1、精品化工流體傳熱課程設計任務書（一）設計題目：真空蒸發制鹽系統鹵水分效預熱器設計（二）設計任務及條件1、蒸發系統流程及有關條件見附圖。2、系統生產能力：85萬噸 / 年。3、有效生產時間： 300 天/ 年。4、設計內容：效預熱器（組）第1臺預熱器的設計。5、鹵水分效預熱器采用單管程固定管板式列管換熱器，試根據附圖中鹵水預熱的溫度要求對預熱器（組）進行設計。6、鹵水為易結垢工質，鹵水流速不得低于0.5m/s 。7、換熱管直徑選為 38 ×3mm 。8、鹵水物性參數隨溫度的變化，當手冊查不到時，可按水的變化規律推算。（三）設計項目1、由物料衡算確定鹵水流量。2、假設 K 計算傳熱面積。

2、3、確定預熱器的臺數及工藝結構尺寸。4、核算總傳熱系數。5、核算壓降。6、確定預熱器附件。7、設計評述。（四）設計要求welcome精品1、根據設計任務要求編制詳細設計說明書。2、按機械制圖標準和規范，繪制預熱器的工藝條件圖（結構的清晰表達。設計流程圖確定物性常數， 傳熱量、 蒸汽流量及平均溫差，確定換熱器類型及流體流動空間估計傳熱總數，計算傳熱面積初值計算選擇傳熱管參數，并計算管程相應參數估計冷凝傳熱系數計算管內傳熱系數核算冷凝傳熱系數總傳熱系數核算計算值與假定值相差不大折流板計算殼側壓降和管側壓降計算。2# ），注意工藝尺寸和計算值計 算與值 與假假 定定值 相值差 較相大差較大welco

3、me精品確定換熱器基本尺寸計算換熱器其余零件目錄第一章設計簡介-4第二章熱力學計算-52.1 由物料衡算確定鹵水流量-52.2 假設 K 計算傳熱面積-52.2.1 熱力學數據的獲取-52.2.2 估算傳熱面積-62.2.3 工藝尺寸的計算-62.2.4 核算總傳熱系數-8welcome精品2.2.5 核算壓降-92.3確定預熱器附件-102.4泵的選用-122.5換熱器主要結構尺寸和計算結果-13第三章設計評述-14第四章主要符號說明-16第五章參考文獻-17第一章設計簡介welcome精品在工程中，將某鐘流體的熱量以一定的傳熱方式傳遞給他種流體的設備，稱為換熱器，又叫熱交換器。在這種設備中

4、，至少有兩種溫度不同的流體參與傳熱。在工業生產中， 換熱器的應用極為普遍， 例如動力工業中鍋爐設備的過熱器，省煤器，空氣預熱器，電廠熱力系統中的凝汽器，除氧器；冶金工業中的高爐的熱風爐，煉鋼和軋鋼生產工藝中的空氣或煤氣預熱；制冷工業中蒸汽壓縮制冷機或吸收式制冷機中的蒸發器； 都是換熱器的應用實例。 在化學工業和石油化學工業的生產過程中， 應用換熱器的場合更是不勝枚舉。在航天航空工業中， 為了及時取出發動機及輔助動力裝置在運動時所產生的大量熱量，換熱器也是不可缺少的重要部件。另外，由于世界上煤油，石油和天然氣資源的儲量有限而面臨著能源短缺的局面，各國都在致力于新能源的開發，因而熱交換器的應用又與

5、能源的開發與節約緊密聯系。所以，換熱器的應用遍及動力、冶金、化工、煉油、建筑、機械制造、食品、醫藥及航空航天等各個部門。根據換熱器在生產中的低位和作用，它應滿足多種多樣的要求。一般來說，對其基本要求有：（ 1) 滿足工藝過程所提出的要求， 熱交換強度高， 熱損失少， 在有力的平均溫度下工作。（ 2) 要有與溫度和壓力條件相適應的不易遭到破壞的工藝結構，制造簡單，裝修方便，經濟合理，運行可靠。（ 3) 設備緊湊。（ 4) 保證較低的流動阻力，以減少換熱器的動力消耗welcome精品這次設計的換熱器要求單管程固定管板式列管換熱器，以二次蒸汽為加熱流體預熱鹵水，將鹵水由83 攝氏度加熱到 91 攝氏

