化工原理大作业换热器设计.doc

2010秋季学期化工原理课程综合设计作业姓名：* 学号：* 班号：*成绩管壳式换热器的设计和选用1、 设计任务与条件要求将某种物性和空气相近的加压气体由90冷却到40。已知气体的流率为3/s。以进口温度为20的冷却水作为冷却介质，试根据下述条件设计一列管换热器。（1） 冷却水走壳程，壳程装有弓形折流板；（2） 气体走管程，气体压力取为106Pa;（3） 管子外径d1=25mm,内径d2=20mm，管子中心距=32mm，等边三角形排列；（4） 气侧污垢热阻R1=0.3m2/kW水侧污垢热阻R2=0.6m2/kW，管壁导热系数 =0.45kW/(m)。2、 设计计算 1.估算传热面积，初选换热器型号（1） 基本物性数据的查取 气体的定性温度=65 查得气体在定性温度下的物性数据：1 =2.93510-5kW/(m)，Cp1=1.009KJ/(), 1=2.03510-5Pas，1=10.31/m3。查阅相关资料，选择冷却水的温升为8，则水的出口温度为28水的定性温度=24查得水在定性温度下的物性数据为：2 =0.605W/(m)，Cp2=4.179KJ/(), 2=9.010-4Pas，2=997.5/m3。（2） 热负荷计算 Q=qm,1Cp1(T1-T2)=31.009103(90-40)=1.51105W 冷却水消耗量 qm,2=1.511054.179103（28-20）=4.52/s（3） 计算平均温度差 先按照纯逆流计算，得：tm逆=37.1R=6.250 P=0.114 由R、P值，按单壳程，双管程结构，查图4.25得温度校正系数=0.96，因为0.8,选用单壳程可行tm=tm逆=0.9637.1=35.6（4） 选K值，估算传热面积 参考课本表4-7，选总传热系数K估=260w/(m)，则面积A估=Q/（K估tm）=1.5110526035.6=16.3（5） 试选换热器型号 由两流体温差50，可选用浮头式换热器，又管子外径d1=25mm,内径d2=20mm。取管内气体流速为u1=25m/s估算单程管子根数N0=310.310.7850.02225=37 根据传热面积估算管子长度为L=A估/（d2N0）=16.33.140.02537=5.6m若用2管程，则每管程的管长选用L0=3m.由换热器系列标准初选浮头式换热器型号为BES400-1.6-55-3/25-2。管总数N=74根，每管程的根数n=742=37根，管中心距t=32mm，等边三角形排列。壳体内经D=400mm，选取折流挡板间距h=0.5D=0.5400mm=200mm，故折流挡板数NB=-1=30.2-1=14块。传热面积A选=16.9。2. 核算总传热系数（1） 管程对流传热系数1 管内气体流速 u1=30.78510.310.02237=25.05m/s Re1=2.54105104 Pr1=0.70 气体在管内被冷却，则k=0.3=0.0232.9350.02（2.54105）0.80.700.3100=639.30W/(m)（2）壳程对流传热系数2壳程流通截面积A0=hD(1-)=0.20.4（1-2532）=0.0175水流量 qm2=4.52s水流速 u2=qm2/（2A0）=4.52997.00.0175=0.259m/s管子为正三角形排列，则=4（20.0322-0.7850.0252）3.140.025=0.02m Re2 =0.02997.50.2599.010-4 =5738.29 Pr2= 4.179103 9.010-4 0.608= 6.186水被加热，取（）0.14=1.052=0.36Re20.55（）0.14=0.360.6080.025738.290.551.05=2463.20W/(m)（3） 总传热系数 已知气侧污垢热阻R1=0.3m2/kW水侧污垢热阻R2=0.6m2/kW，管壁导热系数=0.45kW/(m)。=R2R1 =12463.200.00060.0025254522.50.000325202520639.30 =3.39810-3 K=294.30W/(m)(4)