化工设计课件 第六章第七章 热交换器的设计和选型

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 流体输送机械泵的选择,一.简介,1.泵的分类：,往复式柱塞泵,正位移,旋转式齿轮泵,离心式离心泵,动能型,流体动力作用式酸蛋,m,3,/h 530000 1 600 1 600,间歇,m,10 600,多级,3,600kg/cm,2,3 600kg/cm,2,压力不宜高,70%80%6090%15 20%,简单价廉 较复杂 较简单 简单,操作维护方便 易故障 较方便 间歇较麻烦,二.选择泵的原那么,1.选择泵的根本参数：,流量 考虑上限,扬程,泵的有效气蚀余量,功率和效率,2,.,泵的选型要点：,1生产方式间歇或连续,2介质特性(粘度、腐蚀性、含固率,3现场条件动力提供：电、蒸汽、压缩空气,4工艺要求温度、压力,3,.,泵的选择方法和步骤：,1列出根底数据介质特性、操作条件、安装,位置等。,2确定流量和扬程。,3选择泵型及泵的具体型号。,4核算泵的性能。,5确定泵的几何安装高度。,6确定泵的备用率和台数。,7填写泵的规格表，作为泵的订货依据和汇总归档资料。,三,.,流体输送过程中的计算,1.,管路中的阻力计算,管路中的阻力损失包括摩擦阻力和局部阻力二部分。,g,d,l,P,e,2,2,r,w,x,l,+,=,D,g,d,l,h,e,2,2,0,w,x,l,+,=,(Re),f,=,l,),(,e,l,f,=,x,局部阻力的计算：,Service,Hyam reactor feed pump,Item,P6705 A/B,Project,Z444,P&I diagram,6701,Type,Centrifugal,No.required,2,Liquid,Inorganic process liquid,Liquid suction condition,Pd,Ps,Hst.s,Hs,Hf.s,Hd,Hf.d,Hst.d,Product flow normal m3/h 69.5,Product flow max m3/h 77,Density kg/m3 1219,Viscosity mPa.s 1.07,Temperature 60,Boiling temp.(at atm pressure)110,Boiling temp.(at suction head Hs)111,Flash point ,Crystallisation -5,Contaminated with%,Mix with water allowed(for mech.seal)yes,discharge pressure P,d,discharge static head H,st.d,27 m.L.C*,P across equipment on disch,P across disch.Line and valve(s)H,t.d,P across rotameter in disch,dynamic losses in disch.Line 6 m.L.C*,P across control valve in disch.Line 83%dyn.losses +5,total discharge head H,d,259.7 *,suction presure Ps 101 kPa =8.4,suction static head H,st.s,+0.5 *,8.9,P across suction line and valve(s)H,f.s,-0.2 *,-8.7,251 *,vapour pressure P,vap,16.3 kpa,N.P.S.H avail.Hs Pvap =8.7 -1.4 =7.3 m.L.C*,*To be checked by contractor when lay-out is final,四 固体搬运及粉碎设备,1 起重设备,吊钩、手动葫芦、电动葫芦、电动单梁起重机,技术指标：跨度、最大起重量、运行速度、自重,2 仓储设备,叉式装卸车、手动液压装卸车、圆筒搬运车、联合堆包机、液压升降机,技术指标：起重重量、升起高度、行走速度,3运输设备,移动皮带输送机、斗式输送机、螺旋输送机、,4给料设备,电磁震动给料机、振动料斗,技术指标：料斗尺寸、激振电机型号与功率、激振力,5破碎设备,粗碎颚式破碎机、环锤式破碎机,技术指标：进料粒度目、出料粒度目、处理量kg/h,第七章.热交换器的设计和选型,一.简介,1.分类：,间壁式换热器,管壳式、紧凑式,混合式换热器,蓄热式换热器,2.类 型,管壳式：,套管式换热器,蛇管式盘管式换热器：沉浸式、喷淋式,列管式：固定管板刚性结构、带膨胀节、浮头式,填料函、釜式、U型管式,紧凑式：,螺旋板式换热器,板式换热器,板翅式,伞板式,三.管壳式换热器的设计和选择,列管式换热器简介,1固定管板式,2浮头式,3填料函式,4U形管式,传热面,m,2,/m,3,结构可靠性,传热面的调整,热补偿,清洗方便,维修方便,用脆性材料,固定管板式,40164,X,X,X,X,U,型管式,30130,X,X,浮头式,35150,X,板式,2501500,X,螺旋板,100,X,X,X,板翅式,2504370,X,X,X,X,套管,20,沉浸盘管,15,X,喷淋式,16,2.