1、1化工流体传热课程设计 班级： 化学工程与工艺 5 班学号： 3009207136姓名: 吴 尧 2目录一：设计背景3二：设计目的及意义.3三：设计内容1. 确定流体的流径42. 由物料衡算确定卤水流量4-53. 假设 K 值计算传热面积.5-84. 确定换热器的台数及工艺结构尺寸85. 核算第一台换热器的总传热系数8-116. 核算压降127. 确定预热器附件12-138. 设计结果一览表149. 设计评述14-1510.主要符号及说明1511.参考文献163一、设计背景随着现代工业的飞速发展，能源问题愈发严重，人们更多的关心如何能有效地利用有限的资源。而盐作为我们生活中必不可缺的物质，也面
2、临着比较严重的能源问题。所以，我们应该想方设法的更加有效的使用以减少盐的消耗量，使子孙后代能有更多的资源可利用。我国虽然是能源大国，地大物博，但那也是能源总量，而人均能源量则是少得可怜。而在盐的问题上则显得比较明显，部分省市缺盐情况十分的严重。由此可见，我国的能源问题还是值得重视的。而制盐过程的能源消耗比较大，成本比较高，所以我们应该更多的考虑能耗问题，以减小制盐过程的成本，而达到以最小的成本获得最大的收益，响应“节能减排”的号召，使制盐过程更加的节能，更加的科学有效。二、设计目的及意义企业，都是以盈利为根本目的。为了能获取更大的利润，就要使其生产过程所耗的成本最小化。企业要想提高经济效益和社
3、会效益，就必须尽其一切可能的减少能源的消耗，而使生产过程更加的科学有效。而在当今物质匮乏的年代，节能减排已经不知不觉的成为了一种强有力的号召，这种号召已经深入人心。作为耗能较大的企业，必须以身作则，响应这历史的号召。制盐企业，要响应节能减排的号召，提高其社会竞争力。就必须提高其制盐装置的科学有效性，必须提高生产过程中的能源利用率。而蒸汽消耗是制盐过程的主要能源消耗，所以，制盐行业应该考虑如何提高蒸汽的使用效率，降低单位产品的能耗等问题。经过分析，发现在制盐系统中设置卤水分效预热器系统，可以有效地提高制盐过程中二次蒸气的利用率，实现能源的节约。利用二次蒸汽预热卤水，热能前移，减轻末效蒸发强度，同
4、时，提高进入蒸发结晶器的卤水温度，减少热损失。在四效真空蒸发工艺制盐中设置 3 个二次蒸汽预热，逐效的提高进入蒸发罐的卤水温度，减少温差引起的热损失，以提高蒸发系统的热效率。同时选用管壳式换热器做预热器，因为其结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗、更换，而且造价低，并且将管程设计成单管程，可以降低管程压降，便于清洗。4三、设计内容1.确定流体的流径该设计任务的热流体为饱和蒸汽，冷流体为卤水，卤水为不洁净流体，且其中含有钙离子和硫酸根，易形成微溶于水的硫酸钙而结垢，为便于清洗，选择走管程，饱和蒸汽走壳程，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，一般不需要清洗。2.由物料衡算确定卤水流量60 万吨固相
5、 NaCl 体积为1=6010410322003 =272727.33由于盐浆能顺畅流动时的固相体积分率为 0.6则盐浆中液相体积为2=10.60.4=181818.2m3设液相为饱和 NaCl 溶液因为 NaCl 的溶解度随温度的变化而改变不大，取 20 为盐浆温度，该温度下 NaCl 溶解度为 36.0g，溶液的密度 =1.123则液相质量为1=181818.21.12103kg=203636384kg液相中 NaCl 质量为2=203636384136 36=5.39107则精制卤水中 NaCl 质量为 (60+5.39)107=65.39107卤水流量总 = 65.39107293.7
6、6300243600=0.0859335.0 下，卤水的质量流量为5总 =11800.085=101.362kg s进入第三效的预热器的卤水体积流量为=78%总 =0.085978%=0.0673质量流量为=78%总 =101.36278%=79.063.假设 K 计算传热面积（1）基本物性数据的查取卤水的定性温度为55+612 =58以水的变化规律推算卤水物性参数随温度的变化，得卤水在定性温度下物性数据为密度 /(3) 比热容 / 热导 率 / 黏度 /1168 3.39 0.6 1.5设计蒸气在降温过程中由饱和气体变为同温度下饱和液体由教材附录九查得 30kPa 时饱和水蒸汽对应温度 66
