化工原理课程设计示例

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1、管壳工换热器工艺设计某生产过程的流程如图1所示。出反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却到60℃，之后，进入吸收塔吸收其中的可溶性组分。已知混合气体的流量为227801kg/h，压力为6.9MPa，循环冷却水的入口温度为29℃，出口温度为39℃，试设计一台卧式列管式换热器，完成该生产任务。已知混合气体及循环冷却水在定性温度下的物性数据，见下表定性温度密度黏度比热容热导率物性/℃/（kg/m3）)/（mPa.s)/[kJ/kg./[W/(m.流体℃)]℃)]混合气85900.0153.297

2、0.0279冷却水34994.30.7424.1740.624设备工艺设计计算如下两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进行设计。一，确定设计方案（1）选定换热器类型两流体的温度变化情况：热体（混合气体）入口温度为110℃，出口温度为60℃，冷流体（冷却水）入口温度为29℃，出口温度为39℃。两流体的的定性温度如下：混合气体的定性温度T11060/285Cm冷却水的定性温度t3929/234Cm两流体的温差Tt853451C（50C，70C）mm可选用带温度补偿的

3、固定管板式换热器，但考虑到该热器用循环冷却水冷却，冬季操作时冷却水进口温度会降低，因此壳体壁温和管壁壁温相差较大，为安全起见，故选用浮头式列管换热器。（2）选定流体流动空间及流速因循环冷却水较易结垢，为便于污垢清洗，故选取定冷却水走管程，混合气体走壳程。同时选用φ25mm×2.5mm的较高级冷拔碳钢管，管内流速ui二=1、.1确0m定/s物.性数据查化工原理附录，两流体在定性温度下的物性数据见表3-12定性温度密度黏度比热容热导率物性/℃/（kg/m3）)/（mPa.s)/[kJ/kg./[W/(m.流体℃)]℃)]混合气

4、85900.0153.2970.0279冷却水34994.30.7424.1740.624三、估算传热面积（1）计算热负荷（热流量或传热速率）按管间混合气体计算，即3QmCTT2278013.2971011060/360010431kW1p112（2）计算冷却用水量忽略热损失，则水的用量为3Q1043110m249.9kg/s899655kg/h23Ctt4.174103929p21（3）计算逆流平均温度差110396029逆流温差t48.27Cm,逆

5、ln11039/6029（4）初选总传热系数K查传热手册，参照总传热系数的大致范围，理考虑到壳程气体压力较高，故可选较大的传热系数，现假设K=370W/（m2.℃)（5）估算传热面积3Q10431102S'584mKt37048.27m,逆考虑15%的面积裕度2S1.15S'1.15584671.6m四、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速前已选定，管径为φ25mm×2.5mm，管内流速ui=1.10m/s（2）管程数和传热管数根据传热内径和流速确定单程传热管数nsV249.9/994.3n

6、727.7728(根）s220.785du0.7850.021.1ii按单管程计算所需换热管的长度LS671.6L11.75mnd7283.140.025so按单管程设计，传热管过长。根据本题实际情况，取传热管长l=6m，则该换热器的管程数为L11.75N2管程pl6传热管总根数N72821456根T（3）平均传热温差校正及壳程数首先计算P和R参数Pt2t139290.123T1T2110605RT1t111029t2t13929①查图或按公式获取ψ并

7、求取△tm单壳程双管程属于1-2折流，现用1-2折流的公式计算温差校正系数和传热平均温度差22R11P2P1RR1ln/ln（1）R11PR2P1RR212R1tt21tm22P1RR1ln（2）22P1RR1由上两式计算得225110.12320.1231551ln/ln0.9625110.123520.123155212513929t46.42Cm220.1231551ln22

8、0.1231551②巧用温差校正系数图当所计算的P、R参数的数值超出图3-12所给出的范围，或查取ψ相对困难时，须作如下变换：对于1-2折流，令R’=1/R，P‘=PR，则R=1/R’，P=P‘R’。将R、P以P‘、R’代入（1）式，得222P'R'11R'1R'11