化工原理课程设计.docx
前言热交换器是进行热量之间传递的通用工艺设备，被广泛应用r各个工业部门，如化工、食品、电力。换热器分类方式多样,依据其工作原理可分为:干脆接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类，其中间壁式换热器用量最大,据统计，这类换热器占总用量的99圾间壁式换热器乂可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器运用量最大，以其在高温、高压和其他大型的换热设备中性能良好，因此被广泛操作运用。管壳式换热器类型也有多种，如，固定管板式换热器、浮头式换热器与填料函式换热器.近年来尽管管壳式换热器倍受新型换热器的挑战,但由广管壳式热交换器具结效率高、便于清洗拆卸、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、石油和石化行业中运用的主要类型换热器。如何优化改造管壳式换热器，提高其换热效率，便于操作，是现在换热器优化坡关注的问题。本说明书目的是对有机物进行冷却，通过对管路进行一系列设计，寻求一种较优的方法。书目-前言2二课题与工艺耍求.52.1课52.2工艺要求5三选定设计方案53.1 换热器类型选择53.2 确定流淌空I曰J53.3 流速的确定.5四确定物性数据6五计算总传热系循环水的定性温度为鼠=(40+30)/2=35C液体有机物的定性温度为T.="3=802两流体的温差。-1.=80-35=45C<50'C两流体在定性温度卜的物性数据如F4流体温度t4C密Pkgm,粘度UmPas比热容Cpkj(kgC)导热系数W(m)有机物699970.62.220.16冷却水359940.7254.080.626五.计算总传热系数5.1热流量Qo=mt1.c1,t=10.5×2.22×(90-70)=466.2kw5. 2平均传热温差并流时，1=9()-3()=«)/,=7()-4()=30。C逆流时，1=90-40=502=70-30=40选择逆流传热。5.3冷却水的用量5. 4总传热系数5.4. 1总传热系数的阅历值见课木附录，选择时除要考虑流体的物性和操作条件外，还应考虑换热器的类型。总传热系数的选择高温流体低温流体总传热系数/DV/(m,r)4004294110.014845003232.5七.工艺结构尺寸7.I管径与管内流速选取中=25X2.5mm碳钢管：管内水流速U=Im/S;7.2管程数和传热管数:n=117d41135/(994x36(X)=366g37().785*().02,1.根按单管程计算时，所需传热管长为因此按单程设计，传热管过长，可以采纳多管程设计。若换热管长1.=4.5,管程数为Np=2时,则每程管数为60/2=30V41135/(994x3600)zU1.三=Z=OaD管内流速d2w0.785x0.02:x604''7.3平均传热温差校正与壳程数平均传热温差校正系数=27；-T29()-70t,-fi40-3040-3090-30=0.17依据如下温差校正系数图表单壳程得：6Ar=O.98平均传热温差n,=中/M"拽=098×44.8=43.904"c内径mm300300-450450-600600-750>750200-2503561010400-70056101012700-100068101216>10006101216167.7接管管程流体出I接管：取接管内流速u=1.ms则接管内径为&=叵=JZ4x41135I=。21m圆整取13OmmMV3600x994x3.14x1壳程流体出口接管：取接管内流速u2=1.5ms则接管内径为4=、叵=J4x41135_=OggM圆取整1OOmm,V喇V36×994X3.14X1.5八.换热器核算8.1 热量核算8.1.1 壳程对流传热系数采纳弓形折流板，壳程表面传热系数的计算式由三角形排列得当量直径壳程流通截面积SO=Bq1.-=0.24X().4"1.-j=0.021m*光程流体流速与甫诺数:钻度校正8.1.2 .管程对流传热系数管程流通面枳管程流体流速普兰特数8.1.3 1.3污垢热阻热导率-=45WWTKT8.1.4 传热系数8.1.5 1.5传热面枳=14.79m466.41.O371i×44.352该换热器的实际传热面积为Sp=11.Nr=3.14X0.025X(4.50.06)(60-10)=17.427m2换热器的面积裕度所以该换热器可行。8.1.6 换热器内流体的流淌阻力1)管程流体阻力计算公式M=I,M=2,尸,=1.5,，=3由Rc=53605.07本换热器设计中M=1.Np=ZF1.=A取钢的管壁粗糙度为S1.mmRe=4(X)34,传热管相对粗糙度=二="=0.005，查莫迪图得2=0.033,d20u,=1.46msfp=994Kg/所以管程流体阻力在允许范围之内。2).壳程流体阻力正三角形排列时,F=O.5n=10,N,=18,uo=0.502ms流体流过折流缺口的阻力B=0.24mD=0.4m总阻力M,-6445+4045=10409Pa九.换热器主要汁算结果汇总参数管程壳程进/出口温度/C30/4090/70物性定性温度/C3580密度/(Kgm3)994997定压比热容KJ(Kg.K)1.082.22黏度/Pa.s0.0007250.0006热导率w(m.k)0.6260.16普斯特数4.738.325设备结构参数形式固定管板式台数1壳体内径三100壳程数1管径/ran25X2.5管心距mm32管长/面4500管子排列正三角形管数目/根60折流板数/个18传热面积/m217.427折流板间距mm240管程数2材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/(ms)1.460.502表面传热系数/w(m2.k)J64441177污垢热阻/(r112.k)wj0.000210.000172阻力/Pa3092510409热流量kw466.2传热温差/k44.325传热系数/w(112.k)787.4裕度小17.8八.主要符号说明符号意义与单位Ti壳程流体进口温度4CTi壳程流体出口温度七t管程流体进口温度Ct1.管程流体出口温度七p"壳程流体密度Kg/m3CPC壳程流体定压比热容Kj/(Kg.C)o壳程流体热导率w/5.k),，壳程流体黏度mpa.Sp'管程流体密度Kg/Cp.管程流体定压比热容Kj/(Kg.T)i管程流体热导率w/(m.k)管程流体黏度mpa.sQo热流量Kwm平均传热温差kK,总传热系数卬/(,/外o估计得出的传热面积加n单管程管数Np管程数1.传热管长11凡总管数平均传热温差校正系数I管心距minD壳体内径rann管板利用率B折流板间距三Nb折流板数U管内流体流速m/sa。壳程表面传热系数MG112k)Pro壳程流体普朗特数de壳程当量直径mmR.光程流体宙诺数ai管程表面传热系数M(,/k)Re管程流体宙诺数Pr管程流体普朗特数R。管程流体污垢热阻S/.幻壳程流体污垢热阻(""火)/",Rw管壁热阻(“1)/WAc计算所得传热面积小H面积裕度A管程总阴力PaA单程直管阻力PaP.局部阻力PaNs管程数Fs管程结垢校正系数对于液体取1.15AP,壳程总阻力PaAPo流体流过管束的阻力PaM流体流过折流板缺口阻力Pa壳程流体摩擦因子Ui壳程流体流过管束的最小流速11s十一.参考文献化工单元操作课程设计贾绍义柴诚敬主编天津高校出版社化工原理上册其次版夏清贾绍义主编天津高校出版社