7、.5 ，由于壳程压降存在，根据经验，蒸气进入预热器时，降低 1 ，变为 65.5 。 由物性手册查得，饱和蒸汽在 65.5 下物性数据为密度 /(3) 汽化 热 / 热导 率 / 黏度 /0.18151 2415.13 0.02216 0.106（2）热负荷的计算=(21)=79.063.39103(6155)=1.608106（3）计算平均温度差 由单壳程、单管程考虑蒸气 65.5 65.5 卤水 61 55 _6t 4.5 10.5=21ln21=10.54.5ln10.54.5=7.08选 =900(2)则换热面积为= =1.6081069007.08=252.352设 =0.64管子数
8、= 42= 0.0673.144 0.03220.64=130.23管长= 0= 252.35130.233.140.038=16.27取 =18=135根则换热器面积为=1353.140.03818=290.02传热系数为= =1.6081062907.08=783(2)（4）核算总传热系数.管程对流传热系数 hi= 42= 0.0671353.144 0.0322=0.627R= =0.03211680.621.5103 =14176=3.391031.51030.6 =8.48=0.023R0.80.4=0.0230.60.032141760.88.480.4=2124.9(2)壳程冷凝
9、传热系数 假设管外壁温度为 65.1则定性温度为+2 =65.5 +65.12 =65.3由教材附录六查得 65.3 时水的物性数据为密度 /(3) 热导 率 / 黏度 /980.5 0.66 0.44由物性手册查得 65.5 时饱和蒸汽的物性数据为 =2415.13=0.181513= ()= 1.608106292.0(65.565.1)=13762.4 (2)冷凝液的质量流率为=1.6081062415.13103=0.6658单位长度润湿周边上的凝液质量流率为= 0.66583.140.038=5.58 ()R=4= 45.580.44103=507271800（湍流）传热系数计算得=
10、0.0076()2 13R0.48=0.00760.66102980.5(980.50.18151)9.81(0.44103)2 13507270.4=13963 (2)污垢热阻及管壁导热系数参考附录二十，管外侧污垢热阻为 设管内侧热阻为=0.8598104 (2)=2.2527104 (2)参考附录十二，碳钢的热导率为 50.09 ()总传热系数 K = 11+ = 1113963+0.8598104+2.25271040.0380.032+0.0030.03850.090.035+ 0.0382124.90.032=970(2)计 选 =970783=1.24故所设计的换热器是合适的。4.
11、确定预热器的台数及工艺结构尺寸将第三效预热器设计成相同的三台换热器，管子数为 135 根，管长 6m由教材表 6-4 知，管中心距为 t=0.048m 管子按正三角形排列 =1.1 =1.5则壳径 =(1)+2=0.048（ 1.11351） +21.50.038=0.680取 =800换热器的主要参数如下：外壳直径，mm 800 管子数，根 135管长，mm 6000 管子尺寸 38mm3mm9管程数 1 管子排列方式 管中心距，mm 48 管程流通面积，m2 0.1095.核算第一台换热器的总传热系数选择 K 值对于第一台换热器，设 =850 (2)换热面积= (0.1)=1353.140
12、.038(60.1)=95.02设出口温度为 2蒸气 65.5 65.5 卤水 552 _t 10.565.52=21ln21= 255ln 10.565.52 10由 得=(21)85095.0 255ln 10.565.52 =79.063.39103(255)解得 2=57.73平均温度差为= 57.7355ln 10.565.557.73 =9.07传热速率为=(21)=79.063.39103(57.7355)=731.68103传热系数为= =731.68103959.11=849(2)管内对流传热系数 定性温度为57.73 +552 =56.37卤水在定性温度下物性数据为密度 /(3) 比热容 / 热导 率 / 黏度 /1169.4 3.39 0.6 1.57管内流速 =0.62R= =0.0321169.40.621.57103 =14777.6=3.391031.571030.6 =8.87=0.023R0.80.4=0.0230.60.03214777.60.88.870.4=2237(2)
