1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計任務(wù)書……………………</p><p>　　說明書正文……………………2</p><p>　　設(shè)計簡介…………………………………2</p><p>　　由物料衡算確定鹵水流量………………2</p><p>　　假設(shè)K計算傳熱面積…

2、…………………3</p><p>　　確定預(yù)熱器的臺數(shù)及工藝結(jié)構(gòu)尺寸……4</p><p>　　核算壓降…………………………………5</p><p>　　核算總傳熱系數(shù)…………………………5</p><p>　　第三臺換熱器進(jìn)出口溫度核算…………7</p><p>　　確定預(yù)熱器附件…………………………9</p&

3、gt;<p>　　設(shè)計結(jié)果概要或設(shè)計一覽表…………9</p><p>　　設(shè)計評述………………………………10</p><p>　　符號說明………………………11</p><p>　　4、文獻(xiàn)…………………………12</p><p><b>　　說明書正文</b></p><p>　

4、　設(shè)計簡介：換熱器（英語翻譯：heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。</p>&l

5、t;p>　　設(shè)計背景為一年產(chǎn)工業(yè)鹽30萬噸的化工廠的具有分效預(yù)熱的鹵水真空蒸發(fā)制鹽系統(tǒng)（平流進(jìn)料、順流進(jìn)料），共采用了3組預(yù)熱器進(jìn)行多效蒸汽熱能的回收利用，并對進(jìn)入蒸發(fā)塔的鹵水進(jìn)行預(yù)熱，設(shè)計要求本班每組進(jìn)行一臺預(yù)熱器的設(shè)計，使通過其中的鹵水達(dá)到相應(yīng)的預(yù)熱溫度，本小組進(jìn)行的是III效預(yù)熱器的設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容包括：預(yù)熱器中換熱器類型的選擇、臺數(shù)的確定以及換熱器的連接安裝等。</p><p>　　由物料衡算確定鹵水

6、流量</p><p>　　查表得 9.6KPa飽和水蒸氣對應(yīng)的飽和溫度為44.5℃</p><p>　　則由經(jīng)驗得 鹽漿的出口溫度 44.5+8=52.5℃</p><p>　　查NaCl的溶解度表得 52.5℃下NaCl的溶解度 37.0g/100g水</p><p>　　由年產(chǎn)量30萬噸的，每小時鹽漿的體積：</p&

7、gt;<p><b>　　V鹽漿=</b></p><p>　　每小時飽和鹽水的體積</p><p><b>　　V飽和鹽水=</b></p><p>　　每小時飽和鹽水中含NaCl</p><p><b>　　mNaCl=</b></p><

8、p>　　由附圖中鹵水典型組成知 ρNaCl(鹵水)=293.76g/L</p><p>　　每小時NaCl產(chǎn)量 </p><p><b>　　m產(chǎn)NaCl=</b></p><p>　　每小時精制鹵水體積 V==</p><p>　　則Ⅲ效預(yù)熱器中鹵水的體積流量</p><p><

9、;b>　　Vs=78%V=</b></p><p>　　即3.42×10-2m3/s 則Ws=39.92kg/s</p><p><b>　　假設(shè)K計算傳熱面積</b></p><p>　　Ⅲ效預(yù)熱器鹵水的進(jìn)出口溫度分別為55℃，61℃</p><p>　　則取鹵水的定性溫度 t1

10、=（55+61）÷2=58℃</p><p>　　由水蒸氣的物性推算鹵水58℃物性</p><p>　　則總傳熱量 Q=Ws×Cp×Δt=39.92×3.39×10-3×(61-55)=8.12×105J</p><p>　　查壁面污垢熱阻的污垢系數(shù)得 硬水的污垢系數(shù)R=5.51590

11、5;10-4,鹽水的污垢系數(shù)R’=1.7197×10-4 m2·℃/W,由于本設(shè)計我組準(zhǔn)備采用較大的流速，所以取管內(nèi)污垢熱阻為Rsi=1.7197×10-4 m2·℃/W</p><p>　　查數(shù)據(jù)表得絕壓30KPa下，水蒸氣的溫度t=69.13℃，</p><p>　　考慮輸送熱損耗，故進(jìn)入預(yù)熱器的水蒸氣溫度 t’=68.13℃</p>

