化工原理课程设计--用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计.docx
化工原理课程设计设计题目：用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计设目录第一章设计任务书4Ll设计题目4L2设计条件41.2.1甘油41.2.2冷却水4L3设计任务：4第二章设计方案简介52.1 列管式换热器型式选择52.2 流体流通路径的选择52.3 流体流向选择5第三章工艺计算及主体设备设计计算及选型63.1设计条件确定63. 1.1甘油64. L2水64.2 流体定性温度确定64.3 流体在定性温度下的物性数据64.4 热负荷和冷却水流量的计算735平均温度差的计算73.6初选换热器规格8第四章总传热系数的核算94.1 核算总传热系数KO91 .1.1计算管程对流传热系数294 .1.2壳程对流传热系数aI942污垢热阻计算104.3 核算总传热系数K计104.4 壁温核算11第五章计算压强降125.1管程的压强降1252壳程的压强降12第六章辅助设备的计算及选型146.1 管箱146.2 封头146.3 旁路挡板146.4 折流板146.5 接管146.6 导流筒146.7 放气孔、排气孔15第七章设计结果一览表16第八章对设计的评述17参考文献18附录：换热器图纸第一章设计任务书LI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1.2.1甘油处理量：学号后四位平均值*10kgh进口温度：100120°C出口温度：40-45压强降：IOlJkPaL2.2冷却水进口温度：（2025范围选择）出口温度：（3O35范围选择）压强降：VlOI.3kPa1.3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。第二章设计方案简介2.1 列管式换热器型式选择考虑清洗和检修的方便，以及换热器对热应力的消除情况。因此，考虑选用浮头式换热器。2.2 流体流通路径的选择在流体流通路径的选择中，易结垢的液体易走管程，便于清洗，而冷却水易结垢；同时，水用于冷却25%甘油，冷却水走管内有利于减少冷量流失，使冷却效果有所提升。所以综合考虑冷却水走管内，25%甘油走壳程。2.3 流体流向选择在各种流动方式中，顺流和逆流可以看作是两个极端情况。在流体的进、出口温度相同的条件下以逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，其他各种流动方式的平均温差均介于顺流、逆流之间。因此，在逆流操作时平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体，可减小所需的传热面，或者在传热面相同时逆流可传递较多的热量。因此综合考虑，选择逆流为流体流向。第三章工艺计算及主体设备设计计算及选型3.1设计条件确定3.1.1甘油处理量：54395kgh进口温度：Ti=1000C出口温度：T2=40°C3.1.2水进口温度：t=25°C出口温度：t2=35°C3.2流体定性温度确定定性温度是指某种介质（冷介质或热介质）在求物性参数时使用的温度,如果介质粘度不大，取进出口温度的算术平均温度。因此:25%甘油的定性温度：70冷却水的定性温度：1=呼=303. 3流体在定性温度下的物性数据冷却水的定性温度为30,可通过查川得水在该温度下的物性数据。通过查可查得甘油的物性数据，其中25%甘油的比热容通过计算得到，计算方法如下：水在70下的比热容：Cpl=4.187kJ/(kg0C)25%甘油在70下的比热容：Cp2=2.66kJ/(kg°C)根据C=CP2w+Cpi(l-w),其中CPI为水在70下的比热容，品2为纯甘油的比热容,w为溶液中甘油的质量分数，所以25%甘油的比热容为：C=CP2×25%÷Cpl×75%=2.66×0.25+4.187×O.75=3.8O5kJ/(kg)将水和25%甘油在其定性温度下的物性数据记录入表1:表1水和25%甘油在定性温度下的物性数据流体温度/p(kgm3)"PasQkJ(kgoC)AW(moC)25%甘油7010480.7255×lO33.8050.570水30995.70.8007×lO34.1740.61764. 4热负荷和冷却水流量的计算热负荷计算：CCF、54395×3.805×103×(100-40)八”Q=qmiCp(T72尸777=3449549.58WOOUU冷却水流量的计算：Qm2=Q3449549.58×3600,一“;7-=297517.45kghCp2(tl-t2)4.174×103×(35-25)D5. 5平均温度差的计算计算两流体的平均温差，暂按单壳程，偶管程计算。且已确定流体的流向为逆流，所以逆流时平均温度差为:(Tl-t2) - (T2-tl)= 34.12°C(IOO-35) - (40-25).