《化工原理課程設(shè)計(jì).ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《化工原理課程設(shè)計(jì).ppt（108頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、化工原理課程設(shè)計(jì),課程開(kāi)設(shè)準(zhǔn)備,課程設(shè)計(jì)指導(dǎo), 課程設(shè)計(jì)書寫規(guī)范與考核, 課程設(shè)計(jì)總結(jié)與歸檔, 課程開(kāi)設(shè)準(zhǔn)備,設(shè)計(jì)題目,設(shè)計(jì)參考資料匯總,列管換熱器的設(shè)計(jì) 板式精餾塔的設(shè)計(jì) 填料吸收塔的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)參考書目單 設(shè)計(jì)用書 設(shè)計(jì)參考網(wǎng)址,設(shè)計(jì)題目,設(shè)計(jì)參考資料匯總, 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo),第一節(jié) 概述,第二節(jié) 板式精餾塔設(shè)計(jì),第三節(jié) 填料吸收塔的設(shè)計(jì),第四節(jié) 列管換熱器的設(shè)計(jì),第一節(jié) 概述,教學(xué)內(nèi)容,一、課程設(shè)計(jì)意義與要求,二、課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容,三、課程設(shè)計(jì)的步驟,工程意識(shí)、工程問(wèn)題解決方法,,資料查閱、分析,工程計(jì)算方法、準(zhǔn)確性,文字、圖表表達(dá),一、課程設(shè)計(jì)意義與要求,一、課程設(shè)計(jì)意義與要求,二、課程設(shè)
2、計(jì)基本內(nèi)容,,設(shè)計(jì)內(nèi)容,封面（課程設(shè)計(jì)題目、班級(jí)、姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間 ）,目錄,設(shè)計(jì)任務(wù)書,設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介；,設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表,工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；,輔助設(shè)備的計(jì)算及選型；,設(shè)計(jì)評(píng)述,設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表,工藝流程圖及設(shè)備工藝條件圖,參考資料,設(shè)計(jì)說(shuō)明書,,三、課程設(shè)計(jì)步驟,,,,,,,,動(dòng)員和布置任務(wù),繪圖和編寫說(shuō)明書,設(shè)計(jì)計(jì)算,閱讀指導(dǎo)書和查閱資料,考核,2,1,3,4,5,第二節(jié) 板式精餾塔設(shè)計(jì),1 設(shè)計(jì)原則與步驟,2 理論塔板數(shù)的確定,3 塔板效率和實(shí)際塔板數(shù),4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),5 塔高及輔助設(shè)備,根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書,搜集有關(guān)物性數(shù)據(jù),確定精餾操作流程,物料衡算,確定塔板數(shù),工藝條件計(jì)算（操作壓力
3、、溫度、密度、粘度、表面張力）,塔的主要工藝尺寸計(jì)算,流體力學(xué)性能校核,繪出負(fù)荷性能圖，確定操作彈性,選板間距,確定塔徑,溢流裝置,塔板布置（開(kāi)孔率）,單板壓降小于設(shè)計(jì)允許值,霧沫夾帶小于0.1kg（液）/kg（氣）,漏液量（溫度系數(shù)）,液泛清液層高度(HT+hw),板式精餾塔工藝設(shè)計(jì)步驟框圖,,,,,,,,,否,是,,,,,,,,,,,,,篩板塔化工設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）塔的有效高度 Z 已知：實(shí)際塔板數(shù) NP ； 塔板間距 HT；,選取塔板間距 HT ：,塔板間距和塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,塔體高度：有效高+頂部+底部+ 其它,有效塔高：,C：氣體負(fù)荷因子，與 HT、 液體表面張力和兩相接觸
