化工原理换热器课程设计原创.pdf
化工原理换热器课程设计设计题目：换热器设计目录任务书-第 3 页课程设计-第 4 页1 确定设计方案-第 4 页2 确定物性数据-第 4 页3 估算传热面积-第 4 页4 工艺结构尺寸-第 5 页4.1 管径和管内流速-第 5 页4.2管程数和传热管数-第5页4.3传热管排列和分程方法-第6页4.4壳体内径-第6页4.5折流板-第6页4.6接管-第6页5换热器核算-第6页5.1热流量核算-第6页5.2换热器内流体流动阻力-第8页参考文献-第10页附录 1 换热器管板尺寸图-图 1附录 2 换热器主要结构尺寸图-图 2附录 3 隔板及列管排列尺寸图-图 32任务书1.设计题目计算并选择标准列管式换热器，用于冷却精馏塔的釜残液，流量G=6.0kg/s,温度T1H102.5，冷却到T1K 30.釜残液为腐蚀性的有机液体。在平均温度Tm0.5T1HT1K 66时具有下列物性：1=986kg/m3，1=0.662W/(m K)，1=0.00054Pas，Cp1=4190J/(kgK)，1=0.00048K-1，用水冷却：水温由t2H 20到t2K 40.2.设计内容和要求（1）确定设计方案（2）确定换热结构和尺寸（3）核算换热器的传热能力及流体阻力（4）确定换热器的工艺结构（5）设计时间：两周 3.设计成果（1）设计说明书一份（要求：封面、目录、任务书、正文、参考文献、附录）（2）换热器管板尺寸图（3）换热器主要结构尺寸图3课程设计1.确定设计方案1.1 选择换热器的类型：两流体温度变化情况：热流体进口温度 102.5，出口温度 30；冷流体进口温度 20，出口温度 39，该换热器用循环冷却水冷却，初步选定用固定管板式换热器。1.2 流程安排：因为有机液体具有腐蚀性，根据化工原理的一般设计，应走管程，冷却水应走壳程。由给出的温度考虑，两液体应该是逆流设计。2.确定物性数据定性温度：对于有机液体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故管程有机液体的定性温度为：102.5+30T 66.252壳程流体的定性温度为：20+40t 302有机液体在 66.25的有关物性数据2如下：密度：1=986kg/m3定压热容比：Cp1=4190J/(kgK)热导率：1=0.662W/(mK)粘度：1=0.00054Pas冷却水在 30的有关物性数据2如下：密度：i 995.7kg/m3定压热容比：CP0 4.174KJ/(Kg K)热导率：i=0.6176W/(mK)粘度：i=0.0008007Pas3.估算传热面积热流量Q1 m1cp1t1 64190102.530kg/s 1822650kg/s平均传热温差tmt1t2102.5403020 28.65t1102.540InIn3020t2温差校正及壳程选择4102.5-30=3.62540-2040-20P=0.276102.5-30R=如若采用单壳程，查表有t必小于 0.8，所以采用双壳程的设计查表得t为 0.97，用两个相同结构的换热器相互串联。所以tm=0.95*28.65=27.79（参考匡国柱，史启才主编。化工单元过程及设备课程设计）冷却水用量m Q11822650 21.83kg/sCPiti4174202W/m K传热面积:取 K 值为 580AP总Q11822650113.08m2Ktm58027.79由于是两个换热器串联，每个换热器的传热面积为：1APAP总 56.54m224.工艺结构尺寸 4.1 管径和管内流速选用252.5较高级冷拔传热管（不锈钢）u=0.66m/s4.2.管程数和传热管数V6/986ns 29.36 30220.7850.02 0.66diu4L AP56.54 24.008d0ns3.140.02530在这里由于管程长度太长，采用4 管程取 l=6m则传热总管数NT 304 120(根）4.3 传热管排列和分成方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列取管心距t=1.25d01.2525 31.25 32mm隔板重心到离其最近一排管中心距离为5t326 6 22mm22各程相邻管的管心距为 44mm4.4 壳体内径S NTC1.1 120 12.05取管板利用率为 0.65D 1.05t NT/1.0532 120/0.65 456.5mm按国标取 D 取 500mm4.5 折流板采用弓形折流板，取弓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 0.25500 125mm取折流板间距 B=0.8D,则 B=0.8*500=400mm折流板数NBNB传热管长61114折流板间距0.44.6 接管壳程流体进出口接管：取接管内液体流速为 u=10m/s,则接管内径为D1=4V421.83/995.7 0.118m取 