化工原理课程设计_9.docx

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1、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、估算倘面积41热流量42 .平均传热温差43 .传热面积54蒸汽用量5四、工艺结构尺寸51 .管程52 壳体63 .封头74 .折流板75 .管板76 .拉杆及挡板87 .接管88 .鞍座选用及安装位置确定8五、换胎骸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设计条件1每小时66900kg的糖汁从90加热至120。糖

2、汁的浓度为16%,定压热容为3.77kJkg-oC;2加热蒸汽用锅炉房送出的颜口蒸汽，其压力为P=4.5kgf/cm2;3歹U管用33X1.5的碳钢管，长3m,有效长2.93m;4设计压力：4.5kgfcm2;5流程安排：从两物体看,颜口水蒸汽通入壳程,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；二确定定性参数彻口水蒸汽的压力为4.5kgfcm2时查知其温度为1471定性温度取进出口温度的平均值饱和蒸汽：T=(147+147)2=147糖汁:t=(90+120)2=1052由定性温度得：147。(:饱和水蒸汽：汽化潜热：1V=2125kJ/kg密度：p=2.415kgm3105浓

3、度为16%糖汁：密度P=Io.66kgm3比热容：C=3.77kJkg-oC粘度：U=I.5XIO，Pa-S热导率：=0.53W(m-K)三估算传热面积1热流量=ZqmCPt=669003.77(120-90)=7.566106kJh=2102KW2平均传热温差Ti=T2=147t=90t2=120tT-t=147-90=57t2=T2-t2=147-120=2757-27tm=-i40In273传热面积由于糖汁粘度，根据经验数据,传热系数K取500Wm2k则传热面积：A=k-tm=200=105.1m2500x404蒸汽用量：考虑到树员失，则Q2=1.05Qiv=1v=105600=3756

4、kg/h工艺尺寸结构1管程(1)管子数n:选33X1.5的碳钢管，管长3mSn=nd均1n105.13.14x0.0315x2.93=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,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=1.25出则t=1.2533=41.2542(mm)2壳体(1)内径采用多管程结构,进行壳体内径估算。取管板利用率r=0.75,则壳体内径为：D=1.05tUV=1.0542X=970mm取壳体内径D=IOOOmm.(2)壁厚材料选用Q235,计算壁厚为取式中P设计压力，取P=1.6MPaD=IOOO

5、mm=0.7=113MPaC=-d=0.31mm40+0.31=10.5312mmc1.61000=21130.7-1.63封头壁厚PD2()-0.5P+C+0.311.6x100021130.7-0.51.6=10.4812mm则上下封头均选用标准椭圆形封头根据JB/T4746-2002标准,封头为DN100012,曲面高度历=250mm,直边高度2=40mm,材料选用20钢。4折流板采用弓形折流板，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=250mm.取折流板间距B=0.3D,厚度12mm则B=0.31000=300mm折流板夕卜径D=DN12=988

6、mm折流板数Nb:NB二折流板间距-1=一1二9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56mmzb=47mm.固定管板外径：D0=Di-2b,=1000-247=906mm6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=IOOOO,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v=1.0msf贝U接管内径：14x66900x0.1?Di=1-P”66-=o.357=0.599m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=10m/s-4x3756D2=J=136002.415=5

7、5=0.2345mVmV3.1410圆整后可取管内径为235mm.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：1=3000,1b=0.51=0.53000=1500rrm取：1B=15(X)mm,1c1c=750mm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=(147oC+140oC)2=143.5.膜温在143.5C下的物性参数：Po=925kgm3=1.910-5pa-s=0.684w/m.kC=11(Nt)0.5=1

8、.1(24)0.5=5.3889a0=0.725(rfg)n3J0r=11.146103W(m2-K)2管程流体传热系数：%=0.023乙Re$Pr44管程流体流通截面积:Si=-nd2=0.7853640.032=0.2572m24管程流体流速:_66900/(3600x10.66)Ui=0.2572=6.78m/s雷诺数:n0.036.7810.66z1y1cRei=14451.5103普朗特数:Pn=3.771031.5103ICrr=10.670.53Saa,.=0.023-14450810.674=353.5W(m2-K)0.033污垢热阻和管壁热阻：经查得管内侧污垢热阻Ri=1.7

9、210-4m2Cw管壁热阻查得碳钢在该条件下的热导率为45w(mK)0所以Rw=(U)(Xn72=3.8210-6W2kw454传热系数有：f=295W(m2-K)5传热面积裕度：计算传热面积Ac:Ac=178.14m2_2102000KcAtm_29540该换热器的实际传热面积为AP：AP二成In=3.140.0333364=113.15m2该换热器的面积裕度为:=57.44%Af_178.14113.15p113.15传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产彳小。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/(kgh)669003756的出口温t/90/120147压力/Pa2.3

10、71044.5105物性定性温度/105147密勘(kgm3)10.662.415定压比热容/kJ(kgK)3.77粘度/(Pas)1.5103热导率（WmK）0.53普朗特数10.67富结构参数形式固定管板式壳程数1壳体内径mm1000台数1管径mm331.5管心29mm42筒体壁厚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mm3000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/m?105.1折流板间距/mm300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/（nf水）353.5污垢热阻/(m2KW)1.72104热流量/KW2102传热温差/K40传热系数/W（Hf水）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20024 .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