华东理工化工原理课程设计Word格式.docx
《华东理工化工原理课程设计Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《华东理工化工原理课程设计Word格式.docx(13页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
2.合理安排管路
3.选用一台合适的离心泵
三.计算结果明细表
(1)管壳式换热器的规格
公称直径
DN/mm
公称压力
PN/
MPa
管程数
N
管子根数
中心排
管数
管程流通面积/m2
换热管长度L/mm
管心距/mm
换热面积/m2
325
——
2
88
10
3000
25
(2)离心泵的型号规格
型号
转速
n/(r/min)
流量
扬程
/m
效率
功率
必需气蚀量
(NPSH)r/m
质量(泵/底座)/kg
m3/h
L/s
轴功率
电机功率
IS65-
50-125
2900
15
58
3
50/41
20
69
30
68
(3)计算数据结果记录
项目
结果
单位
冷却剂出口温度
36
循环水定性温度
28
热负荷
kW
冷却水质量流量
并流对数平均温差
逆流对数平均温差
估算换热面积
管程流动面积
管内冷却水流速
管程给热系数
摩擦系数
管程压降
Pa
壳程流动面积
壳程有机物流速
当量直径
m
壳程给热系数
壳程压降
核算传热系数
校核传热面积
冷却水流量
总局部阻力系数
阻力损失
压头(扬程)
四.计算过程
一.选择合适的换热器
1.确定物性数据
设计方案:
冷却水:
用温度t1=20℃的河水进行冷却,从Δtm>
10℃及防止水中盐类析出为原则,选择出口温度为36℃。
考虑到冬季使用时,其进口温度较低,换热器管壁温与壳体壁温之差较大;
夏季时河水的温度变化也不是很大,因此选用管壳式换热器。
从二种流体的物性来看,由于冷却水较易结垢,若其流速太低,将会加快污垢增长速度,使换热器的热流量下降,所以从综合考虑,应使冷却水走管程,有机液态化合物走壳程,并且保证冷却水的流速不宜过慢。
入口温度为t1=20℃,出口温度为t2=36℃
冷却水的定性温度为tm=(20+36)/2=28℃
两流体的温差Tm-tm=69-28=41℃
两流体在定性温度下的物性数据如下
物性
流体
温度
℃
密度
kg/m3
粘度
mPa·
s
比热容
kJ/(kg·
℃)
导热系数
W/(m·
有机物
997
循环水
2.计算热负荷
和
由热量衡算
换热器的总的换热量:
冷却水所需的流量:
3.计算温差
和估计传热系数
并流时,Δt1=T1-t1=78-20=58℃,Δt2=T2-t2=60-36=24℃
逆流时,Δt1=T1-t2=78-36=42℃,Δt2=T2-t1=60-20=40℃
由于在相同的流体进出口温度下,逆流流型具有较大的传热温差,所以选择逆流。
由于水与中有机物的传热系数K在290~698之间,故取总传热系数K现暂取:
4.估算换热面积
5.根据条件选取合适的换热器
根据
可以选择下述标准换热器(查附录得):
Ⅰ.传热管排列与分程方法:
采用组合排列法,即每程内均按照正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。
取管心距l=则l=*19=取l=24mm
隔板中心到离其最近一排管中心距离为:
S=l/2+6=24/2+6=18mm则各程相邻管的管心距为36mm
管束的分程方法,每程各有传热管44根,其前后管箱中隔板设置和介质的流通顺序按书上图所示
Ⅱ.壳体内径:
采用多壳程结构,其壳程内径:
取管板利用率η=则D=按卷制壳体的进级挡可取D=300mm
Ⅲ.折流板间距:
挡板的间距对壳程的流动有重要的影响,间距太大,不能保证流体垂直流过管束,使管外给热系数下降;
间距太小,不便于制造和检修,阻力损失亦大。
一般取挡板间距为壳体内径的~倍。
故取B=240mm
6.计算管程压降Δрt及给热系数
根据标准换热器提供的参数管程流动面积:
管内冷却水流速:
:
取钢的管壁粗糙度ε为,则
管程压降:
7.计算壳程压降Δрs及给热系数
壳程中有机物被冷却,
其大于估算的K值,故可行。
管束中心线管数
壳程流动面积:
因
管子排列为三角形,F=,fs=
壳程压降:
8.计算传热系数
污垢热阻和管壁热阻:
管外侧污垢热阻
管内侧污垢热阻
取钢管壁厚
,热导率
9.校核传热面积
所选换热器:
所以选择的换热器符合要求。
二.安排管路和选择合适的离心泵
1.管径初选
初取水合适流速
由于不是标准管径,因此确定d=73mm壁厚3mm的热轧无缝钢管
符合经济流速范围
故确定:
d=73mm壁厚3mm
2.压头He
在水槽液面及压力表处列柏努利方程
取
,
查图得
局部阻力:
底阀一个
标准90°
弯头3个
球心阀1个(全开)
另外:
突然减小
=,突然增大
=
故
换热器压降
对泵的压头安全系数取,
对流量的安全系数取,qve=
泵的选择
因为是输送河水,并且根据
以及IS型离心泵系列特性曲线可以选用清水泵,由以上数据查表得取泵:
IS65-50-125
其参数为:
转速:
2900r/min流量30m3/h
扬程:
H=效率:
68%
轴功率:
必需汽蚀余量:
3m
五.附录
(1)相关流体的物理性质
(2)计算使用的物理数据
管外侧污垢热阻:
管内侧污垢热阻:
钢管热导率:
六.符号说明
主要符号说明
符号
意义
计量单位
A
面积
m2
定压比热容
d
管径
g
重力加速度
m/s2
单位重量流体的机械能损失
l
管路长度
质量
kg
虚拟压强
p
流体压强
pa
大气压
B
挡板间距
T
周期时间
t
时间
u
流速
m/s
qv
体积流量
m3/s
qm
质量流量
Kg/s
绝对粗糙度
mm
局部阻力系数
动力黏度
Kg/m3
He
有效压头
D
换热器壳径
f
校正系数
f0
壳程流体摩擦系数
K
传热系数
NT
管子总数
Q
热流量
W或J/S
给热系数
热导率
数群
Gr
格拉私霍夫数
Nu
努塞尔数
Pr
普朗特数
Re
雷诺数
下标
气体的
平均
w
壁面的
壳程的
管程的
有
有机物的
七.设计说明
需要冷却的有机物走壳程,冷却剂走管程;
有机物可以采取逆流的方式;
换热器说明:
1.采用光滑管
光滑管结构简单,制造容易。
缺点是它强化传热的性能不足。
为了提高换热器的传热系数,可采用结构形式多样化的管子,如异性管,翅片管,螺纹管等。
2.选用
的换热管。
3.本设计中采用3米长的换热管。
4.管子的排列形式:
本设计中采用正三角形错列的排列方式,而在隔板两侧采用正方形直列。
5.采用多管程,故管板中间要留有隔板的位置。
6.允许折流板的间距与管径有关,取折流板间距B=
管路布置如图所示:
(1)管路选择73mm×
3mm的钢管,至少使用下列零件:
底阀1个;
弯头3个;
球心阀1个。
(2)由于计算所得有效压头为,(安全压头为);
有效流量为h(安全流量为m3/h),根据离心泵特性曲线和工作点,选取型号为IS65-50-125的离心泵。
八.参考文献
[1]陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋化工原理第三版(上册)化学工业出版社
[2]王元文,陈连.管壳式换热器的优化设计[J].贵州化工,2005,30
(1):
27-31.
[3]匡国柱,史启才。
化工单元过程及设备课程设计2002版