(100-35) In(40-25)50 ln4.3图11壳程2管程对数平均温度差校正系数由图1得修正系数=0.95则gn=0At逆=0.95x34.12=32.4143.6初选换热器规格查阅根据传热系数经验值，初选Ko=39OW/(?.C),故3449549.58= 2728m2KoAtm 390X32.414初选BES900-2.5-279-6/19-2型换热器，有关参数如下:表2BES900-2.5-279-6/19-2型换热器参数壳径mm900管子规格mm19×2公称压强/MPa2.50管长/m6计算传热面积/痛279.2管子总数800管程数2管子排列方法正方形斜转45°管程流通截面积m20.0707管子材料不锈钢中心排管数NC22第四章总传热系数的核算4.1核算总传热系数K04.1.1计算管程对流传热系数a?管程流体体积流量:=0.08300 (m3s)vz-gm2,297517.45Cp-995.7×3600管程流体速度:= 1.174msVc0.08300U2-=“4”.0.0707雷诺数:Re=d2,u2p-0.015X1.174X995.70.8007x10-3=21898.68因为Re=21898.68>10000所以管内流体流动是充分湍流的。.皿+必nCPR4.174×103×0.8007×103L一普朗特效：尸厂=+=5.410.6176所以管程流体对流传热系数为：a2=0.023-Rea8P4=0.023××21898.6808×5.41040.015=5520.23W(m2oC)6. 1.2壳程对流传热系数CU换热器列管之中心距t=-=普=39.13mm,则取换热器列管中心距为Nc+122+139mm,折流板间距取B=250mm,则流体通过管间最大截面积为：SeBD(I-B尸0.25x0.9x(1-=0.115m2壳程流体的流速：_Qvi_54395C/Uy-=0.125ms1 Smax3600×0.115×1048当量直径：de-=0.083m4(t2-d?)_4(0.0392x0.0192)d1×0.0194wCdeu1p0.083×0.125×10484j雷诺数：；=14986.910.7255×103-a+皿nCPU3.805×103×0.7255×103,C普朗特数：Pr=-=-=480.57因为壳程中25%甘油被冷却，取(jl)z4=0.95所以=0.364；3)°学)IB(JL)0.1457=0.36×-(14986.91)055(4.84)lz3×0.950.083=786.54W(m20C)4.2污垢热阻计算参考中工业上常用流体形成的污垢热阻的经验值，得管内、外侧污垢热阻分别为：2=0.00034m2oCW(冷却水)Rv=0.00017m2oCW(有机液体)内管材料热导率/lm=17.4W(m°C)4.3核算总传热系数K计换热管对数平均直径:0.019-0.015,0.019In0.015=0.0169mK二Ji1=q+0.00017+0.00034x吗一786.5417.4×0.01690.0155520.23×0.015=448.28W(m20C)按此传热系数，计算所需要的传热面积:Q3449549.58-237.40mKjQtni448.28X32.414279.24* 237.40Il= 1.176在 1.15-1.25 之间，所以 Ko=39OW/ (m2°C)符 A计合。A-Ai,27922740裕度:H=TLX100%=X100%=17.61%A计237.40传热裕度应在15%-25%之间，即传热面积裕度合适，且裕度为H=17.61%,该换热器能够完成生产任务。4. 4壁温核算-Ta1+ta2-70×786.54+30×5520.23tw35Ca1+a2786.54+5520.23查535下水的黏度为：jWm=0.7225×l03Pa.s查35C下甘油的黏度为：w=1.5000×103Pa.s对壳程:对管程:0.140.140.72551.50000.80070.72250.14=0.900.14)=1.01Z所以计算管程、壳程时假定的（含）°14=O.95值是正确的壳体壁温，可近似取壳体流体的平均温度，即T=7（C壳体壁温和传热管壁温之差为优=70-35=35。以该温度差不大，但是考虑清洗和检修方便，且换热器壳程压力较大，因此，选用浮头式换热器较适宜。第五章计算压强降5.1管程的压强降设管壁粗糙度,=0.I5mmJ=0,01管程：Re=21898.68查图2得a=0.041一O(MMX)05OOOOOl26雷诺教ReOOI0 0090 0080 0018嫩0 000400002000010 005002I ! 0,015(疆萍菽 O5O4O3O2OI5.6004002 Ooo-O-O- Oo O O O0.1g080706050403)25OooSO.S 60.0mS-Z 3:/4图2摩擦系数人与雷诺数Re及相对粗糙度;的关系图a因为管子排列的方式为正方形斜转45。，所以查得E=I.4,Ns=I,Np=2"2=(小+3)凡&Np等2=(0.041×-1-3)×1.4×1×2×"5,7x1-1740.0152
