化工原理课程设计马兴峰.ppt

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1、设计任务书将6000kg/h的植物油从140℃冷却到40℃，井水进、出口温度分别为20℃和40℃。要求换热器的管程和壳程压强降均不大于35kPa。实例工艺设计计算一、确定设计方案1．选择换热器的类型两流体的变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃；冷流体进口温度20℃，出口温度40℃。考虑冷热流体间温差49.7℃，初步确定选用浮头式换热器。2．流程安排与植物油相比，井水易于结垢，如果其流速太小，会加快污垢增长速度使换热器传热速率下降。植物油被冷却，走壳程便于散热。因此，冷却水走管程，植物油走壳程。二、确定物性数据对于粘度低的流体，其定性温度可取流体进出口温度

2、的平均值。所以，壳程流体的定性温度为：管程流体的定性温度为：定性温度下，管程流体(井水)、壳程流体（植物油）有关物性参数由《主要物性参数表》得出。2．物性参数1．定性温度主要物性参数表介质性质密度kg/m3比热kJ//(kg·℃)粘度Pa·s热导率W/(m·℃)植物油热流体9502.2610.742×10-30.172井水冷流体995.74.1740.801×10-30.618三、估算传热面积1.热流量2.平均传热温差先按照逆流计算，得3.传热面积由于壳程植物油的压力较高，故可选取较大的K值。假设K=395W/(m2·℃)则估算的传热面积为：考虑到外界因素的影响，根

3、据经验取实际传热面积为估算值的1.15倍，则实际传热面积为：4.井水用量四、工艺结构尺寸1.管径和管内流速选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=0.75m/s。2.管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数：按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用标准管设计，现取传热管长L=8m，则该换热器的管程数为：传热管总根数：n=20×2=40（根）按单程管计算，所需的传热管长度为：3.平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数：按单壳程，双管程结构，查图得：平均传热温差由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体

4、流量较大，故取单壳程合适。4.传热管排列和分程方法采用正三角形排列。取管心距t=1.25d0，则t=1.25×25=31.25≈32mm隔板中心到离其最近一排管中心距离：S=t/2+6=32/2+6=22mm各程相邻管的管心距为：22×2=44mm5.壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η=0.85，则壳体内径为：圆整可取D=325mm6.折流板采用弓形折流板,取弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为：H=0.25×325=81mm取折流板间距h=0.3D，则h=0.3×325=97.5mm故可取h=100mm折流板数目：8.接管壳程流体进出口接管

5、：取接管内流体流速为u1=2m/s，则接管内径为管程流体进出口接管：取接管内液体流速u2=2.5m/s，则接管内径为五、换热器核算1.热量衡算（1）壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用凯恩公式计算：当量直径：壳程流通截面积：A壳程流体流速：雷诺数：普兰特准数：粘度校正：（2）管程对流传热系数管程流体流通截面积：管程流体流速：雷诺数：普兰特准数：Ai（3）污垢热阻管内侧污垢热阻：管外侧污垢热阻：（4）传热系数（5）传热面积裕度计算传热面积为：换热器的实际传热面积为：换热器的面积裕度为：传热面积裕度合适（20%左右），该换热器能够完成生产任务。2.换热器内流体的流动阻

6、力（1）管程流体阻力由Re=17943，传热管相对粗糙度为0.1/20=0.005，查莫狄图，得λ=0.027W/(m·K)，流速u=0.75m/s，ρ=995.71kg/m3，所以管程流体阻力在允许范围之内。（2）壳程阻力流体流经管束的阻力：壳程流通面积：h=0.1m,D=0.325m壳程流体阻力在允许范围之内。设计结果汇总表布管图