化工原理课程设计--水冷却25%甘油的设计.docx

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1、化工原理课程设计设计题目： 水冷却25%甘油的设计目录一.设计题目和设计条件3L设计题目:换热器的设计一一水冷却甘油32 .设计条件33 .设计任务4二.设计方案简介41 .选择换热器的类型42 .管程安排43 .流向的选择4三.流体物性的确定5L流体定性温度的确定52.定性温度下流体的物性5四.试算和初选换热器的规格51 .计算热负荷和冷却水流量52 .计算两流体的平均温度差63 .初选换热器规格64 .折流板7五.核算总传热系数71 .管程的给热系数72 .壳程的给热系数83 .污垢热阻94 .计算总传热系数K95 .传热面积裕度10六.压力损失的计算10L管程压力损失102.壳程压力损失

2、11七 .辅助设备的计算及选型111 .封头112 .接管113 .导流筒124 .放气孔、排气孔12八 .设计结果一览表12九 .对设计的评述13参考文献14附录:参考图纸一、设计题目和设计条件1、设计题目：用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计2、设计条件甘油处理量：14. 16kgs、进口温度：100、出口温度:40、压强降:101.3kPa冷却水进口温度：25、出口温度：35 ,压强降：VIOL 3kPa3、设计任务：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。绘制列管式换热器的装配图。编写课程设

3、计说明书。二、设计方案简介1、选择换热器的类型:两流体温的变化情况:热流体（甘油）进口温度100出口温度40;冷却流 体（水）进口温度25。C出口温度35,该换热器用循环冷却水冷水，冬季操作时, 其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之温 度之差较大，因此初步确定选定浮头式换热器。2、管程安排：从两物流的操作压力看，应使甘油走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环 冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下 降；又因为被冷却的流体走壳程，便于散热。所以从总体上综合考虑，应使冷却 循环水走管程，甘油走壳程。3、流向的选择：当冷、热流体的进出口温

4、度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而 传递同样的热流体，所需的传热面积较小。逆流操作时，冷却介质温升可选择得 较大因而冷却介质用量可以较小。显然，在一般情况下，逆流操作总是优于并流。 故选择逆流为流向。三、流体物性的确定1、流体定性温度的确定对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均 值。壳程25%甘油的定性温度为：T =立冬 J0 +4 =70。C22管程冷却水的定性温度为：t =正上=生士”= 30。C222、定性温度下流体的物性查知，在70。C下，甘油的比热容Cpy =2.66kJ（七K）,水的比热容C., =4.167kJ,gK）;在 30。C 下,水的比

5、热容 金? =4.174kJ（依K）即在70。C下，25%甘油的比热容CPl=CPla xO.25 + C/ 0.75 = 2.66 0.25 + 4.167 0.75 = 3.790kJ（ K）表1：定性温度下流体的物性3流体物性温度 密度 P kg / %3黏度Pa s比热容CPKJ/ (kg )热导率入W / (m2 )25%甘油7010480. 00072553. 7900. 5700水30995. 70. 00080124. 1740.6176四、工艺计算及主体设备设计计算及选型1、计算热负荷和冷却水量:热负荷 Q = qml cpl (7；-T2)=14j 16(373-313)=

6、3219 .984 kJ/s冷去如量 qm2=3219 984=. 144 Scp2(t2-tl) 4.174x(35-25)2、计算两流体的对数平均温度。(暂按单壳程、多管程进行计算。)逆流时，t1=T1-t2 =100-35 = 65oC; t2 =T2-t1=40-25 = 15oC对数平均温度为Atmzl1 -Az2 _ 65-15Inr2In-15= 100-40 =6；2 135 25p=0133查图表2 (由2得)得，温差修正系数为：=0.9:1壳侧单程、管侧2程的换热器温差修正系数，m,t-m=0.934.10 = 30.69oC3、初选换热器规格:设总传热系数KO = 405

7、 W(m2oc)则所需的传热面积为A。=3219.984x1()3 =259.06病 KONtm 405x30.69据此，由换热器系列标准(设换热器为浮头式)1中选定换热器，有关参 数见图表3。表3：换热器的相关参数1换热管长度L (mm)4500管数NT1006公称压强PN(MPa)2. 50公称壳径D (mm)1000管程数NP2管子排列方法正方形旋转45。管程流通面积(皿)0. 0890中心排管数924管子尺寸d (mm)019x2计算换热面积260.6则总传热面积为A = 260.6疗根据表6中换热器的相关参数可得实际传热面积:Ai = HTIdI = 10063.140.0194.5