4、狀況有關(guān)。, 液泛氣速,兩相流動(dòng)參數(shù) FLV：,（2）塔徑 確定原則： 防止過(guò)量液沫夾帶液泛 步驟： 先確定液泛氣速 uf (m/s)； 然后選設(shè)計(jì)氣速 u； 最后計(jì)算塔徑 D。,對(duì)于篩板塔(浮閥、泡罩塔)，可查圖 ，C20=(HT 、FLV),,, 選取設(shè)計(jì)氣速 u 選取泛點(diǎn)率： u / uf 一般液體， 0.6 0.8 易起泡液體，0.5 0.6,所需氣體流通截面積,設(shè)計(jì)氣速 u = 泛點(diǎn)率 uf, 計(jì)算塔徑 D,塔截面積：,A = AT - Ad,塔徑,說(shuō)明：計(jì)算塔徑需圓整，且重新計(jì)算實(shí)際氣速及泛點(diǎn)率。,（3）溢流裝置設(shè)計(jì) 溢流型式的選擇
5、 依據(jù)：塔徑 、流量； 型式：?jiǎn)瘟餍?、U 形流型、雙流型、階梯流型等。, 降液管形式和底隙 降液管：弓形、圓形。 降液管截面積：由Ad/AT = 0.06 0.12 確定； 底隙 hb ：通常在 30 40 mm。, 溢流堰（出口堰） 作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過(guò)。 型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。,堰長(zhǎng) lW ：影響液層高度。,堰高 hW：直接影響塔板上液層厚度 過(guò)小，相際傳質(zhì)面積過(guò)??； 過(guò)大，塔板阻力大，效率低。 常、加壓塔：40 80 mm ； 減壓塔：25 mm 左右。,,說(shuō)明：通常應(yīng)使溢流強(qiáng)度VLh/lW 不大于100130 m
6、3/（mh）。,或：,雙流型:,單流型：,(4) 塔板及其布置 受液區(qū)和降液區(qū) 一般兩區(qū)面積相等。 入口安定區(qū)和出口安定區(qū),其中， E：液流收縮系數(shù)，一般可近似取 E =1。,堰上方液頭高度 hOW ：,要求：, 邊緣區(qū)：,（5）篩孔的尺寸和排列 篩孔： 有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，常按正三角形排列。 篩板開(kāi)孔率 ：,單流型弓形降液管塔板：, 有效傳質(zhì)區(qū)：,雙流型弓形降液管塔板：,篩孔直徑 d0 : 3 8 mm (一般)。 12 25 mm (大篩孔) 孔中心距 t : (2.55) d0 取整。 開(kāi)孔率: 通常為 0.08 0.12。 板厚：碳鋼（3 4mm）、不銹鋼。,篩孔氣
7、速：,篩孔數(shù)：,d0,t,(6) 塔板的校核 對(duì)初步設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和修正。, 液沫夾帶量校核 單位質(zhì)量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質(zhì)量（或摩爾） ev ： kg 液體 / kg氣體，或 kmol液體 / kmol氣體 單位時(shí)間夾帶到上層塔板的液體質(zhì)量（或摩爾） e： kg 液體 / h 或 kmol液體 / h 液沫夾帶分率：夾帶的液體流量占橫過(guò)塔板液體流量的分?jǐn)?shù)。 故有：,所以,說(shuō)明：超過(guò)允許值，可調(diào)整塔板間距或塔徑。,,ev的計(jì)算方法：,方法1：利用Fair關(guān)聯(lián)圖求，進(jìn)而求出ev。 方法2：用Hunt經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算ev。,式中Hf 為板上泡沫層高度：,要求：
8、ev 0.1 kg 液體 / kg氣體。, 塔板阻力的計(jì)算和校核 塔板阻力：,塔板阻力 hf包括 以下幾部分: （a）干板阻力 h0氣體通過(guò)板上孔的阻力（設(shè)無(wú)液體時(shí)）； （b）液層阻力 hl 氣體通過(guò)液層阻力； （c）克服液體表面張力阻力 h孔口處表面張力。,清液柱高度表示：,（a）干板阻力h0,C0 孔流系數(shù),（b）液層阻力 hl,查圖求充氣系數(shù),說(shuō)明：若塔板阻力過(guò)大，可增加開(kāi)孔率或 降低堰高。,（c）克服液體表面張力阻力（一般可不計(jì)）, 降液管液泛校核,故塔板阻力：,降液管中清液柱高度 (m),（a） 液面落差一般較小，可不計(jì)。當(dāng)不可忽略時(shí)，,一般要求： <0.5h0,（b） 液體通過(guò)降