换热器选型应考虑的因素,1加热或冷却介质物性。,2工艺所需温差、操作温度、压力。,3价格。,4要求到达交换的热负荷量。,5对清洗、维修的要求,6设备结构材料、尺寸和空间的限制。,3.流体流动通道的选择,1不洁净和易结垢的流体宜走管程。,2有腐蚀性的流体应走管程。,3压强高的流体应走管程。,4饱和蒸汽宜做壳程。,5被冷却的流体易走壳程。,6流量小粘度大的流体一般走壳程为宜。,4.,流速的选择,管壳式换热器内常用流速范围,流,速,m/s,流体种类,管,程,壳,程,一般流体,工艺物料,0.5,3,0.2,1.5,水,1.5,2.5,易结垢液体,1,0.5,气体,5,30,3,15,5.加热剂和冷却剂的选用,1常用的加热剂：,饱和水蒸气,烟道气,2常用的冷却剂：,水,空气冷风,冷冻剂,6.确定设计方案的原那么,1满足工艺和操作要求。,2保证生产平安。,3考虑综合利用。,4满足经济上的要求。,7管壳式换热器设计考虑的因素,1满足换热根本要求,2终端温差,3流速,4压降,5传热总系数,6污垢系数,7结构标准,8,.,工艺设计计算过程,（,1,）,热负荷,Q,的计算。,（,2,）,热平衡计算，求,G,，确定冷却剂或加热剂,的量。,（,3,）,确定,m,T,D,，（先设为单程）,（,4,）,假设传热系数,K,，求传热面积,A,。,（,5,）,选型（查手册）或设计，确定管径、管数、,管长、壳径、排管、折流板、板间距等和其,他结构。,（,6,）,核算,K,，,A,。,（,7,）,流体力学计算,P,D,。,（,8,）,经济评价,例 某精馏塔浓缩甲醛水溶液，操作压力0.4MPa绝，第一股进料F1=10500kg/h，甲醛浓度为28%，第二股进料F2=9500kg/h，甲醛浓度为8.0wt%，塔顶流出液浓度为37wt%，釜液浓度为0.2wt%，釜液采出量W1为10050kg/h，温度为140，为了回收釜液的热量，用釜液预热温度为30 ，浓度为8%的原料液。试选用一适当型号的换热器。,F1=10500kg/h,X1=28%,t1=30,F2=9500kg/h,X2=8%t2,W1=10050kg/h T1=140,T2,解,1热负荷计算,设釜液终温,T,2,=90，,釜夜含甲醛0.2%，因此物性可用水代之。,T,m,=(T,1,+T,2,)/2=(90+140)/2=115,在平均温度,T,m,下水的比热,Cp=4.24kJ/kg.,Q=W,1,Cp(T,1,-T,2,)=100504.24(140-90)10,3,/3600,=5.92 10,5,W,2,平均推动力计算：,设原料,F,2,终温为87,t,m,=(87+30)/2=58.5,在,t,m,温度下,甲醛,C,p1,=0.783KJ/kg.,水,C,p2,=4.18kJ/kg.,Cpm=C,p1,.x,1,+C,p2,.x,2,=0.08 0.783+4.18 0.92,=3.91kJ/kg.,t2=t1+W1.Cp1(T1-T2)/(F2.Cpm),=30+100504.18(140-90)/(9500 3.91),=86.5,与假设根本符合，t2=86.5,逆流平均推动力,tm=(140-86.5)+(90-30)/2=56.8,R=(T1-T2)/(t2-t1)=(140-90)/(86.5-30)=0.88,P=(t2-t1)/(T1-t1)=(86.5-30)/(140-30)=0.51,温差修正系数=0.825,tm=0.825 56.8=46.8,3初选换热器,设K=700W/m2.K,A=Q/K tm=5.92 105/(700 46.8)=18.1m2,初选G-400-20-25-4型换热器，管长3m，管径 25 2，管子数N=86，折流板间距150，管层数Np=4,4校核传热系数,1原料流量较小走管层，核算管层给热系数 tm=(86.5+30)/2=58,F2的平均物性 Cp=3.91kJ/kg.=0.428cp,=2.244kJ/(m.h.),管层流动面积A=/4d2N/Np=0.7850.0212 86/4=0.00744m2,Re=dG/=0.021 9500 103/(0.00744 0.428 3600)=1.74 104,Pr=Cp./=3.6 3.91 0.428/2.244=2.68,i=0.023/d.Re0.8Pr0.4=2622W/(m2.),(2)壳层。核算,平均温度115 时物性,=947kg/m3 Pr=1.54 =0.243cp =68.5 10-2w/(m.k),管子正三角排列，管间距t=32mm，25%圆缺型挡板,d,e,=0.02m,流通面积,A=BD(1-d,0,/t)=0.150.4(1-25/32),=0.0131m,2,以外外表积计算传热系数，选取垢层系数为Ri 和R0 均为2 10-4m2./w,A,计,=,Q/(k.,t,m,)=5.92105/(935 46.5),=14m,2,A/A,计,=20/14=1.4,本章思考题,1管壳式换热器的设计计算中要考虑选择哪几种参数？如何选择？,2试述换热器的工艺计算过程即设计步骤,