化工原理课程设计换热器 西南科技大学 - 图文

化工原理课程设计——列管式换热器 -1-

一、设计题目、设计条件及任务

1.1设计题目：用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计 1.2设计条件

(1)甘油

处理量：34255kg/h、进口温度：100℃、出口温度：40℃、压强降：＜101.3kPa

(2)冷却水

进口温度：25℃、出口温度：35℃ ，压强降：＜101.3kPa

1.3设计任务：

(1)根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板数目、形式等。

(2)绘制列管式换热器的装配图。

(3)编写课程设计说明书。

一、 设计方案简介

2.1选择换热器的类型：

题目要求规定为列管式换热器

化工原理课程设计——列管式换热器 - 2 -

2.2管程安排：

从两物流的操作压力看，应使甘油走管程，循环冷却水走壳程。但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；又因为被冷却的流体走壳程，便于散热。所以从总体上综合考虑，应使冷却循环水走管程，甘油走壳程。

2.3流向的选择：

当冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体，所需的传热面积较小。逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。显然，在一般情况下，逆流操作总是优于并流。故选择逆流为流向。

三、流体物性的确定

3.1流体定性温度的确定

对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。 壳程25%甘油的定性温度为：T?T1?T2100?40??70?C 22管程冷却水的定性温度为：t?t1?t235?25??30?C 223.2定性温度下流体的物性

查[1]知，在70?C下，甘油的比热容cp1a=2.66kJ?kg?K?，水的比热容

cp1b=4.167kJ?kg?K?；在30?C下，水的比热容cp2=4.174kJ?kg?K?。

即在70?C下，25%甘油的比热容

cp1?cp1a?0.25?cp1b?0.75?2.66?0.25?4.167?0.75=3.790kJ?kg?K?

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四、计算总传热系数

4.1热流量 Q=qm1cp1?T1?T2?=34255?3.790??100?40?=7789587kg/h 4.2平均传热温差

?t'm=

?t1??t2(100?35)?(40?25)==34.10?C

100?35?tInIn140?25?t2R=

t?tT1?T2100?4035?25==6； P=21==0.133

100?2535?25t2?t1T1?t1查图表1（由[2]得）得，温差修正系数为：?=0.88

图表 1 壳侧单程、管侧2程的换热器温差修正系数

?tm=??t'm=0.88?34.10=30.01?C 冷却水量qm2=

Q7789587==186621.6kg/h

cp2?t2?t1?4.174??35?25?4.3初选换热器规格：

设总传热系数为K0=Wm??C

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则所需的传热面积为A0=

2163774Q2= =140.82m

K0?tm512?30.01壳径D(mm) 公称压强(MPa) 700 4 管子尺寸(mm) 管长L(m) ?25?2.0 6 管程数NP 管子排列方法 6 正方形斜转45? 管子总数NT 换热管材料[4] 304 不锈钢 图表 2换热器相关参数 则总传热面积为A=143.18m 即总传热系数为K=

'

22163774Q==503.57Wm2??C A?tm143.18?30.01??4.4折流板

采用圆缺型折流板，去圆缺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=0.25×700=175mm

假定折流挡板间距是壳体内径的0.2倍，

则折流挡板间距B=700?0.2=140mm，则可取 B=140mm

'折流板板数NB?L3?103?1??41 B200五、 核算总传热系数

管程 水（流速为0.9～1.5m/s） 水 冷水 冷水 冷水 盐水 壳程 水（流速为0.9～1.5m/s） 水（流速较高时） 轻有机物μ＜0.5mPa·s 中有机物μ=0.5～1mPa·s 重有机物μ＞1mPa·s 轻有机物μ＜0.5mPa·s 总传热系数/[W/（m·℃） 582～698 814～1163 467～814 290～698 116～467 233～582 3化工原理课程设计——列管式换热器 - 5 -

有机溶剂 轻有机物μ＜0.5mPa·s 中有机物μ=0.5～1mPa·s 重有机物μ＞1mPa·s 水（流速为1m/s） 水 水溶液μ＜2mPa·s 水溶液μ＞2mPa·s 有机物μ＜0.5mPa·s 有机物μ=0.5～1mPa·s 有机物μ＞1mPa·s 水 水 水 水 水 水 水 水 有机溶剂μ=0.3～0.55mPa·s 轻有机物μ＜0.5mPa·s 中有机物μ=0.5～1mPa·s 重有机物μ＞1mPa·s 水蒸气（有压力）冷凝 水蒸气（常压或负压）冷凝 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝 有机物蒸气及水蒸气冷凝 重有机物蒸气（常压）冷凝 重有机物蒸气（负压）冷凝 饱和有机溶剂蒸气（常压）冷凝 含饱和水蒸气的氯气（＜50℃） SO2冷凝 NH3冷凝 氟里昂冷凝 198～233 233～465 116～349 58～233 2326～4652 1745～3489 1163～1071 582～2908 582～1193 291～582 114～349 582～1163 116～349 58～174 582～1163 174～349 814～1163 698～930 756

5.1管程传热系数a

i查[1]得,定性温度t=30℃水的物性：

?=995.7kgm3 ?=0.8007mPa?s

??0.6171W?m?K?

水的质量流速：qm2=186621.6kg/h

管内径di=（d-2δ）=(0.025-2×0.002)=0.021m

每程管侧的流道面积：Ai??4di2NT?304??0.0212??0.053m2 NP42管内冷却水的质量流速：Gi?水的体积流速：qv=

qm2186621.62?=3521162.26kgh?m Ai0.123??qm2?=

186624.63=187.43mh 995.7