9、液管阻力 hd,包括底隙阻力 hd1和進(jìn)口堰阻力hd2。,無(wú)進(jìn)口堰時(shí)：,泡沫層高度,要求：,說(shuō)明：若泡沫高度過(guò)大，可減小塔板阻力或 增大塔板間距。,泡沫層相對(duì)密度：對(duì)不易起泡物系，,易起泡物系，, 液體在降液管中停留時(shí)間校核 目的：避免嚴(yán)重的氣泡夾帶。,停留時(shí)間：,要求：,說(shuō)明：停留時(shí)間過(guò)小，可增加降液管面積 或 增大塔板間距。,（a）計(jì)算嚴(yán)重漏液時(shí)干板阻力 h0 ,（b）計(jì)算漏液點(diǎn)氣速 u0 ,說(shuō)明：如果穩(wěn)定系數(shù)k過(guò)小，可 減小開(kāi)孔率 或 降低堰高。, 嚴(yán)重漏液校核 漏液點(diǎn)氣速 u0 ：發(fā)生嚴(yán)重漏液時(shí)篩孔氣速。 穩(wěn)定系數(shù)：,要求：, 過(guò)量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線） 規(guī)定：ev =
10、0.1（ kg 液體 / kg氣體） 為限制條件。,（6）塔板的負(fù)荷性能圖確定塔板的操作彈性, 液相下限線,整理出：,規(guī)定：, 嚴(yán)重漏液線（氣相下限線）,代入相關(guān)公式，如hOW、、u0，整理出。, 液相上限線, 降液管液泛線,規(guī)定：,,,塔板的操作彈性：,,,,,,,,,,過(guò)量液沫夾帶線,嚴(yán)重漏液線,液相下限線,液相上限線,降液管液泛線,V,L,塔板的負(fù)荷性能圖,第三節(jié) 填料吸收塔設(shè)計(jì),1 設(shè)計(jì)任務(wù), 在單位時(shí)間所應(yīng)處理的氣體總量, 氣體組成；, 被吸收組分的吸收率或排出氣體的濃度；, 所使用的吸收液；, 操作溫度和壓力。,,2 設(shè)計(jì)過(guò)程,2.1吸收流程的確定 2.2填料的選擇 2.3基礎(chǔ)物性
11、數(shù)據(jù) 2.4物料衡算 2.5填料塔的工藝尺寸的計(jì)算 2.6填料層壓降計(jì)算 2.7塔內(nèi)輔助裝置的選擇和計(jì)算,2.1 吸收流程的確定,根據(jù)氣、液兩相流動(dòng)方向的不同，分為逆流操作和并流操作兩類，工業(yè)上常采用逆流操作。,一般需對(duì)吸收后的溶液繼以脫吸，使溶劑再生，循環(huán)使用。因此，需一個(gè)完整的吸收-脫吸流程。,2.1 吸收流程的確定,1-吸收塔；2-富液泵；3-貧液泵；4-解吸塔,2.2 填料的選擇,長(zhǎng)期的研究，開(kāi)發(fā)出許多性能優(yōu)良的填料，如圖是幾種填料的形狀。,2.2 填料的選擇,拉西環(huán),鮑爾環(huán),階梯環(huán),環(huán),按填料結(jié)構(gòu)及其使用方式可以分為散堆填料和規(guī)整填料。,填料的性能評(píng)價(jià),填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通
12、量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤(rùn)濕性能越好，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開(kāi)敞，則通量越大，壓降亦越低。采用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)九種常用填料的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出如下表所示的結(jié)論。,填料種類的選擇,填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通常考慮以下幾個(gè)方面： (1) 傳質(zhì)效率要高 一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料 (2) 通量要大 在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料 (3) 填料層的壓降要低 (4) 填料抗污堵性能強(qiáng)，拆裝、檢修方便,填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。 散裝填料規(guī)格的選擇
13、工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。 同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也增加很多。 而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。 因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應(yīng)大于8。,填料規(guī)格的選擇,填料規(guī)格的選擇,（2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇 國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格， 同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。 選用時(shí)應(yīng)從分離要求