12、<p>　　查表得68.13℃下水的物性</p><p>　　68.13℃下水蒸氣的物性 ρv=0.1611kg/m3</p><p><b>　　進(jìn)行K估的計算</b></p><p>　　假設(shè)管內(nèi)鹵水流速為ub=1.1m/s</p><p>　　由管程流量Vs=n·π·di

13、2·ub</p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　解得 n=35.4</b></p><p>　　假設(shè)正三角形排列的換熱管，則有中心管數(shù)nc=7~4的共37根的最佳選擇。</p><p><b>　　由Q=KSΔtm</b></p

14、><p>　　計算Δtm ℃</p><p>　　13.31 7.31</p><p>　　代入得， 8.12 ×105=1276.79×10.01×S估</p><p>　　∴S估=63.53m2</p><

15、p>　　則 S=nπdoL 得L=14.39m</p><p>　　根據(jù)管長標(biāo)準(zhǔn)取 L估=18m</p><p>　　則S’估= nπdoL=37×18×3.14×0.038=79.47m2</p><p><b>　　則K估= </b></p><p>　　確定預(yù)熱器的

16、臺數(shù)及工藝結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　查資料得，換熱器換熱管長度有1.5m,2m,3m,6m</p><p>　　則取每根換熱管長為6m,則需要換熱器 18÷6=3（臺）</p><p>　　外殼直徑的估算：=0.048（7-1）+2×1.3×0.038=386.8mm</p><p>　　∴取直徑為400mm

17、的換熱器</p><p><b>　　工藝結(jié)構(gòu)尺寸如下：</b></p><p><b>　　核算壓降</b></p><p><b>　　管程流動阻力計算</b></p><p>　　由上面計算得管程流體雷諾數(shù)為Re=2.78×104 湍流</p>

18、;<p>　　查無縫輕度腐蝕的焊接鋼管的當(dāng)量相對粗糙度e=0.3×10-3mm</p><p>　　∴相對粗糙度e/d=</p><p>　　查圖得 =0.038</p><p><b>　　則=</b></p><p>　　=1.3， =3， =1</p>&l

19、t;p><b>　　∴</b></p><p>　　因為本換熱器是立式換熱器，因此須考慮重力作用所造成的壓力損失。</p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　成立</b></p><p><b>　　核算總傳熱系數(shù)</b>&

20、lt;/p><p><b>　　管程傳熱系數(shù)計算</b></p><p>　　假設(shè)鹵水（低粘度流體）在光滑圓形直管內(nèi)作強制湍流</p><p>　　應(yīng)用迪特斯貝爾特關(guān)聯(lián)式 </p><p><b>　　湍流</b></p><p><b>　　∴此公式可應(yīng)用<

21、;/b></p><p>　　則 W/（m2·℃）</p><p><b>　　殼程傳熱系數(shù)計算</b></p><p>　　設(shè)：液膜為層流，使用麥克亞當(dāng)斯建議公式</p><p><b>　　=①</b></p><p><b>　　又有Q=

22、即②</b></p><p>　　①②聯(lián)立解出=2.02℃ =5049.40 W/（m2·℃）</p><p><b>　　殼程流型核算</b></p><p>　　冷凝液質(zhì)量流率 </p><p>　　則單位長度潤濕周邊上的凝液質(zhì)量流率為</p><p>

23、　　∴冷凝液膜為層流是正確的。</p><p>　　查得碳鋼管傳熱系數(shù)在60℃下為k=49.97 W/（m2·℃）</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　計算得 K計=1256.75W/（m2·℃）</p>

24、;<p><b>　　∴估算符合要求。</b></p><p>　　(七)第三臺換熱器進(jìn)出口溫度核算</p><p>　　說明：第三小組共需進(jìn)行三臺換熱器的核算，本設(shè)計負(fù)責(zé)對第三臺換熱器進(jìn)行核算。</p><p>　　由上一組計算結(jié)果得，第三臺換熱器鹵水的進(jìn)口溫度為60.0℃</p><p>　　設(shè)：出口溫

