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化工原理管殼式換熱器的課程設(shè)計(jì)?。?！100分要具體過(guò)程

詳細(xì)要求：某焦化廠(chǎng)需要將甲苯液體從75℃冷卻到40℃，甲苯處理量為25000kg/h.冷卻介質(zhì)采用28℃的循環(huán)水。要求換熱器的管程和殼程壓降不大于20KPa.設(shè)計(jì)合理的管殼式換熱器!3號(hào)之前弄出來(lái)有追加分！: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-09-08

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這只是個(gè)模板，你還要自己修改數(shù)據(jù)，其中有些公式顯示不出來(lái)。不明白的問(wèn)我。qq83229427一．設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件某生產(chǎn)過(guò)程的流程如圖所示，反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進(jìn)料物流患熱后，用循環(huán)冷卻水將其從110℃進(jìn)一步冷卻至60℃之后，進(jìn)入吸收塔吸收其中的可溶組分。已知混和氣體的流量為227301㎏/h，壓力為6.9MPa ,循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa ，循環(huán)水的入口溫度為29℃，出口溫度為39℃ ，試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。物性特征：混和氣體在35℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來(lái)自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）：密度定壓比熱容 =3.297kj/kg℃ 熱導(dǎo)率 =0.0279w/m 粘度循環(huán)水在34℃ 下的物性數(shù)據(jù)：密度 =994.3㎏/m3 定壓比熱容 =4.174kj/kg℃ 熱導(dǎo)率 =0.624w/m℃ 粘度二．確定設(shè)計(jì)方案 1．選擇換熱器的類(lèi)型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度110℃ 出口溫度60℃；冷流體進(jìn)口溫度29℃，出口溫度為39℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。 2．管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下賤，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，混和氣體走殼程。三．確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度為 T= =85℃ 管程流體的定性溫度為 t= ℃ 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)。對(duì)混合氣體來(lái)說(shuō)，最可靠的無(wú)形數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。若不具備此條件，則應(yīng)分別查取混合無(wú)辜組分的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，然后按照相應(yīng)的加和方法求出混和氣體的物性數(shù)據(jù)。混和氣體在35℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來(lái)自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）：密度定壓比熱容 =3.297kj/kg℃ 熱導(dǎo)率 =0.0279w/m 粘度 =1.5×10-5Pas 循環(huán)水在34℃ 下的物性數(shù)據(jù)：密度 =994.3㎏/m3 定壓比熱容 =4.174kj/kg℃ 熱導(dǎo)率 =0.624w/m℃ 粘度 =0.742×10-3Pas 四．估算傳熱面積 1．熱流量 Q1= =227301×3.297×(110-60)=3.75×107kj/h =10416.66kw 2.平均傳熱溫差先按照純逆流計(jì)算，得 = 3.傳熱面積由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè)K=320W/(㎡k)則估算的傳熱面積為 Ap= 4.冷卻水用量 m= = 五．工藝結(jié)構(gòu)尺寸 1．管徑和管內(nèi)流速選用Φ25×2.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速u(mài)1=1.3m/s。 2．管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) Ns= 按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 L= 按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為 Np= 傳熱管總根數(shù) Nt=612×2=1224 3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均溫差校正系數(shù)按式（3-13a）和式（3-13b）有 R= P= 按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查圖3-9得平均傳熱溫差 ℃ 由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。 4.傳熱管排列和分程方法采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列,隔板兩側(cè)采用正方形排列。見(jiàn)圖3-13。取管心距t=1.25d0，則 t=1.25×25=31.25≈32㎜隔板中心到離其最.近一排管中心距離按式（3-16）計(jì)算 S=t/2+6=32/2+6=22㎜各程相鄰管的管心距為44㎜。管數(shù)的分成方法，每程各有傳熱管612根，其前后關(guān)鄉(xiāng)中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序按圖3-14選取。 5．殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按式（3-19）估算。取管板利用率η=0.75 ，則殼體內(nèi)徑為 D=1.05t 按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取D=1400mm 6．折流板采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為 H=0.25×1400=350m，故可取h=350mm 取折流板間距B=0.3D，則 B=0.3×1400=420mm，可取B為450mm。