换热器课程设计

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 化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书 一、设计任务及操作条件一、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 有机化合液 水 密度 kg/m3 986 994 粘度 Pa·s 0.54*10-3 0.728*10-3 比热容 CP导热系数 kJ/ （kg· ℃） W/（m· ℃） 4.19 4.174 0.662 0.626 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 102 40  71℃ 2 T  管程流体的定性温度为 2 4030 t=  2  35℃ 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： 986 kg/m3 密度 粘度  0.54*10-3Pa·s 比热容 Cp1=4.19 kJ/（kg·℃） 导热系数λ=0.662 W/（m·℃） 循环水的有关物性数据如下： 994 kg/m3 密度 粘度  0.728*10-3Pa·s 比热容 Cp 2=4.174 kJ/（kg·℃） 导热系数λ=0.626 W/（m·℃） 四、估算传热面积四、估算传热面积 1、热流量 Q= m Cp1(T 1T2) =23000*4.19*（102-40）=5974940 kJ/h=1659.7kw 2、平均传热温差 先按照纯逆流计算，得 tm（ 10240）  （4030） ln （ 10240） （4030） 28.5℃ 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/（m2.℃） ，则传热面积为 3 A  Q1659700  Ktm300*28.5=194.12m2 m  Q 1659700  Cp 2 t 4.174*103*10=39.76kg/s=143146kg/h 4、冷却水用水量 五、工艺结构尺寸五、工艺结构尺寸 1、管径和管内流速选用 Φ 25*20 较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速 u 1=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 Ns  V  4  d2 iu 143146/(3600994) 0.7850.0221.5 =85 按单程管计算，所需的传热管长度为 L  A 194.12  d o n s 3.140.02585=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 L29  4 l7 传热管总根数 Nt=340 Np  3、传热温差校平均正及壳程数 平均温差校正系数： R  T 1 -T 2 102-40  6.2 t 2 -t 1 40-30 P  t 2 -t 1 40-30  0.139 T 1 -t 1 102-30 按单壳程，双壳程结构，查得温差修正系数得  t  0.93 4 平均传热温差 t m  t t m  0.9328.5  26.5 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=1.25d o，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= 1.05t NT/1.0532 340/0.75  715mm 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D i 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：D i =t（n e -1）+2e 因为管子安正三角形排列：n e =1.1 NT 1.1 340  20 取 e=1.2*20=24mm 所以D i =32*（20-1）+2*34=676mm按壳体直径标准系列尺寸进行圆整： D i =800mm 6、 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=200 5 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=27 7、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 D V423000（/ 3600986） 1  4 u  3.140.2  0.203 圆整后可取管内径为 210mm 管程流体进出口接管：取接管内液体流体 u=1 m/s，则接管内径为 D 4V4143146（/ 3600994） 2  u  3.141  0.226 圆整后可取管内径为 230mm 六、换热器核算六、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 0.14 0  d 0.36Re0.55Pr0.33 e      w   当量直径 4 3  d 2 t2  d 02   4   3 0.0322  0.0252   e   4     24   d  0.02m 0 0.025 壳程流通截面积：    Sc BD d  1 o   t   240800 1 25   0.0420m2      32  壳程立体流速及其雷诺数分别为 u /(3600986) o  23000 0.042  0.20m/s 6 Re 0  d euo 0.020.