化工原理课程设计用水冷却乙酸甲酯列管式换热器设计

1、课程设计说明书（论文）题目 用水冷却乙酸甲酯列管式换热器设计任务书 课程名称化工原理 院 (系、部、中心)资环学院专业生物工程目录1 符号说明1.1物理量（英文字母）.11.2物理量（希腊字母）.12 设计目的 .13 设计实例 .24 确定设计方案 .2选择换热器的类型 .34.1.流动空间及流速的测定. 3五确定物性数据 . .3六计算总传热系数 6.1.热流量.4 6.2. 平均传热温差4 6.3.冷却水用量.4 6.4.总传热系数K.4七计算传热面积.5八. 工艺结构尺寸.5 管径和管内流速 .5 壳程数和传热壳数 .6 平均传热温差校正及壳程数 .6 传热管排列和分程方法 .6 壳体

2、内径 .8 折流板 .8 接管 .8九换热器核算 .9 热量核算 .9换热器内流体的流动阻力.11十设计结果一览表.12十一.总结.13一、符号说明：1.1物理量（英文字母）B 折流板间间距，m n 指数Cp 定压比热容，kJ/(kg·） N 管数d 管径，m S 传热面积，m2D 换热器内径，m t 管心距，mf 摩擦因数 u 流速，m/sF 系数G 重力加速度，m/s2P 压力，pa；1.2 物理量（希腊字母） 对流传热系数，W/(m2·） 密度，Kg/m3 导热系数，W/(m2·） 有限差值 粘度 Pa·s下标 管外 m 平均2、 设计目的通过课题

3、设计进一步巩固课程所学内容，培养学生运用理论知识进行化工单元过程设计的能力，使学生能够系统的运用知识。通过本次设计，学生应该了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调研技术资料，自行确定设计方案，独自设计计算，准确绘制图样，编写设计说明。 （三）设计实例操作条件：1、处理能力：二万吨/年乙酸甲酯。2、热流体：入口温度88，出口温度42。3、冷却介质：循环水，入口温度28，出口温度36。4、允许压强降：不大于10kPa。壳程总压力降小于5kpa, 管程总压力降小于10kpa一年的工作日一般300340天。可以自行选定。5、每天24h连续运行。（每年按 300天计）（四）确定设计方案1 选择换热器的

4、类型两流体温度变化情况：热流体（乙酸甲酯）进口温度88，出口温度42；冷流体（循环水）进口温度28，出口温度36。改换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较小，因此初步确定选用不带膨胀节的固定管板式换热器。2 流动空间及流速的测定管内流体流态最好完全湍流。Re>10000，d=0.02，=0.001，=1000，故ui0.5m/由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，热水（乙酸甲酯）走壳程。选用25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/s。（五）确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程乙酸甲酯的定

5、性温度为：管程流体的定性温度为：根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。乙酸甲酯在65下的物性数据循环冷却水在32下的物性数据密度o=873 kg/m3密度i=995.7 kg/m3定压比热容cpo=1.97kj/(kg·K)定压比热容cpi=4.174kJ/(kg·K)导热系数i=0.1234W/(m·K)导热系数i=0.621 W/(m·K)粘度o=0.0002435Pa·s粘度i=0.0008 Pa·s（六）计算总传热系数1.热流量 Wo=1×20000×1000÷300÷24

6、2777.78kg/hQo=Wocpoto=2777.78×1.97×(88-42)=251722.22 kJ/h=69.923 kW2.平均传热温差热冷3 .冷却水用量88 3642 284. 总传热系数K 管程传热系数 壳程传热系数 假设壳程的传热系数o=290 W/(m2·)； 污垢热阻Rsi=0.000344 m2·/W , Rso=0.000172 m2·/W管壁的导热系数=45 W/(m·)初选总传热系数395K W/(m2·）（七）、计算传热面积 考虑 15的面积裕度，S=1.15×S'

7、9;=1.15×6.11=7.03m2（八）、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速及管长 选用25mm×2.5mm传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s，选用管长为L=6m表3-1 换热器常用流速的范围流速 介质 循环水 新鲜水一般液体易结垢液体低黏度油高黏度油气体管程流速，m/s1.02.00.81.50.53>1.00.81.80.51.5530壳程流速，m/s0.51.50.51.50.21.5>0.50.41.00.30.8215（2）管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 按单程管计算其流速为按单管程设计，传热管过长，宜采用多壳管程