6、度通過對換熱器的設計，達到讓學生了解換熱器的結構特點，并能根據工藝要求選擇適當的構最共完成圖紙。可以說，這次設計作業從準備材料，估算，核算，到最后的作圖，多方面的鍛煉的學生們的設計能力，于此同時，還提高了團隊合作能力。第二章熱力學計算2.1 由物料衡算確定鹵水的流量由表格 2-1 知數據如下表 2-1年產量（純 NaCl ）80 萬噸/ 年工作時間300 天/ 年鹵水中 NaCl 含量293.76g/L第一效體積分率28%根據任務書的要求，氯化鈉的年產量為85 萬噸 / 年，根據公式進行計算得：W總851149107293.7630024128.2kg/ s3600從圖中可以看出進入第三效的鹵

7、水流量F 為：WcW總28%35.9kg/ swelcome精品2.2假設 K 計算傳熱面積2.2.1 熱力學數據的獲取（1）冷流體鹵水的定性溫度：入口溫度： t183 出口溫度： t2 91 循環水的定性溫度為tmt1 t2(83 91)2872查詢數據得表 2-2：表 2-2鹵水的物理性質表溫度，密度，恒壓熱容粘度導熱系數kg/m3kJ/(kg·K)mPa ·sw/(m·)871149.63.421.90.62(2) 飽和水蒸汽的熱力學性質從圖中我們看出第三效的加熱蒸汽是198.6kpa ，通過查表得到此時的飽和水蒸汽溫度為 T=120 ，汽化熱為r =220

8、4.6kJ/kg2.2.2估算傳熱面積（ 1）計算傳熱量QWcC p ,c (t2t1 )35.93.4210380.98 106 w（ 2）水蒸氣耗量Q0.981060.44kg / sWh2204.6103r(T t2 )(T t1 )tm32.8welcomeTt 2lnTt1精品（ 3）計算有效平均溫度差、（ 4） 流體流經的選擇冷流體鹵水不潔凈并且易結垢，所以走管程，便于清洗。熱流體為飽和水蒸氣， 宜走殼層以便于及時排除冷凝液， 且蒸汽結晶， 一般不清洗。（ 5） 估算傳熱面積根據經驗選取 K=1000 w /(m2 ）,估算傳熱面積 :SQ29.88m2Ktm2.2.3工藝尺寸計算

9、（ 1）管徑與管內流速的確定 根據設計說明書要求，選用 ?38× 3mm 較高級不銹鋼傳熱管，管內流速取 u=0.6m/s 。（ 2）管長與傳熱管數選用 L=6m 的管長。根據流量與流速確定管數：nV35.9 1149.6(0.032) 265240.64diu因此，實際換熱面積為Sn dL653.140.038646.53m2采用此換熱器，則要求過程的總傳熱系數為KQ0.98 106642.1W /(m2 ）S tm 46.53 32.8（ 3）平均溫度差校正及殼程數welcome精品平均溫度差校正系數有：9183R=0P0.22120 83t 1.0查參考文獻有由于平均溫度差校正

10、系數大于0.8 ，同時殼層流體流量比較大，所以采用單殼層合適。（ 4）殼體內徑根據殼體內徑公式Dt (nc1)2b'其中 t=1.25外管徑，管子按正三角形排列時，橫過管數中心線管的根數nc1.1 n1.1659b =1.25 倍外管徑由此，算的殼體外徑D475mm進行圓整，得外徑500mm綜上，立式單管程固定管板式列管式換熱器的規格如下：公稱直徑500mm公稱換熱面積46.53 m2管程數1管數 n65管長 L6m管間距47.5mmwelcome精品管子直徑 . 38 3mm管子的排列方式 .正三角形（ 5）折流擋板結構的設計本設計采用弓形擋板，弓形折流板圓缺高度為殼體外徑的20%

11、，即h 0.2 475 95mm，折流擋板間距取LB=600mm ，所用到的板數 N1 9B2.2.4核算總的傳熱系數（ 1）管程對流傳熱系數i0.023Re0 .8 Pr0.4didiu3210 30.61149.611617Rei1.9103其中cp3.42103 1.910 310Pr0.62i 0.0230.6211617 0.8100.42000W /(m2 ）所以0.032（ 2）污垢熱阻和管壁熱阻根據查表，得管程壁面的污垢熱阻Rsi1.7210 4 ( m2 )/W ，殼程壁面的污垢熱阻Rso 0.86 10 4 (m2 ） /W ，根據換熱器不銹鋼材質可以查出管壁的導熱系數17