0.15mu13.142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D246/986 0.056m取 0.05m3.142.55 换热器核算5.1 热流量核算（1）壳程表面传热系数用克恩法计算，有10.551/30 0.36Re0Prdew当量直径0.1432240.032 0.7850.0252 0.020mde3.140.025壳程流通截面积6S BD1d0t 0.40.50.025010.032 0.0438壳程流体流速及其雷诺数分别为u21.8/995.700.0438 0.5m/sRe 0.02995.70.500.000812466.25普朗特数Pr 4.1740.00080.6176 5.4粘度校正0.14=1w0.1410.551/30 0.36dRe0Pr 0.360.61760.0212466.250.555.41/3ew=3486（2）管内表面传热系数ii 0.023dRe0.8Pr0.3i管程流体流通截面积S120i 0.7850.0224 0.00942管程流体流速u6/986i0.00942 0.646m/sRe 0.6469860.020.00054 23590.5普朗特数Pr 4.190.540.662 3.4180.3i0.80.30.6620.8i 0.023dRePr 0.02323590.53.418i0.023466.7W/m2K（3）污垢热阻和管壁热阻37管外侧污垢热阻R0 0.00056m2k/w(未处理的凉水塔用水)管内侧污垢热阻Ri 0.00017m2k/w(有机液体)管壁热阻为Rw（4）传热系数KCKc 1d0Rid0RWd01 R0idididm00.0025 0.00005m2k/w500.0250.0250.02510.000170.000050.000563466.70.0200.0200.022534862 677.7W/m KKc1（5）传热面积裕度计算传热面积ACQ11822650 96.78m2KCtm677.727.79该换热器的实际传热面积AP 2d0lNT 23.140.0256120 113.04m2该换热器的面积裕度为H AP AC113.0496.7816.80%AC96.78传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。5.2 换热器内流体的流动阻力（1）管程流体阻力pt(pipr)NSNPFSNS 2,NP 4lu2Piidi2由 Re=23590.5，传热管相对粗糙度u=0.646m/s,=986kg/m3,所以0.2 0.01，查莫狄图得i=0.041.流速20869860.6462 2530.57paPi=0.0410.0229860.6462 3 617.21papr=pr22u2pt(2530.57 617.21)241.5 37773.36 pa（2）壳程阻力ps(p0pi)FSNSNs 2流体流经管束的阻力F 0.5f0 512466.250.228 0.582NTC12.05NB14,u0 0.5m/s995.60.52p0 0.50.58212.05152 6545.85pa流体流过折流板缺口的阻力22Bu0pi NB(3.5),B 0.40m,D 0.50mD2220.4 995.60.5pi14(3.5)3310.37pa0.52总阻力ps(6545.85 3310.37)21.15 22669.306 pa符合设计要求（3）换热器主要结构尺寸和计算结果表参数管程流率/(kg/h)21600进/出温度/102.5/30压力/pa定性温度/66密度/(kg/m3)986定压热容比/(kj/(kg*K)4.19粘度/(pa*s)0.00054热导率/w/(m*k)0.662壳程7860020/4030995.74.1740.00080070.61769普朗特数形式壳体内径/mm管径/mm管长/mm管数目/根传热面积/m2管程数主要计算结果流速/(m/s)表面传热系数/w/(m2*k)污垢热阻/(m2*k/w)阻力/pa热流量/kw传热温差/k传热系数/w/(m2*k)裕度/%3.418管板式50025*2.5600012056.544管程0.6463466.70.0001737773.45.4台数2壳程数2管心距/mm32管子排列正三角形折流板数/个14折流板间距/mm400材质碳钢壳程0.534860.0005622699.306656227.79677.716.80固定式换热器管板尺寸（mm）4公称D1D2D3直径D500630590490EHA 椭圆形封头尺寸表（mm）4公称直径 DN500D4D5=D6D7543490b40b133总深度 H150参考文献：1 匡国柱，史启才主编。化工单元过程及设备课程设计2夏清，陈常贵主编。化工原理天大版。3华南工学院化工原理教研组编。化工过程及设备设计。4赵惠清等编。化工制图M。第二版：北京：化学工业出版社10