8、 = 270.08m24、传热管的排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。则管间距：壳体直径中心排管数+1D _ 1000 nc+l 24 + 1=40(mm)5、折流板采用圆缺型折流板，去圆缺形折流板圆缺高度为壳体内径的25%, 则切去的圆缺高度为H=0. 251000=250mm选取折流挡板间距B = 180mm4 5折流板板数M = 2-1 = 1 = 24块，折流板圆缺水平装配B0.18五、核算总传热系数1、管程传热系数。，p =995.1 kg m3 = 0.8012 根 Pa s2 = 0.6171W(mK)水的质量流速：m2 =77.144

9、 kg I s每程管的流通面积：Ai=-dj = - 0.0152 些=0.08884 m24 Np 42水的体积流速：q =-=ZZ，纪=0.07748 m3% p 995.7水的流速：ui=-= 0,07748 = 0.8721 m/l Ai 0.08884则 Re,. = 5.7x0.015x0 8721 =仄267 .8810“（湍流） 0.8007 10-3= 5.42Pr _ Q2 4.174x103 4 0 8007 XIO-32 一 0.6176即有 ReOlO o. 7Pri120,则有: = 0.023-X 0.8 z X 0.4I I cp0.02316267.88 5.

10、42040.0154296.76W m2oC2、壳程传热系数。壳程：采用焊接法流体通过管间最大截面积为A=(D %dO)B= (1.0-240.019)0.18 = 0.09792 m2查3得,定性温度7 = 70C下，甘油的物性：4 =0.7255mPas20 = 0.570 W(mk)查3得,25%甘油的密度Zj流速：Y徵=前段位rF80ms正方形排列，管间距为Mmm时，管群的当量直径:deeO4 0.042-0.0192I 4r0.019=0.0883mRede*。0.0883x0.1380x10480.725510-3= 17600.1D -cplo _ 3.790 IO3 0.725

11、5 103il = = 4.oZ4 o0.570/014壳程中甘油被冷却丛 =0.95,由 2OOOReolO6,则有：(0144 = 0.362 Ref pr33 瓜de。I4J 57=0.36 XX17600.10 55 4.824033 X 0.950.0883= 802.60W(m2oc)3、污垢系数得:查2得管侧、壳侧的污垢热阻分别取 = 0.000352m2 oCW = 0.000172m2 /W查得，不锈钢管的热导率为：w =17.4W(moC)4、总传热系数K管壁热阻可忽略时，该换热器的总传热系数K计为K计=1一不+ 0.000172+ 0.000352 上 +802.6015

12、 4296.76x15=463. 26 W(m2 )5、传热面积裕度则计算所需传热面积为A十二Q 3219.984 103 zlo 2=226.48m2KAtm 463.26 x 30.69所以实际传热面积与计算面积比为：湍=Iw 在1. 151. 25之间。A=270. 08m2为实际传热面积A计裕度：H =4计 100% = 270.08-226.48 X1 QQ% = 19 25%A 计226.48即传热面积裕度合适，且裕度为H=19.25%,该换热器能够完成生产任务。6、壁温核算 36.3查8得，九二北/,区 at + ao_ 70x802.60 + 30x4296.76802.60

13、+ 4296.76查36. 3下水的黏度和甘油的黏度分别为: 0 - 0. 7053 103 Pa. sw- 1. 4 103 Pa. SZ 0.14 Z2、0.14对壳侧*7053Xla =UJ I 4o3 J/14所以计算壳侧Q时假定 =0. 95是正确的。壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=70oCo壳体壁温和传热 管壁温之差为=70-37. 5=32. 5o该温差较大，故需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力较大，因此，选 用浮头式换热器，是正确的。六、压力损失的计算1、管程的压力损失pt =3FtNsNp0.040.030.0250.02().1 0.09 0.08 0.070.060.050.0!0.0090.008IO30.0000055 4 3 2 11Ooo Oo O 0.00.O,也 O04002 ().0010.00080.00060.00020.00010.000050.000014 6 IO5 24 6 IO6 24 6 IO7 24 6 IO8雷诺效及图表4摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度 /d的关系1设不锈钢管管壁粗糙度= 0.15mm = 2d = 001di