化工原理课程设计--用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计.docx

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1、化工原理课程设计设计题目：用水冷却25%甘油的列管式换 热器的设计设目录第一章设计任务书4Ll设计题目4L 2设计条件41. 2. 1 甘油41.2.2冷却水4L 3设计任务：4第二章设计方案简介52. 1列管式换热器型式选择 52.2流体流通路径的选择52. 3流体流向选择5第三章工艺计算及主体设备设计计算及选型63.1设计条件确定63. 1. 1 甘油63. L 2 水63.2流体定性温度确定 63. 3流体在定性温度下的物性数据63. 4热负荷和冷却水流量的计算73. 5平均温度差的计算73.6初选换热器规格8第四章总传热系数的核算94.1 核算总传热系数K。94.1.1 计算管程对流传

2、热系数Q 294.1. 2壳程对流传热系数J94. 2污垢热阻计算104.3核算总传热系数K计 104.4壁温核算11第五章计算压强降125.1管程的压强降125. 2壳程的压强降12第六章辅助设备的计算及选型146.1 管箱146.2 封头146.3 旁路挡板146.4 折流板146.5 接管146.6 导流筒146.7 放气孔、排气孔 15第七章设计结果一览表16第八章 对设计的评述17参考文献18附录：换热器图纸第一章设计任务书Ll设计题目用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计1. 2设计条件1. 2. 1甘油处理量：学号后四位平均值*10kgh进口 温度：IoO120出口温度：4045

3、 压强降：101.3kPaL2.2冷却水进口温度：(2025范围选择)出口温度：(3O35范围选择)压强降：VIoI.3kPa1. 3设计任务：(1)根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满 足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板数目、形式等。(2)绘制列管式换热器的装配图。(3)编写课程设计说明书。第二章设计方案简介2.1列管式换热器型式选择考虑清洗和检修的方便，以及换热器对热应力的消除情况。因此，考虑选用 浮头式换热器。2. 2流体流通路径的选择在流体流通路径的选择中，易结垢的液体易走管程，便于清洗，而冷却水易 结垢；同时，水用于冷却25%甘油，冷却

4、水走管内有利于减少冷量流失，使冷却 效果有所提升。所以综合考虑冷却水走管内，25%甘油走壳程。2. 3流体流向选择在各种流动方式中，顺流和逆流可以看作是两个极端情况。在流体的进、出口温度相同的条件下以逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，其他各种流 动方式的平均温差均介于顺流、逆流之间。因此，在逆流操作时平均推动力大于 并流，因而传递同样的热流体，可减小所需的传热面，或者在传热面相同时逆流 可传递较多的热量。因此综合考虑，选择逆流为流体流向。第三章工艺计算及主体设备设计计算及选型3.1设计条件确定3. 1. 1甘油处理量：54395kgh进口 温度：Ti=IOO0C 出口温度：T2=40oC

5、3.1.2水进口温度：t=25C出口温度：t2=35C3. 2流体定性温度确定定性温度是指某种介质（冷介质或热介质）在求物性参数时使用的温度,如果介质粘度不大，取进出口温度的算术平均温度。因此:25%甘油的定性温度：T=W=70冷却水的定性温度：t=b爰=303. 3流体在定性温度下的物性数据冷却水的定性温度为30,可通过查1得水在该温度下的物性数据。通过 查可查得甘油的物性数据，其中25%甘油的比热容通过计算得到，计算方法 如下：水在 70下的比热容:Cpl=4.187kJ/ (kgoC )25%甘油在 70下的比热容：Cp2 =2.66 kJ/ (kgoC)根据C=CP2w+qn(l-w)

6、,其中CPI为水在70下的比热容，/为纯甘油的比热 容,w为溶液中甘油的质量分数，所以25%甘油的比热容为：C=Cp2 25%+Cpl 75% = 2.660.25+4.1870.75=3.805 kJ/ (kg )将水和25%甘油在其定性温度下的物性数据记录入表1:表1水和25%甘油在定性温度下的物性数据流体温度/p(kgm3) PasCpkJ (kgC) AW (mC)25%甘油7010480.725510-33.8050.570水30995.70.8007x10-34.1740.61763. 4热负荷和冷却水流量的计算热负荷计算：C C ,E 、543953.805103 (100-40

7、)八-CQ=qmiCp(T 72尸77Z=3449549.58W3600冷却水流量的计算：Qm2 =Q3449549.58X3600-T7 = =297517.45kghCp2(tl-t2)4.174103(35-25)&3. 5平均温度差的计算计算两流体的平均温差，暂按单壳程，偶管程计算。且已确定流体的流向为逆流，所以逆流时平均温度差为:_ CTl-t2) - CT2-tl)；CTl-t2)In(T2-tl)(10035) - (4025)1(100-35)In(40-25)1 =34.12。C而P=T2-T1 100-40 , R =6t2-t1 35-25t2-t135-25 CYC-2