14、、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術(shù)要求，又具有經(jīng)濟(jì)合理性。 應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原則來(lái)選擇填料的規(guī)格。,2.3 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù),液相物性數(shù)據(jù) 氣相物性數(shù)據(jù) 氣液相平衡數(shù)據(jù),液相物性數(shù)據(jù),對(duì)于低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純?nèi)軇┑奈镄詳?shù)據(jù)。 密度： 粘度： 表面張力： 擴(kuò)散系數(shù)：,氣相物性數(shù)據(jù), 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 混合氣體的平均密度
15、： 混合氣體的粘度，查手冊(cè) 擴(kuò)散系數(shù),氣液相平衡數(shù)據(jù), 亨利系數(shù) 相平衡常數(shù) 溶解度系數(shù),2.4 物料衡算,物料衡算與吸收操作線方程 吸收劑用量對(duì)操作線的影響 最小液氣比,2.5 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算,2.5.1. 填料塔塔徑的計(jì)算 泛點(diǎn)氣速的計(jì)算 塔徑的計(jì)算及校核 2.5.2. 填料層高度的計(jì)算 2.1氣相總傳質(zhì)單元高度的計(jì)算 2.2氣相總傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算,2.5.1. 填料塔塔徑的計(jì)算,填料塔的直徑D與操作空塔氣速u及氣體體積流量Vs之間存在以下關(guān)系： 式中：D 塔徑，m; Vs氣體體積流量，m3/s; u 操作空塔氣速，m/s,,,（1）散堆填料泛點(diǎn)氣速的計(jì)算,常用?？颂兀?/p>
16、Eckert）泛點(diǎn)氣速關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行計(jì)算，該關(guān)聯(lián)圖是以X為橫坐標(biāo)，以Y為縱坐標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的。其中：,（2）規(guī)整填料泛點(diǎn)氣速的計(jì)算,匡國(guó)柱，史啟才主編.化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2002.1:263265,對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為u/uF=0.5-0.85對(duì)于規(guī)整填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為u/uF=0.6-0.95,,Ecket泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖,塔徑的計(jì)算及校核,塔徑的計(jì)算：,塔徑的圓整：,單位：mm,（1）泛點(diǎn)率校核,（2）填料規(guī)格校核,（3）液體噴淋密度校核,填料塔的液體噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計(jì)算式為：,式中：U液體噴淋密度，m3/(m2h);
17、 Lh液體噴淋量，m3/h; D填料塔直徑，m,為使填料能獲得良好的潤(rùn)濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以Umin表示,式中：Umin最小噴淋密度，m3/(m2h); (LW)min最小潤(rùn)濕密度，m3/h; at填料的總比面積，m2/m3,最小潤(rùn)濕速率是指在塔的截面上，單位長(zhǎng)度的填料周邊的最小液體體積流量。其值可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，也可采用一些經(jīng)驗(yàn)值。對(duì)于直徑不超過(guò)75mm的散裝填料，可取最小潤(rùn)濕速率(LW)min為0.08m3/(mh);對(duì)于直徑大于75mm的散裝填料，可取 (LW)min為0.12m3/(mh)。 對(duì)于規(guī)整填料，其最小噴淋密度
