华东理工化工原理课程设计

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1、华东理工大学2010级化工原理课程设计温乐斐10103638复材101一．前言1.换热器的相关说明换热器（heatexchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。是进行热交换操作的通用工艺设备。被广泛应用于化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，根据使用目的可分为冷却器、加热器、冷凝器和汽化器；根据结构材料可分为金属材料换热器和非金属材料换

2、热器；尤其是根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。据统计,这类换热器占总用量的99%。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业

3、中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优-17-势。如何确定最佳的换热器,是换热器优化的问题。2．泵的评价与选用泵的性能参数主要有流量和扬程，此外还有轴功率、转速和必需汽蚀余量。流量是指单位时间内通过泵出口输出的液体量，一般采用体积流量；扬程是单位重量输送液体从泵入口至出口的能量增量，对于容积式泵，能量增量主要体现在压力能增加上，所以通常以压力增量代替扬程来表示。3.设计任务书的作用本设计书对指定有机物进行冷却，如何选择合适的换热器，如何合理安排操作管路以及如何选择合

4、适的离心泵作出详细的计算说明。二．设计任务一．工艺要求要求将温度为78℃的某液态有机物冷却至60℃，此有机物的流量为9.85kg/s。现拟用温度为t1=20℃的冷水进行冷却。要求换热器管壳两侧的压降皆不应超过0.1Mpa。已知有机物在69℃时的物性数据如下：-17-二．流程：管路布置如图（右方参考图），已知泵进口段管长L进=5米，泵出口段管长L出=15米，（均不考虑局部阻力损失）三．要求1.选用一个合适的换热器2.合理安排管路3.选用一台合适的离心泵三．计算结果明细表（1）管壳式换热器的规格公称

5、直径DN/mm公称压力PN/MPa管程数N管子根数N中心排管数管程流通面积/m2换热管长度L/mm管心距/mm换热面积/m2-17-325——288100.007830002515.2（1）离心泵的型号规格型号转速n/(r/min)流量扬程/m效率功率必需气蚀量（NPSH）r/m质量（泵/底座）/kgm3/hL/s轴功率电机功率IS65-50-1252900154.1721.8581.5432.050/41256.9420691.972.5308.3318.5682.223.0（3）计算数据结果

6、记录项目结果单位冷却剂出口温度36循环水定性温度28热负荷393.606kW冷却水质量流量5.894并流对数平均温差38.53逆流对数平均温差40.99估算换热面积14.77管程流动面积0.0078管内冷却水流速0.759管程给热系数3891.74摩擦系数0.0358管程压降8741.72Pa-17-壳程流动面积0.0264壳程有机物流速0.659当量直径0.0144m壳程给热系数1568.06壳程压降4903.46Pa核算传热系数757.18校核传热面积12.68冷却水流量29.736总局部阻

7、力系数18.65阻力损失4.57m压头（扬程）16.236m四．计算过程一．选择合适的换热器1.确定物性数据设计方案：冷却水：用温度t1=20℃的河水进行冷却，从Δtm>10℃及防止水中盐类析出为原则，选择出口温度为36℃。考虑到冬季使用时，其进口温度较低，换热器管壁温与壳体壁温之差较大；夏季时河水的温度变化也不是很大，因此选用管壳式换热器。从二种-17-流体的物性来看，由于冷却水较易结垢，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，所以从综合考虑，应使冷却水走管程，有机液态化合物

8、走壳程，并且保证冷却水的流速不宜过慢。入口温度为t1=20℃，出口温度为t2=36℃冷却水的定性温度为tm=（20+36）/2=28℃两流体的温差Tm-tm=69-28=41℃两流体在定性温度下的物性数据如下物性流体温度℃密度kg/m3粘度mPa·s比热容kJ/(kg·℃)导热系数W/(m·℃)有机物699970.62.220.16循环水28995.70.80124.1740.61712.计算热负荷和由热量衡算换热器的总的换热量:冷却水所需的流量：3.计算温差和估计传热系数并流时，Δt1=T1-