毕业设计_换热器设计模版

1、一、设计参数过热蒸汽压力P1：0.35Mpa；入口温度T1：250 C ；出口温度T2：138.89C （查水和水蒸汽热力性质图表P11）；传热量Q： 375400kJ/h 。冷却水压力P2：0.7MPa；入口温度 t 1：70 C ；出口温度t （2 C ）；水流量 m2：45320kg/h 。水蒸汽走管程，设计温度定为300 C ，工作压力为0.35Mpa（绝压）；冷却水走壳程，设计温度定位100 C ，工作压力为0.9Mpa（绝压）。二、工艺计算1. 根据给定的工艺条件进行热量衡算Q1m1 c p1 (T2T1 )m1 (h2h1 )Q 2m 2 c p 2 (t 2t1 )查水和水蒸汽

2、热力性质图表得0.3MPa， 140 C ，2738.79kJ/kg250 C ，2967.88 kJ/kg 0.4MPa, 150 C ，2752.00 kJ/kg250C ，2964.50 kJ/kg采用插值法得到：0.35MPa 水蒸汽从138.89C 到 250 C 的焓变为： 234.6 kJ/kgm1Q1 /(h2 h1 )375400 / 234.61600kg / h由表得 70 C 时水的比热 cp 2 为 4.187kJ / kg C （【1】化工原理P525 页）t 2Q1t137540070 71.98 Cm2 cp 245320 4.187平均温度平均温度T11250

3、） 194.45 C（T1T2） （138.8922t1171.9870） 70.99C（ t1t 2） （222. 管程、壳程流体的物性参数0.35MPa，194.45C 时水蒸汽的物性参数： （【 2】水和水蒸汽热力性质图表P62，【 3】化工原理 P525 页）0.3MPa 190C比容 0.7009 m 3kg【2 】C比容 0.71635 m 3kg【 2】， 0.3MPa 200，0.4MPa 190C比容 0.52182 m3kg【 2】C比容 0.53426 m3kg【2 】， 0.4MPa 200，由插值法得得：0.35MPa， 194.45C 时水蒸汽的比容为0.61756

4、6 m 3 kg所以 0.35MPa， 194.45C 时水蒸汽的密度为1.6193 kg m3190 C粘度 0.144mPa/s ，导热系数1.065 W mC ，比热容 4.459kJ / kgC 【3】200 C粘度 0.136mPa/s ，导热系数1.076 W mC ，比热容 4.505 kJ / kgC 【3】得 ： 194.45C 时密度11.6193 kg m3， 粘 度10.14mPa s ， 导 热 系 数11.0699；比热容c p14.479kJ / kg CW m CPr1c p1144790.000141.06990.58810.7MPa， 70.99C 时水的物

5、性参数： （【 4】化工原理P525 页）70 C密度977.8 kg m3 ，粘度0.406mPa/s ，导热系数0.668W m C ，比热容4.187 kJ /kgC 480 C密度971.8 kg m3，粘度0.355mPa/s ，导热系数0.675W m C ，比热容4.195 kJ / kgC 4得 ： 70.99C时密度 2926.71 kg m3 ， 粘 度20.383mPa s ， 导 热 系 数2 0.671W mC ；比热容 cp24.329kJ / kgCPr 2cp 2243290.0003832.3930.66723. 初定换热器尺寸已知传热量 Q（）（）T1t2t

6、 225071.98178.02传热温差：T1250T2 138.89（）（ ）T2t1t1138.8970 68.89t271.98t170t mt2t1 =114.95Clnt2t1（对错流、折流，要修正tm ，t mtt m'）t2t171.9870T1T2250 138.89t 与 P， R有关， Pt 1250700.011Rt171.9856.1T1t270然后查图求得t1.0 5 （【 5】热交换原理与设计P296）。tm'tt m1.0 114.95114.95C假定 K=75W/(m2C）（【 6】热交换原理与设计P286），则6AQ37540012.0954