18、可從有關(guān)填料手冊(cè)中查得，設(shè)計(jì)中，通常取Umin=0.2。,2.5.2. 填料層高度的計(jì)算 2.1氣相總傳質(zhì)單元高度的計(jì)算 2.2氣相總傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算,對(duì)于散裝填料，一般推薦的分段高度為：,2.6 填料層壓降計(jì)算,散裝填料的壓降值可由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算。先根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)數(shù)據(jù)，求出橫坐標(biāo)值，再根據(jù)操作孔塔氣速u及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)值。通過(guò)作圖得出交點(diǎn) ，讀出交點(diǎn)的等壓線數(shù)值，即得到每米填料層壓降值。,2.7 塔內(nèi)輔助裝置的選擇和計(jì)算,1 液體分布器 2 填料塔附屬高度 3 填料支承板 4 填料壓緊裝置 5 液體進(jìn)、出口管,6 液體除霧器 7 筒體和封頭 8 手孔 9 法蘭 10 液體
19、再分布裝置,1、換熱器類型的選擇 2、流動(dòng)空間的選擇 3、流速的確定 4、流動(dòng)方式的選擇 5、流體出口溫度的確定,一、設(shè)計(jì)方案的確定,二、列管式換熱器的結(jié)構(gòu),三、列管式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算,第三節(jié) 列管換熱器設(shè)計(jì),固定管板式換熱器,固定管板式換熱器管束連接在管板上，管板與殼體焊接。,1、換熱器類型的選擇,優(yōu)點(diǎn)：1）傳熱面積比浮頭式換熱器大20%-30%；2）旁路漏流較水；3）鍛件使用較少；4）沒(méi)有內(nèi)漏。,缺點(diǎn)： 1）不適用于換熱管與殼程圓筒的熱膨脹變形差很大的場(chǎng)合，管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞；（為了減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件如：設(shè)置膨脹節(jié)來(lái)吸收熱膨脹差） 2）殼程無(wú)法機(jī)
20、械清洗，不適用于殼程結(jié)垢的場(chǎng)合； 3）管子腐蝕后造成連同殼體報(bào)廢，殼體部件壽命決定于管子壽命，故設(shè)備壽命相對(duì)較低。,適用的場(chǎng)合： 1）管殼程金屬溫差不是很大的場(chǎng)合； 2）殼程流體清潔，無(wú)需經(jīng)常抽出管束清洗的場(chǎng)合。,浮頭式換熱器,兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對(duì)殼體自由移動(dòng)，稱為浮頭。浮頭由浮頭管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內(nèi)抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會(huì)主生熱應(yīng)力。,優(yōu)點(diǎn)：1)管束可以抽出，以方便清洗管程、殼程；2)殼程壁與管壁不受溫差限制；3)可在高溫、高壓下工作，一般溫度T450，P 6.4MPa;4)可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合;5)可用于管程腐蝕場(chǎng)
21、合.,缺點(diǎn): 1)浮頭端易發(fā)生內(nèi)漏； 2)金屬材料耗量大，成本高20%； 3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。,可用的場(chǎng)合： 1）管殼程金屬溫差很大場(chǎng)合； 2）殼程介質(zhì)易結(jié)垢要求經(jīng)常清洗的場(chǎng)合；,U形管式換熱器,U形換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖。這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，只有一塊管板，管束由多根U形管組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。當(dāng)殼體與U形換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。,優(yōu)點(diǎn)：1）管束可抽出來(lái)機(jī)械清洗；2）殼體與管壁不受溫差限制；3）可在高溫、高壓下工作，一般適用于T500，P 10MPa;4）可用于殼程結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合;5）可用于管程易腐蝕場(chǎng)合.,缺點(diǎn): 1)在管子的U型處易沖蝕，應(yīng)控制管內(nèi)流速