12、.45W /( m2 ）（ 3）殼程對流傳熱系數welcome精品231rg401.13t w )L (t s其中蒸汽溫度 ts =120 ，壁溫 t w 需要通過估算來求解，估算公式為t 0twt wt i11RsoRsioi假設0 ，帶入計算，從而求解出壁溫數值。然后將壁溫值帶入再求殼程對流傳熱系數，通過循環計算，使得壁溫和殼程對流系數相對應。通過計算，求的：t w110.2，0 5045W /( m2 ）（其中，飽和水的定性溫度為115 ，物性參有948.6kg / m3 ,0.685W /(m ），26.5 10 -5 Pa s(4) 總傳熱系數 KK 核d0Ri do1787.4W

13、/( m2 ）bd01i diddmRo0K 核 /K 選787.4/642.11.23所以換熱器是合適的，安全系數為22.6%2.2.5核算壓力降（1） 管程壓降pi( p1p2 ) Ft Ns N pwelcome精品Ft1.5, Ns1, N p1其中對于不銹鋼，取管壁粗糙度0.2mm0.20.00625di32有Re 圖中差查的0.04Lui261149.6 0.62p120.041551.96Padi0.0322p2 3ui23 1149.60.62620.78Pa22故pi( p1p2 )Ft N sN p(1551.96620.78)1.5 1 13259.11Pa（ 2）殼程壓

14、降po( p1'p2' )FsNsN s1, Fs1流體流經管束的阻力2'u0p1Ff o nc (N B 1)2管子為正三角形排列F=0.5殼程流通面積S0B(Dnc d0 )0.6(0.590.038)0.0948m2殼程流體流速及其雷諾數分別為:Vs0.444.12m / suo1.127 0.So0948welcome精品dou0氣 0.0384.12 1.127Re00.0000237671氣fo 5.0 Reo0.2285.07671 0. 2280.65N B9p1'0.5 0.65 9 (9 1) 1.127 4.122279.78Pa2流體通過

15、折流板缺口的阻力'2B )uo22 0.6)1.127 4.122p2NB (3.59 (3.594.7PaD20.52總阻力po279.7894.7374.48Pa2.3 確定預熱器附件（ 1）折流擋板本設計采用弓形擋板，弓形折流板圓缺高度為殼體外徑的20% ，即h0.2500100mm ，折流板按等間距布置，管束兩端的折流板應盡可能靠近殼程進、 出口接管，缺口上下排列，名義外直徑 500mm ，厚度 8mm ，折流擋板間距取B=600mm ，所用到的板數L。N1 9B（ 2）拉桿 拉桿是折流擋板定位不可缺少的原件。拉桿采用定距管結構，共 4 根，拉桿直徑 16mm 。拉桿長度按實際

16、需要確定，具體看尺寸圖。（ 3）外殼 換熱器外殼包括殼體與換熱器兩端的封頭 - 管箱。本設計中，外殼采用碳鋼材料，為了保證殼體具有足夠的強度，壁厚設計為8mm 。管箱設welcome精品計時在管箱上設計一平蓋，便于拆洗。封頭與殼體用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。根據設計規格，本設計的封頭為內徑500mm的標準橢圓頭，厚度 8mm ，直邊高度 25mm 。（ 4）管板管板式本換熱器上的重要零件之一， 設計中要考慮管板厚度的計算，以及管板與換熱管，殼體及管箱的連接。本設計中管板厚度定為27mm（ 5）管板開孔換熱管排列原則如下： 換熱管的排列應該使整個管束完全對稱。在滿足布管限定圓直徑和

17、換熱管與防沖板的距離規定的范圍內，應該全部布滿換熱管。拉桿應盡量均勻布置在管束的外邊緣。在靠近折流板缺邊的位置處應布置拉桿， 其間距小于或等700mm 。拉桿中心與折流板缺邊的距離應盡量控制在換熱管中心距的（ 0.51.5 ） 3 范圍內。（ 6）換熱器接管管道中水溶液的流速定為2m/s ，所以鹵水的進口管管徑為d4Vs435.9u11490.141m3.14 2飽和蒸汽的流速定為 30m/s ，因4V40.44此飽和蒸汽進口Din1.1270.129 m管管徑為u3.14 30因冷凝水的流速一般為0.5m/s ，所以冷凝水的出口管徑為4V40.30.028mD冷凝水948.63.14u0.5

