查閱了換熱器設(shè)計手冊和設(shè)計參考，同時也在傳熱學(xué)中查閱了不少物性參數(shù)和特征參數(shù)，在此過程深刻得多體會到了傳熱學(xué)在我們專業(yè)課中的地位是相當(dāng)重要的。其次，在此設(shè)計過程中我們感受到了團隊合作的力量和作用，團隊合作的精神不但可以將復(fù)雜的問題簡單化，同時也可以提高大家的學(xué)習(xí)的效率。最后，希望老師認(rèn)真審閱我們的設(shè)計，給我們提出寶貴的經(jīng)驗，謝謝﹗ 參考文獻 [1] 史美中 王中錚 主編《熱交換器原理與設(shè)計》，東南大學(xué)出版社，第4版，2009年6月，1頁至107頁 [2] 錢頌文 主編《換熱器設(shè)計手冊》，化學(xué)工業(yè)出版社，第1版，2002年8月，1頁至54頁 [3] 楊世銘 陶文拴 主編《傳熱學(xué)》，高等教育出版社，第4版，2006年8月，246頁，563頁 14