22、; 2)管程不適用于結(jié)垢較重的場(chǎng)合;,可用的場(chǎng)合: 1)管程走清潔流體; 2)管程壓力特別高; 3)管殼程金屬溫差很大,固定管板換熱器連設(shè)置膨脹節(jié)都無(wú)法滿足要求的場(chǎng)合.,2、流動(dòng)空間的選擇,3、流速的確定,4、流動(dòng)方式的選擇,除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復(fù)雜流動(dòng)。當(dāng)流量一定時(shí)，管程或殼程越多，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，對(duì)傳熱過(guò)程越有利。但是，采用多管程或多殼程必導(dǎo)致流體阻力損失，即輸送流體的動(dòng)力費(fèi)用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時(shí)，需權(quán)衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。,5、流體出口溫度的確定,若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，則不存在確定流體兩端溫度
23、的問(wèn)題。若其中一流體僅已知進(jìn)口溫度，則出口溫度應(yīng)由設(shè)計(jì)者來(lái)確定。例如用冷水冷卻一熱流體，冷水的進(jìn)口溫度可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁貤l件作出估計(jì)，而其出口溫度則可根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算來(lái)確定：為了節(jié)省冷水量，可使出口溫度提高一些，但是傳熱面積就需要增加；為了減小傳熱面積，則需要增加冷水量。兩者是相互矛盾的。一般來(lái)說(shuō)，水源豐富的地區(qū)選用較小的溫差，缺水地區(qū)選用較大的溫差。不過(guò)，工業(yè)冷卻用水的出口溫度一般不宜高于45，因?yàn)楣I(yè)用水中所含的部分鹽類（如CaCO3、CaSO4、 MgCO3和MgSO4等）的溶解度隨溫度升高而減小，如出口溫度過(guò)高，鹽類析出，將形成傳熱性能很差的污垢，而使傳熱過(guò)程惡化。如果是用加熱介質(zhì)加熱冷流體
24、，可按同樣的原則選擇加熱介質(zhì)的出口溫度。,二、列管式換熱器的結(jié)構(gòu),1、管程結(jié)構(gòu),換熱管規(guī)格和排列的選擇,換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對(duì)于潔凈的流體管徑可取小些。但對(duì)于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞?？紤]到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過(guò)多。目前我國(guó)試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用 和 兩種規(guī)格。,按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長(zhǎng)度。實(shí)際所取管長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)出廠的鋼管長(zhǎng)度合理截用。我國(guó)生產(chǎn)系列標(biāo)準(zhǔn)中管長(zhǎng)有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時(shí)，管子的長(zhǎng)度又應(yīng)與管徑相適應(yīng)，一般管長(zhǎng)與管徑之
25、比，即L/D約為46,管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對(duì)易結(jié)垢流體更為適用。,管板,固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開(kāi)來(lái) 。,封頭和管箱,封頭 用于直徑小的殼體。 管箱 用于直徑大的殼體，也叫分配室。用以分配液體和起封頭的作用。壓力較低時(shí)可采用平蓋，壓力較高時(shí)則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。檢修時(shí)可拆下管箱對(duì)管子進(jìn)行清洗或更換。,2、殼程結(jié)構(gòu),換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對(duì)
26、浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等，可用作圖法確定殼體的內(nèi)徑。,單管程,殼體,（管心距一般是管外徑的1.25倍）,多管程,折流擋板,安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍動(dòng)程度大為增加。 常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的1040，一般取25，過(guò)高或過(guò)低都不利于傳熱 。,兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內(nèi)徑D的(0.21)倍。板間距過(guò)小，不便于制造和檢修，阻力也較大。