25、度為61.6℃</p><p>　　則鹵水的定性溫度?。?0+61.1）÷2=60.8℃</p><p>　　查60.8℃時鹵水的物性</p><p><b>　　計算</b></p><p><b>　　=℃</b></p><p>　　8.13 6.53

26、</p><p>　　S==37×3.14×0.038×6=26.49m2</p><p>　　由Q= Ws×Cp×Δt=KS,得</p><p>　　Q=39.92×3.39×103×(61.5-60.0)=K·26.49×7.35=202993.2J</p&

27、gt;<p>　　∴K=1049.73w/(m·℃)</p><p>　　由殼程傳熱系數(shù)計算公式 得</p><p><b>　　————————①</b></p><p>　　由牛頓冷卻定律計算公式 </p><p>　　得 ——————②</p>

28、<p>　?、佗诼?lián)立得 =4721.93 w/(m·℃)</p><p>　　由于管程流速不變，則由上面的計算可知管程傳熱系數(shù)為 </p><p><b>　　w/(m·℃)</b></p><p>　　則由總傳熱系數(shù)公式計算K計</p><p&g

29、t;<b>　　=</b></p><p>　　計算得 K計=1226.17 w/(m·℃)</p><p>　　管程壓降的核算方法與（五）相同，不再贅述。</p><p><b>　　∴</b></p><p>　　應(yīng)用K計核算出口溫度：</p><p><

30、b>　　設(shè)出口溫度為t’</b></p><p>　　8.13 68.13-t’</p><p>　　則Q= Ws×Cp×Δt=KSΔtm</p><p>　　解得 t’=61.7℃</p><p>　　∴第三臺換熱器的進(jìn)出口溫度分別是60.0,61.7℃</p><p&g

31、t;<b>　　第三臺換熱器參數(shù)表</b></p><p><b>　　確定預(yù)熱器附件</b></p><p>　　預(yù)熱器主要附件有：管板，流體進(jìn)出口接管，接管法蘭</p><p>　　流體進(jìn)出口接管的計算</p><p>　　查表得流體在管內(nèi)流動的適宜流速</p><p>

32、　　經(jīng)測算，鹵水流速取0.8m/s,飽和水蒸氣流速取30m/s</p><p><b>　　由公式，得</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　查表得，管程進(jìn)出口接管應(yīng)取外徑為140mm,壁厚為6mm的無縫鋼管</p><p>　　由熱量衡算Q= 得</p>

33、<p>　　解得 =0.39m3/s </p><p><b>　　則</b></p><p>　　查表得，殼程進(jìn)出口接管應(yīng)取外徑為351mm,壁厚為10mm的無縫鋼管</p><p>　　直徑400mm的換熱器管板壁厚經(jīng)查閱數(shù)據(jù)確定為30mm。</p><p>　　設(shè)計結(jié)果概要或設(shè)計一覽表</p

34、><p><b>　　設(shè)計評述</b></p><p><b>　　理論設(shè)計計算方面：</b></p><p>　　因參考了大量資料和文獻(xiàn)而使本設(shè)計具備了雄厚的理論基礎(chǔ)，且全過程遵循設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，因此設(shè)計成品大致符合要求，令人滿意。首先，本設(shè)計采用固定管板式換熱器，其具有造價低廉，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點；其次，本設(shè)計為單管程，在保證了管內(nèi)

35、易結(jié)垢流體能以較大的流速流動的條件下又避免了因管束分程而造成的流動阻力和溫差損失，且因沒有分程隔板，換熱器的實際換熱面積與理論換熱面積相近，增大了傳熱效率。</p><p>　　本設(shè)計規(guī)定鹵水走管程，飽和水蒸氣走殼程，符合一般流動路徑的選取原則。另外，用已經(jīng)利用過的二次蒸汽進(jìn)行待蒸發(fā)的鹵水的預(yù)熱工作，充分實現(xiàn)了能源的充分利用。</p><p>　　對設(shè)計估算部分進(jìn)行誤差分析：</p&