18、welcome精品(7) 主要連接方式對于換熱器，主要是殼體與管板的連接，換熱管與管板的連接和管板與拉桿的連接。管板與殼體之間采用焊接的形式，換熱管與管板也采用焊接的形式，管板與拉桿之間采用螺紋連接。（ 8）支座對于本設計立式換熱器，支座采用耳式支座較好。2.4泵的選用H gzpu 2H fg2g泵的揚程：，其中，為 t8310594 下鹵水的密度，經查文獻1 附錄，2得1148kg / m3 流動前后流速差： u 0； 本換熱器采用立式結構，總高度 H 6.5m，其他組員設計的換熱器高度也是6.5m ，選取的高度即為6.5m ，由泵到換熱器接管高度選取1m ， 由換熱器到蒸發器水平高度選取1

19、.5m，故 z 6.5 1 1.5 9m ； 靜壓頭 p 198.6 101.325 97.275kPa ； 由上面計算可知，本換熱器管程壓降pi 3259.11Pa ，第二個換熱器管程壓降'4429.84 ，piPa第三個換熱器管程壓降''3246.4Pa ，pi第四個換熱器管程壓降pi '''2723.25Pa，welcome精品故， H fpipi 'pi''pi '''g3259.114429.843246.402723.251.2111489.81H gpu 2H fz2gg97.2751

20、0301.2118.85m99.811148輸送流體鹵水的流量 V35.90.0312m3 / s ，1149得到泵的工作點： V112.32m3 / h ，H g 18.85m ，輸送流體為鹵水，黏度比水大。綜上，查閱文獻1 附錄 24 ，選用 IS150 125 250 型單級單吸離心泵，泵的性能參數如下：流量轉速功率 / kW氣蝕揚程效率質量（泵 /型號/ r / min軸電機余量/( m3 / h)/%/ m底座） /kg/ mIS150-125-212022.5145010.418.5713.0188/158502.5 換熱器主要結構尺寸和計算結果換熱器類型：單管程固定管板式換熱器w

21、elcome精品換熱器面積（ ）：46.53工藝參數名稱物料名稱操作溫度，流量， kg/s流體密度，流速， m/s傳熱量， kW總傳熱系數，管程殼程鹵水飽和水蒸氣839112035.90.44m 3 kg/1149.61.1270.64.95980w /( m2 ）787.4對流傳熱系數，w/( m2 ）20005045污垢系數，m2 /w0.0001720.000086壓力降， Pa2659.11508.69程數11使用材料不銹鋼碳鋼管子規格， mm38 ×3mm管數65管長， m6管間距， mm47.5排列方式正三角形殼體內徑， mm475welcome精品第三章設計綜述通過兩周

22、的資料查閱、計算核實、畫圖，本次列管式換熱器設計大體完成，當然，還有很多不足之處有待修改，下面是我對本次設計的一些評價與感受。1、資料查詢要有足夠的針對性起初，我為了設計這次的換熱器， 查詢了大量的文獻書籍， 不同書上有不同的方法， 而且部分方法都十分復雜， 所以把設計放到了一個特別高的位置，開始研究計算方法， 然而問題卻沒有得到解決， 反而更難了。結果，索性就按照書籍上的來，結果計算起來才有了思路，在計算得過程中遇到了難題再去查閱書籍，參考文獻，這樣效率才得到了大幅度的提高。看來查閱資料不是越多越好呀。2、計算方法有技巧這次設計的重點之一就是核算換熱器的總傳熱系數，這個決定了結果是否正確，

23、所以這個也就理所當然是難點之一了。估算了換熱器的面積 S 和傳熱系數 K，接下來就設計換熱器的結構和核算傳熱系數了。設計結構倒是沒費太多時間，可是到了核算就頭疼了，錯了不要緊，一次肯定算不對，可是前面假設的數據太多， 數據與數據之間有有聯系， 牽一發而動全身， 一下子就不知所措了。例如，改變了管數，流速，傳熱面積，對流傳熱系數等等全都變化。在經過反復計算和總結后， 我得出了一定的規律， 改變設計的流速對結果很是關鍵，而且不會把計算得思路攪亂，最后在增大幾次減少幾次流速之后，最終算出了符合規定的K 值。3、很多不足需補充本次設計完全是紙上談兵，所有的東西都是從紙上來最終又落到了紙上，所以在考慮問題時勢必會有所欠佳。列如很重要的一點，安全問題。由于參考資料有限，經驗不足，安全問題沒有考慮很多，算是只能完welcome精品成換熱器的設計要求。除此之外，換熱器的