27、板間距過(guò)大，流體就難于垂直地流過(guò)管束，使對(duì)流傳熱系數(shù)下降。,我國(guó)系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的擋板間距為：,固定管板式有100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，700mm七種,浮頭式有100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，450mm（或480mm），600mm八種。,接管尺寸,換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計(jì)算,Vs--流體的體積流量，m3/s；u --接管中流體的流速，m/s。,流速u的經(jīng)驗(yàn)值為: 對(duì)液體：u=1.52 m/s； 對(duì)蒸汽：u=2050 m/s； 對(duì)氣體：u=(1520)p/； 式中p為壓強(qiáng)，單位為atm ； 為氣體密度
28、，單位為kg/m3,傳熱計(jì)算,給定的條件(1)熱流體的入口溫度T1、出口溫度T2；(2)冷流體的入口溫度t1 、出口溫度t2； 熱平衡方程式是反映換熱器內(nèi)冷流體的吸熱量與熱流體的放熱量之間的關(guān)系式。由于換熱器的熱散失系數(shù)通常接近1，計(jì)算時(shí)不計(jì)算散熱損失，則冷流體吸收熱量與熱流體放出熱量相等 。,三、列管式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算,1、傳熱系數(shù)K,傳熱系數(shù)K是表示換熱設(shè)備性能的極為重要的參數(shù)，是進(jìn)行傳熱計(jì)算的依據(jù)。K的大小取決于流體的物性、傳熱過(guò)程的操作條件及換熱器的類型等，K值通常可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，或取生產(chǎn)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)分析計(jì)算求得 。,列管式換熱器中K值大致范圍,2、平均溫度差,,3、對(duì)流傳
29、熱系數(shù)（無(wú)相變）,對(duì)流傳熱系數(shù)（相變）,4、污垢熱阻,換熱器的傳熱表面在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，壁面往往積一層污垢，對(duì)傳熱形成附加的熱阻，稱為污垢熱阻，這層污垢熱阻在計(jì)算傳熱系數(shù)K時(shí)一般不容忽視。由于污垢層的厚度及其熱導(dǎo)率不易估計(jì)，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定污垢熱阻。若管壁內(nèi)、外側(cè)表面上的污垢熱阻分別用Rdi和Rd0表示，根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原則,污垢熱阻Rd的大致范圍,污垢熱阻Rd,ii 流體流動(dòng)阻力(壓強(qiáng)降)的計(jì)算,換熱器管程及殼程的流動(dòng)阻力，常?？刂圃谝欢ㄔ试S范圍內(nèi)。若計(jì)算結(jié)果超過(guò)允許值時(shí)，則應(yīng)修改設(shè)計(jì)參數(shù)或重新選擇其他規(guī)格大換熱器。按一般經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于液體常控制在104105Pa范圍內(nèi)，對(duì)于氣體則以1031
30、04Pa為宜。此外，也可依據(jù)操作壓力不同而有所差別，參考下表,(1) 管程流體阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。對(duì)于多程換熱器，其總阻力 pt等于各程直管阻力、回彎阻力及進(jìn)、出口阻力之和。一般進(jìn)、出口阻力可忽略不計(jì)，故管程總阻力的計(jì)算式為,每程直管阻力；,每程回彎阻力,式中 Pi、Pr------分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，N/m2,Ft-----結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)因次，對(duì)于252.5mm的管子，取為1.4， 對(duì)于192mm的管子，取為1.5； Np-----管程數(shù)； Ns-----串聯(lián)的殼程數(shù)。,(2) 殼程流體阻力 現(xiàn)已提出的殼程流體阻