8、-=0.13T1-t1 100-25图1 1壳程2管程对数平均温度差校正系数（P由图1得修正系数（P=O.95则 tm=t=0.9534.12=32.414oC3.6初选换热器规格查阅3根据传热系数经验值，初选Ko=39OW/ (m20C),故C Q 3449549.580S = = = 272.88m2KOAtm39032.414初选BES900-2.5-279-6/19-2型换热器，有关参数如下：表 2 BES900-2.5-279-6/19-2 型换热器参数壳径mm900管子规格mm 19x2公称压强/MPa2.50管长/m6计算传热面积/in?279.2管子总数800管程数2管子排列方

9、法正方形斜转45管程流通截面积m20.0707管子材料不锈钢中心排管数NC22第四章总传热系数的核算4.1核算总传热系数K04.1.1计算管程对流传热系数2管程流体体积流量:=0.08300 (m3s)口二9他2= 297517.45L p -995.73600管程流体速度:U2_ Vc _0.08300A 管 0.07 07= 1.174msR、什亚L C d2u2p 0.015l.174995.7 -一八八八石雷诺数：Re=；=21898.680.8007x10-3因为Re=21898.6810000所以管内流体流动是充分湍流的。年占口5业二M 4.1741030.8007103普朗特数：

10、Pr=+=5.410.6176所以管程流体对流传热系数为：2ai0.023RCa8p*=0.023x 理工21898.680氏5.41。40.015=5520.23W(m2-oC)4.1.2壳程对流传热系数换热器列管之中心距t=4 = 翳7=39.13mm,则取换热器列管中心距为 Nc+l 22+139mm,折流板间距取B=250mm,则流体通过管间最大截面积为：SmaJC=BD(I 0.250.9 (1-=0.115m2tu.ujy壳程流体的流速：Qpi54395U1 =-=0.125msSmaX 36000.1151048当量直径：de 二=0.083md1r0.0194(t2-?) 4(

11、0.0392-0.0192)小、升业L deu1p 0.0830.1251048雷诺数：吊上4C 二14986.91 0.7255x10-3占口rt卜出口 C G3.805100.725510 普朗特数：Pr=+=-=480.57因为壳程中25%甘油被冷却，取 ) Q4=0.95所以 =0.36 心)3) 55 号)3 (匕)0.14Q 57=0.36- (14986.91) 055 (4.84) v30.950.083 =786.54W(m2-oC)4. 2污垢热阻计算参考中工业上常用流体形成的污垢热阻的经验值，得管内、外侧污垢热 阻分别为：=0.00034m2-oCW (冷却水)=0.00

12、017m2-oCW (有机液体)内管材料热导率n=17.4W（mC）4. 3核算总传热系数K计换热管对数平均直径：d1-d2- dm- d1 -0.019-0.015,0.019In0.015=0.0169mK 计一、 R yI dl dISl dm s2d2 a2d21786.54+ 0,00017+00034x 贵+=448.28W(m2-oC)按此传热系数，计算所需要的传热面积:QK 计At TrI3449549.58448.2832.414=237.40m2A 279.2 Y , ,=1.176A 4, 237.40TT对壳程：（含）0.14/0.72551.50000.14=0.90

13、对管程：（J0.140.80070.722570.14= 1.01A在 1.15-1.25 之间，所以 Ko=39OW/ (m2C)符 A计合。4-477Q ? ?7 4裕度:H-j- 100%=:X100%= 17.61%A 计237.40传热裕度应在15%-25%之间，即传热面积裕度合适，且裕度为H=17.61%, 该换热器能够完成生产任务。4. 4壁温核算Tal+ 七/2 70 786.54+30 5520.23 tw 35 Ca1+2786.54+5520.23查5 35下水的黏度为：zw= 0.722510-3Pa.s查6 35 下甘油的黏度为：1.5000x10-3PaS所以计算管程、壳程时假定的仔产4=0.95值是正确的壳体壁温，可近似取壳体流体的平均温度，即T=7(C壳体壁温和传热管壁 温之差为加=70 - 35 =35。(：。该温度差不大，但是考虑清洗和检修方便，且换 热器壳程压力较大，因此，选用浮头式换热器较适宜。第五章计算压强降5.1管程的压强降设管壁粗糙度=0.15mm/答=0,01管程：Re=2189868 查图2得4 =0.0411 9 8 7 6