7、4m2Ktm3.675 114.95再估算管流通截面：假定 u8.5m / s7，（【 7】化工原理 P199 页）1A1m11u116000.03229m 236003600 1.61938.5再算管子个数：n d i2A1(di由选定管子定，这里选252.5，因此 d00.025m，d i0.02m)4可得 nA140.03229102.8352 ，取 n=105 根di20.0224求管子长度：GB151-1999）LA12.095441.467448m ，取 L1.5 8 ，（【 8】ndo105 3.14 0.025由管子长度定管程数 N=1（ 1.5 ，2.0 ， 3.0 ， 6）

8、？估算壳体直径（径）GB151-1999 中规定的标准尺寸有： 159、 218、 273、 325、 400、 500、 600、 700、 800、900、 1000 等。所以将 D 圆整到 D0=400mm，取壁厚 10mm，则 Di =380mmn=105 根L1.54 在 46 之间，符合要求。D i0.38DLD i2b33802838016 364mm 9，（【 9】 GB151 P25）排管后得到实际管子数下的流通截面A1' ：'2n3.142A14diN4 0.02 105 0.03297实际换热面积：A do n( L0.1)3.14 0.025105(1.

9、5 0.1) 11.5395四、传热系数的计算管流体给热系数流速u1m116008.324753600 1A1'3600 1.6193 0.03297u1 d i 18.3247 0.02 1.61931925.753雷诺数Re10.000141Re12000 10000 ，流体处于过渡流，对流传热系数i 可先用湍流时的公式计算，然后把算得的结果乘以修正系数10 （【 10】化工原理玉英P250 、 P254）计算给热系数0.8c p0.350.8cp0.31d u116 101du11i0.023i 1 10.023i 1 1di1di11Re11. 8111050.80 .3i16

10、0.0231.06990.028.324751.619344790.000141925.7531 .80.020.000141.0699118.1712管外流体给热系数当量直径：A无折流板，流体平行于管子流动时Di2nd o20.3802105 0.0252dendo1050.020130.02543 t 2d o224B有折流板正三角形排列时ded o这里换热管外径为 25mm,故拉杆直径选 16mm,管壳直径为 400mm,根据 GB151的规定， 拉杆数为 411 （【 11】GB151 P77）。43 t 2d o2430.03223.140.0252de24240.02013do3.

11、140.025管间流通截面：无折流板时A2Di2ndo23.140.382 105 0.0252 0.09176744有折流板时A2Di h 1doh 折流板间距，为（0.5 1） Di ，取 h=220mmtA2do0.3090.0250.018288Di h 10.22 1t0.032流速 u2m2453200.1480333600A23600926.710.0917672流速太小，需要加折流板。u2m2453200.742832 A236003600926.71 0.018288deu220.020130.74283926.7136180.79雷诺数Re 20.00038320. 550

12、.14o0.362do uo 2Pr21 / 3do2w0.55给热系数o ：0.360.6710.0250.74283926.712.3931 / 3 1.050.140.0250.0003834712.828总传热系数KK1doRid ob doRo1i d idid mo1Ri 管壁的污垢热阻， 取Ri 0.0250.025b 0.025Ro1118.17120.020.02d m4712.82889.385520.859810 4 12 m 2C / w （【 12】化工原理玉英P385 ）Ro 管外壁的污垢热阻， 取 1.719710 4 13m 2C / w （【13】化工原理 玉

13、英 P384 ）b 管壁厚度 0.005m管材导热系数为47.27 W m C 14 （【 13】化工原理玉英P362 ）d m 管子平均直径d md od i0.025 0.020/ d i)0.022407ln( doln( 0.025 / 0.020)传热面积A计Q37540010.14882t mK89.38552 * 3.6 * 114.95A 实11.53951.14 符合要求A计10.14882五、阻力计算1管阻力损失pi(l3)1u12Ft N s N p(0.0411.53) 1u121.41 1di20.022式中：摩擦系数， 对于192的管子，取0.046， 252.5管子，0.041F 结垢影响因数，对192的管子，取 Ft1.5， 252.5管子， Ft1.4tNp管程数Ns 串联壳体数2管间阻力损失无折流板，流体沿轴线方向流动pol3)2 u22(Ft N sN pde2式中： 摩擦系数，0.04Np壳程数u2 管间流体流速de当量直径，de4 D i2ndo24