31、力的計(jì)算公式雖然較多，但是由于流體的流動(dòng)狀況比較復(fù)雜，使所得的結(jié)果相差很多。下面介紹埃索法計(jì)算殼程壓強(qiáng)的公式,,殼程總阻力損失，,,流過(guò)管束的阻力損失，,,流過(guò)折流板缺口的阻力損失，,Fs-殼程阻力結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)液體可取Fs=1.15， 對(duì)氣體或可凝蒸汽取Fs=1.0；,Ns-殼程數(shù)；,管束阻力損失,折流板缺口阻力損失,,NB 折流板數(shù)目；,NTc橫過(guò)管束中心的管子數(shù),對(duì)于三角形排列的管束，,對(duì)于正方形排列的管束，,,為每一殼程的管子總數(shù)；,B - 折流板間距，m； D - 殼程直徑，m； U0 - 按殼程流通截面積或按其截面積 計(jì)算所得的殼程流速，m/s； F - 管
32、子排列形式對(duì)壓降的校正系數(shù)，對(duì)三角形排列F=0.5， 對(duì)正方形排列F=0.3，對(duì)正方形斜轉(zhuǎn)45，F(xiàn)=0.4； f0 - 殼程流體摩擦系數(shù),iii 列管式換熱器的設(shè)計(jì)和選用的計(jì)算步驟總結(jié),設(shè)有流量為mh的熱流體，需從溫度T1冷卻至T2，可用的冷卻介質(zhì)入口溫度t1，出口溫度選定為t2。由此已知條件可算出換熱器的熱流量Q和逆流操作的平均推動(dòng)力。根據(jù)傳熱速率基本方程,,當(dāng)Q和tm已知時(shí)，要求取傳熱面積A必須知K，則是由傳熱面積A的大小和換熱器結(jié)構(gòu)決定的?？梢?jiàn)，在冷、熱流體的流量及進(jìn)、出口溫度皆已知的條件下，選用或設(shè)計(jì)換熱器必須通過(guò)試差計(jì)算，按以下步驟進(jìn)行。,1、初選換熱器的規(guī)格尺寸, 初步選定換熱器
33、的流動(dòng)方式，保證溫差修正系數(shù)大于0.8，否則應(yīng)改變流動(dòng)方式，重新計(jì)算。 計(jì)算熱流量Q及平均傳熱溫差tm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)總傳熱系數(shù)K估，初估傳熱面積A估。 選取管程適宜流速，估算管程數(shù)，并根據(jù)A估的數(shù)值，確定換熱管直徑、長(zhǎng)度及排列,2、核算總傳熱系數(shù),分別計(jì)算管、殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，確定污垢熱阻，求出總傳系數(shù)K計(jì)，并與估算時(shí)所取用的傳熱系數(shù)K估進(jìn)行比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算,3、計(jì)算傳熱面積并求裕度,根據(jù)計(jì)算的K計(jì)值、熱流量Q及平均溫度差tm，由總傳熱速率方程計(jì)算傳熱面積A0，一般應(yīng)使所選用或設(shè)計(jì)的實(shí)際傳熱面積AP大于A0。裕度的計(jì)算式為：,4、計(jì)算管、殼程阻力,在選擇管程流體與殼程流體以及初步
34、確定了換熱器主要尺寸的基礎(chǔ)上，就可以計(jì)算管、殼程流速和阻力，看是否合理?；蛘呦冗x定流速以確定管程數(shù)NP和折流板間距B再計(jì)算壓力降是否合理。這時(shí)NP與B是可以調(diào)整的參數(shù)，如仍不能滿足要求，可另選殼徑再進(jìn)行計(jì)算，直到合理為止。, 課程設(shè)計(jì)書寫規(guī)范與考核,設(shè)計(jì)書格式,繪圖規(guī)范,考核方式,考核內(nèi)容為設(shè)計(jì)方案、計(jì)算過(guò)程、相關(guān)圖紙、說(shuō)明書等； 成績(jī)構(gòu)成為：設(shè)計(jì)態(tài)度及出勤率（10分）、 設(shè)計(jì)質(zhì)量（40分）、說(shuō)明書質(zhì)量（20分）、答辯情況（30分）， 最終成績(jī)分為優(yōu)、良、中、及格、不及格。,課程設(shè)計(jì)總結(jié), 課程設(shè)計(jì)總結(jié)與歸檔,資料歸檔,對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)生情況、設(shè)計(jì)情況、存在問(wèn)題進(jìn)行全面總結(jié)。附課程設(shè)計(jì)成績(jī),,課程設(shè)計(jì)實(shí)施方案,課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書,課程設(shè)計(jì)總結(jié),課程設(shè)計(jì)題目,謝謝大家！,
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