36、gt;<p>　?、旁谶M(jìn)行物料衡算時的誤差為對NaCl溶解度的運用，在計算飽和鹽水中的NaCl含量時，本設(shè)計直接采用了飽和鹽水體積×NaCl溶解度的方法，忽略了在飽和鹽水中除了NaCl外還有CaCl2、MgCl2等含有Cl-的離子化合物的存在會影響NaCl在飽和鹽水中的正常溶解度，因此實際在飽和鹽水中的NaCl含量要少于計算值，但由于大部分NaCl都在產(chǎn)品中析出，因此在計算飽和鹽水中的NaCl含量時可以采用粗估的

37、方法。</p><p>　?、扑辂u水物性上的誤差：因為鹵水組成并不固定，因此很難查到有關(guān)鹵水物性的數(shù)據(jù)，所以本設(shè)計所用的各溫度下的鹵水物性都是根據(jù)純水在相應(yīng)溫度下的物性數(shù)據(jù)按比例估算出來的，存在一定的誤差。</p><p>　?、俏酃笩嶙璧倪x擇：本設(shè)計的管程污垢熱阻選取的是鹽水的污垢熱阻，與鹵水的實際污垢熱阻存在一定的差別，而殼程的污垢熱阻因為使用的是飽和水蒸氣，所以本設(shè)計選擇了忽略殼程

38、熱阻，但實際上工業(yè)上的飽和水蒸汽不是完全結(jié)凈的，長期使用一定會有污垢產(chǎn)生，因此本設(shè)計對污垢熱阻的計算比實際的污垢熱阻要偏小。</p><p>　　⑷在對管壁溫度進(jìn)行計算的時候，用到，在此公式中的Q是由估測溫度計算得到，但實際上這里的Q應(yīng)該用最后迭代得到的Q’，準(zhǔn)確算法應(yīng)為在算得準(zhǔn)確的后，將Q’進(jìn)行迭代直到兩者相等為止。但因為實際計算的與估算的只差0.1℃，所以這里的誤差不會很大。</p><p

39、>　?、煽倐鳠崦娣e的計算問題，根據(jù)一些資料顯示，實際傳熱面積應(yīng)在計算的傳熱面積上留有一定的富余量，本設(shè)計在設(shè)計的過程中并沒有把富余量計算在內(nèi)，但本設(shè)計在計算實際管子長度的時候為14.39m，而為了串聯(lián)換熱器分割的需要，使用了18m長的換熱管進(jìn)行換熱，因此富余量已經(jīng)包括在內(nèi)了，并不會在換熱器的設(shè)計上產(chǎn)生較大的誤差。</p><p><b>　　經(jīng)濟(jì)性分析：</b></p>

40、<p><b>　　一年中經(jīng)費情況</b></p><p>　　由于上表中的費用花費大多無法查出，所以本設(shè)計不再做具體的計算。</p><p><b>　　主要符號說明</b></p><p><b>　　英文</b></p><p>　　b——平壁厚度，m；

41、 cp——定壓質(zhì)量熱容，J/(kg·℃)</p><p>　　di——管子內(nèi)徑，m； do——管子外徑，m；</p><p>　　D——換熱器外殼直徑，mm； k——熱導(dǎo)率，W/(m·℃)；</p><

42、;p>　　L——管長，m； m——質(zhì)量，kg；</p><p>　　P——壓力，KPa； P——凝液潤濕周邊長，m；</p><p>　　Q——傳熱速率，W； S——傳熱面積，m2；</p&

43、gt;<p>　　t——溫度，℃； ub——流速，m/s；</p><p>　　ws——質(zhì)量流率，kg/s； vs——體積流率，m3/s；</p><p>　　tm——當(dāng)量溫度，℃； dm——當(dāng)量直徑，m

44、；</p><p><b>　　希文</b></p><p>　　α——傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）； ?！獑挝婚L度潤濕周邊的凝液流率，kg/(m·s)</p><p>　　λ——汽化熱，J/kg； Δ——差量</p><p&g

45、t;　　μ——粘度，Pa·s； ρ——密度，kg/m3;</p><p><b>　　ο——管外</b></p><p><b>　　量綱為一數(shù)群</b></p><p><b>　　，努賽爾數(shù)；</b></p><

46、;p><b>　　，普朗特數(shù)；</b></p><p><b>　　，雷諾數(shù)；</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、柴誠敬，張國亮，《化工流體流動與傳熱》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.4；</p><p>　　2、潘國昌，郭慶