折流板數(shù)目NB= 折流板圓缺面水平裝配，見(jiàn)圖3-15。 7．其他附件拉桿數(shù)量與直徑按表3-9選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為1400mm，故其拉桿直徑為Ф12拉桿數(shù)量不得少于10。殼程入口處，應(yīng)設(shè)置防沖擋板，如圖3-17所示。 8．接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為u1=10m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為300mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速u(mài)2=2.5m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后去管內(nèi)徑為360mm 六．換熱器核算 1．熱流量核算（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用克恩法計(jì)算，見(jiàn)式（3-22）當(dāng)量直徑，依式（3-23b）得 = 殼程流通截面積，依式3-25 得殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普朗特?cái)?shù) 粘度校正（2）管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 按式3-32和式3-33有管程流體流通截面積管程流體流速普朗特?cái)?shù) （3）污垢熱阻和管壁熱阻按表3-10，可取管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻管壁熱阻按式3-34計(jì)算，依表3-14，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50w/(m•K)。所以（4）傳熱系數(shù) 依式3-21有（5）傳熱面積裕度依式3-35可得所計(jì)算傳熱面積Ac為該換熱器的實(shí)際傳熱面積為Ap 該換熱器的面積裕度為傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 2．壁溫計(jì)算因?yàn)楣鼙诤鼙?，而且壁熱阻很小，故管壁溫度可按?-42計(jì)算。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確保可靠，取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為39℃計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中，應(yīng)該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。于是，按式4-42有式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別計(jì)算為 0.4×39+0.6×15=24.6℃ (110+60)/2=85℃ 5887w/㎡•k 925.5w/㎡•k 傳熱管平均壁溫 ℃ 殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=85℃。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 ℃。該溫差較大，故需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。由于換熱器殼程壓力較大，因此，需選用浮頭式換熱器較為適宜。 3．換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力（1）管程流體阻力 , , 由Re=35002，傳熱管對(duì)粗糙度0.01，查莫狄圖得，流速u(mài)=1.306m/s, ,所以，管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。（2）殼程阻力按式計(jì)算 , , 流體流經(jīng)管束的阻力 F=0.5 0.5×0.2419×38.5×(14+1)× =75468Pa 流體流過(guò)折流板缺口的阻力 , B=0.45m , D=1.4m Pa 總阻力 75468+43218=1.19× Pa 由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。（3）換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：參數(shù) 管程殼程流率 898560 227301 進(jìn)/出口溫度/℃ 29/39 110/60 壓力/MPa 0.4 6.9 物性定性溫度/℃ 34 85 密度/（kg/m3） 994.3 90 定壓比熱容/[kj/（kg•k）] 4.174 3.297 粘度/（Pa•s） 0.742× 1.5× 熱導(dǎo)率（W/m•k） 0.624 0.0279 普朗特?cái)?shù) 4.96 1.773 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù) 形式浮頭式殼程數(shù) 1 殼體內(nèi)徑/㎜ 1400 臺(tái)數(shù) 1 管徑/㎜ Φ25×2.5 管心距/㎜ 32 管長(zhǎng)/㎜ 7000 管子排列 △ 管數(shù)目/根 1224 折流板數(shù)/個(gè) 14 傳熱面積/㎡ 673 折流板間距/㎜ 450 管程數(shù) 2 材質(zhì) 碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s） 1.306 4.9 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[W/（㎡•k）] 5887 925.5 污垢熱阻/（㎡•k/W） 0.0006 0.0004 阻力/ MPa 0.04325 0.119 熱流量/KW 10417 傳熱溫差/K 48.3 傳熱系數(shù)/[W/（㎡•K）] 400 裕度/% 24.9% 七．參考文獻(xiàn)： 1．劉積文主編，石油化工設(shè)備及制造概論，哈爾濱；哈爾濱船舶工程學(xué)院出版社，1989年。 2． GB4557.1——84機(jī)械制圖圖紙幅面及格式 3． GB150——98鋼制壓力容器 4．機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編，焊接手冊(cè)，第3卷，焊接結(jié)構(gòu)，北京；機(jī)械工業(yè)出版社 1992年。 5．杜禮辰等編，工程焊接手冊(cè)，北京，原子能出版社，1980 6．化工部六院編，化工設(shè)備技術(shù)圖樣要求，化學(xué)工業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)中心站，1991年。: 回答者：網(wǎng)友

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