8、结构。先取传热管长L=6m，则该换热器壳程数为 (管程)传热管总根数N=15*1=15（根）（3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，单管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得平均传热温差（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=1.25 d0，则 t=1.25×25=31.2532(mm)横过管束中心线的管数中心管束排列4根管，即正六边形可排2层，按照管心束5计算：扣除4根拉管，因为是单程所以不用除去中心管束，即：1+（1+2）×6=19， 19-4=15根。六边形中的管数为15根，再加

9、上非正式排管1根所以实际需要16根管子· 转热管排列方式正方形直列（5）壳体内径 采用单管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为 精确公式D=t（Nc-1）+3do=32*（4-1）+3*25=171mm圆整可取D200mmGB15189钢制管壳式换热器(以下简称GB151)中的.2条规定：“折流板的最小间距应不小于圆筒内直径的五分之一，且不小于50mm。最大间距应不大于圆筒内直径，且满足表322的要求”。表322mm 换热管外径d1014192532384557最大无支撑距8001100150019002200250028003200（6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆

10、缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为h0.25×20050mm，故可取h100mm。 取折流板间距B0.3D，则B0.3×20060mm，可取B为100mm。折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/100-1=59(块)折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内乙酸甲酯流速为 u1m/s，则接管内径为 取标准管管径为30mm。 管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u1.5 m/s，则接管内径为 取标准管管径为40mm。（九）、换热器核算（1） 热量核算 图 壳程摩擦系数f与Re的关系壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式

11、 当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 粘度校正 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数传热系数K传热面积S该换热器的实际传热面积Sp该换热器的面积裕度为 要求在10%-30%传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=1, Ft=1.4由Re10455，传热管相对粗糙度0.01/200.0005，查莫狄图得i0.0375W/m·， 流速ui0.420m/s，995.7 kg/m3，所以 管程压力降在允许范围之内。壳程压力降流

12、体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 壳程压力降也在合理压力降范围内。 十、设计结果一览表表格 1换热器形式：固定管板式换热面积（m2）:6.41工艺参数名称管程壳程物料名称循环水乙酸甲酯操作压力，Pa0.3Mpa0.5Mpa操作温度，28/3688/42流量，kg/h7538.402777.78流体密度，kg/m3995.7873流速，m/s0.2200.420传热量，kW69.923总传热系数，W/m2·K392.34传热系数，W/（m2·）2303745污垢系数，m2·K/W0.0003440.000172阻力降，Pa1766.14865程数11推荐使

13、用材料碳钢碳钢管子规格mm25mm×2.5mm管数15管长mm:6000管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm100切口高度25%壳体内径，mm200保温层厚度，mm未知十一、总结通过本次课程设计，我对换热器的结构、性能都有了一定的了解，同时，在设计过程中，我也掌握了一定的工艺计算方法。换热器是化工厂中重要的化工设备之一，而且种类繁多，特点不一，因此，选择合适的换热器是相当重要的。在本次设计中，我发现进行换热器的选择和设计是要通过反复计算，对各项结果进行比较后，从中确定出比较合适的或最优的设计，为此，设计时应考虑很多方面的因素。在满足工艺条件的前提下选择合适的换热器类型，通过分析操作要求及计算，本次设计选用换热器为上述计算结果。此外，其他因素（如加热和冷却介质用量，换热器的检修和操作等），在设计时也是不可忽略的。根据操作要求。在检修和操作方面，固定管板式换热器由于两端管板和壳体连接成一体，因此不便于清洗和检修。本次设计中，在满足传热要求的前提下，考虑了其他各项问题，但它们之间是相互矛盾的。如：若设计换热器的总传热系数较大，将导致流体通过换热器的压强降（阻力）增大，相应地增加了动力费用；若增加换热器的表面积，可能使总传热系数或压强降减小，但却又受到换热器所能允许的尺寸限制，且换热器的造价也提高了。因此，只能综合考虑来选择相