换热器-课程设计本科学位论文.doc

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1、成绩化工原理课程设计设计说明书设计题目：换热器课程设计13化工原理课程设计任务书一、设计任务及操作条件某生产过程中，需用循环冷却水将有机料液从102℃冷却至40℃。已知有机料液的流量为（2.5－0.01×20）×104=23000kg/h，循环冷却水入口温度为30℃，出口温度为40℃，并要求管程压降与壳程压降均不大于60kPa，试设计一台列管换热器，完成该生产任务。已知:定性温度下流体物性数据物性流体密度kg/m3粘度Pa·s比热容CPkJ/（kg·℃）导热系数W/（m·℃）有机化合液9860.54*10-34.190.662水9940.728*10-34.1740.6

2、26注：若采用错流或折流流程，其平均传热温度差校正系数应大于0.8二、确定设计方案1.选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度102℃，出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温40℃，管程压降与壳程压降均不大于60kPa，壳程压降不高，因此初步确定选用固定板式换热器。2.管程安排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，所以从总体考虑，应使循环水走管程，有机化合液走壳程。三、确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低粘度立体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程的有机化合液的定性温度为T管程流体的定性温度为1

3、3t=根据定性温度分别查取壳程流体和管程流体的有关物性数据。有机化合液的有关物性数据如下：密度粘度0.54*10-3Pa·s比热容=4.19kJ/（kg·℃）导热系数λ=0.662W/（m·℃）循环水的有关物性数据如下：密度粘度0.728*10-3Pa·s比热容=4.174kJ/（kg·℃）导热系数λ=0.626W/（m·℃）四、估算传热面积1、热流量Q==23000*4.19*（102-40）=5974940kJ/h=1659.7kw2、平均传热温差先按照纯逆流计算，得3、传热面积由于有机化合液的粘度为0.54*10-3Pa·s，假定总传热系数K=300W/（.℃），

4、则传热面积为13=194.124、冷却水用水量=39.76kg/s=143146kg/h五、工艺结构尺寸1、管径和管内流速选用Φ25*20较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速=1.5m/s。2、管程数和传热管数可依靠传热管内径和流速确定单程传热管数=85按单程管计算，所需的传热管长度为=29m按单程管设计，宜采用多管程结构。现取传热管长l=7m，则该换热器的管程数为传热管总根数Nt=3403、传热温差校平均正及壳程数平均温差校正系数：按单壳程，双壳程结构，查得温差修正系数得13平均传热温差由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。4、传热

5、管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。取管心距t=1.25，则t=1.25*25=31.35=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44mm。管数的分程方法，每程各有传热管85根。5、壳体内径采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率=0.75，则壳体内径为：D=按卷制壳体的进级档，可取D=800mm筒体直径校核计算：壳体的内径应等于或大于管板的直径，所以管板直径的计算可以决定壳体的内径，其表达式为：=t（-1）+2e因为管子安正三角形排列：=取e=1.2*20

6、=24mm所以=32*（20-1）+2*34=676mm按壳体直径标准系列尺寸进行圆整：=800mm6、折流挡板采用圆缺形折流挡板，去折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25*800=20013取折流板间距B=0.3D，则B=0.3*800=240mm，可取B为240mm。折流板数目N=传热管长/折流板间距-1=7000/240-1=277、其他附件拉杆数量与直径选取，本换热器壳体内径为800mm，故其拉杆直径为12mm最少拉杆数8。8、接管壳程流体进出口接管：取接管内液体流速为u=0.2m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为210mm管程流体进

7、出口接管：取接管内液体流体u=1m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为230mm六、换热器核算1、热流量核算（1）壳程表面传热系数用克恩法计算当量直径壳程流通截面积：壳程立体流速及其雷诺数分别为13普朗特数粘度校正（2）管内表面传热系数：管程流体流通截面积：管程流体流速：雷诺数：普朗特数：（3）污垢热阻和管壁热阻：管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻管壁热按查得碳钢在该条件下的热导率为50w/(m·K)。所以（4）传热系数有：13（5）传热面积裕度：计算传热面积Ac：该换热器的实际传热面积为：该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成