化工原理课程设计答案参考模板管壳式换热器选型

1、、八 、亠一、刖言热交换器是进行热交换操作的通用工艺设备，被广泛使用于各个工业部门，尤其在石油、化工生产中使用更为广泛。换热器分类方式多样，按照其工作原理可分为：直接接 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 %。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类，其中 管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期的操作过程中积累了丰富的经 验,其设计资料比较齐全，在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受 到了新型换热器的挑战，但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、使 用材料广等优点，管壳式换热器目

2、前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热 器，尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。如何确定最佳的换热器，是换热器优化的问题。本说明书对指定有机物进行冷却选择合适的换热器，并且合理安排 操作管路以及选择合适的离心泵作出详细的计算说明。二、设计任务班级：姓名：学号：任课老师：选择一个合适的换热器，冷却780C的某液态有机物至60cC，此有机物的流量为82kg/s；（1）合理安排操作管路；（2）选择一台合适的离心泵；（3）有机物69CC的物理性质：=997kg/m3;0.6mPa sCp =2.22kJ/kg C;-=0.16W/m C.（4）冷却水：进口温度t1=20oC；（5）

3、 操作条件：换热器管壳两侧的压降皆不应超过0.1MPa。三、目录一前言1二设计任务2四计算明细表41管壳式换热器规格42离心泵的型号规格43计算数据结果记录5五计算过程61选择合适的换热器 61.1热力学数据的获取 61.2 计算热负荷 Q 和qm261.3计算温差和估计传热系数 61.4估算换热面积71.5计算管程压降和给热系数 71.6计算壳程压降和给热系数 81.7计算传热系数91.8校核传热面积92安排管路和选择合适的离心泵 92.1管径初选92.2压头计算10六附录12七符号说明13八设计说明15九参考文献15四、计算结果明细表(1) 管壳式换热器的规格公称直径公称压力管程数管子根数

4、中心排管程流通换热管长管心距换热面DN/mmPN/Nn管数面积/m2度 L/mm/mm积/m2MPaNt09 x2mm70042574270.0507450025150.8(2) 离心泵的型号规格型号转速n/(r/min)流量扬程/m效率n/%功率必需气蚀量(NPSH r/m质量(泵/底座)/kgm/hL/s轴功率电机功率IS150-145012033.322.57110.418.53.0758/158125-25020055.6208113.53.024066.717.57814.73.5(3) 计算数据结果记录项目结果单位冷却剂出口温度40循环水定性温度30热负荷3276.72kW冷却水质

5、量流量39.25kg /s并流对数平均温差35.7逆流对数平均温差39.0估算换热面积147.4m2管程流动面积0.05072 m管内冷却水流速0.78m/ s管程给热系数3969W/(m2 P )摩擦系数0.036管程压降12539.7Pa壳程流动面积0.1342 m壳程有机物流速0.61m/ s当量直径0.0173m壳程给热系数1315W/(m2 弋)壳程压降5483.32Pa核算传热系数693W/(m2 弋)校核传热面积121.242 m冷却水流量144m3/h总局部阻力系数21.64阻力损失7.5m压头（扬程）15.96m五、计算过程一选择合适的换热器1热力学数据的获取冷却剂：河水，

6、从厶tm>10C及防止水中盐类析出为原则，选选择出口温度：t2=40cC循环水的定性温度：入口温度为t 20 C，出口温度为t40oC循环水的定性温度为t 20 40 /2 =30 C两流体的温差Tm -怙=69 - 30 =39 C : 50 C两流体在定性温度下的物性数据如下J、物性温度密度粘度比热容导热系数流体'Ckg/m3mPa- skJ/(kg -C)W/(m -C )有机物699970.62.220.16循环水30995.70.80124.1740.61712计算热负荷Q和qm2由热量衡算Q 二 qmCTj -T2) =82 2.22 (78 - 60) = 3276

7、.72kW=39.25kg / sQ3276.72cp2(t2 -切 一 4.174 (40 -20)3计算温差'：tm和估计传热系数K估并流时， 选=78 -20 =58 C 选=60 -40 =20 C= 35.7 C58-20Lt2.58 In20逆流时， 选=78 -40 =38 C 选=60 -20 =40 CLt1 - '：t238-40ln氏1-39.0 C40根据管程走循环水，壳程走有机物，总传热系数 K现暂取:K =570W/m 2 C4估算换热面积3=147.4m23276.72 10-570 39 1根据A估可以选择下述标准换热器（查附录得）：（排列方式：

8、正三角形）公称直 径DN/mm公称压 力PN/MPa管程数N管子根 数n中心排 管数Nt管程流 通面积/m2©9 X2mm换热管 长度L/mm管心距/mm换热面积/m270042574270.0507450025150.85计算管程压降二；t及给热系数S 根据标准换热器提供的参数管程流动面积A = 0.0507 m2管内冷却水流速Qqm239.25kg/scp2(t2 -t1)4.174 (4020)3276.72qm239.25Ui0.78m / s：2A 995.7 0.0507叱/.°15 0.78 995.7 , Ms。J20.8012 10：管程给热系数:i“&#

9、176;.023 严f。023 严严0.4皿3 常 145000''4.174x103x0.8012x10,0.61710.4=3969W / m2 C取钢的管壁粗糙度为0.1mm 贝Uf023e 68九=0.1 十一2Re：丿/J.23“.但+d1514500-0.036管程压降:u2i20.036 竺 31.5 2 9957 °7820.015 丿-12539.7Pa : 0.1MPa6计算壳程压降t ；s及给热系数：0挡板间距B取0.9m,A =BD 1 d。l|=0.9 7.71 °°19=0.15m2l 0.025 丿U0820.55m

10、s0.15 997de 二4A2 :有qm1K d24d0丿4汉0.0252 0.785汇0.0192=0.0173m3.14 0.0190.0173 0.55 997.6 104_30.6 10Pr 皿 22 103 °.6 曲= 8.3250.14H14：0=0.36Re0.55 Pr'3de%0 16i= 0.36160000.55 8.325 3 0.950.0173= 1315W/ m 1 2 100.0001760.000213969131545.4 O= 693W/(m - C) C取折流挡板间距B=0.9m管束中心线管数Ng =27壳程流动面积2A - B D

11、 - Ntc d0 =0.9'0.7 - 27 0.019 = 0.17m u820.48 m s有A2 997 0.17d0u0P 0.019x0.48x997 ,厂 “4Re0J031.5 1040 0.6 100 228因 Re 500, f0 =5Re.228 =51.5 104.= 0.56管子排列为三角形，F=0.5，fs=1.15挡板数：Nb = L_1=：45_1=：4B 0.9壳程压降|Ff°NTC(NB+1)+NB 3.5 LI2Uo=0.5汇0.56><27 汇(4+1 )+4汉 3.5= 5483.32Pa ：0.1MPa岸fs訂2 0.9

12、2X1.15797汽48-0.727计算传热系数K计污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻R外=0.000176m2 OC/W管内侧污垢热阻甩=0.00021m2 °C/W取钢管壁厚：=2 10m，热导率 =45.4W m4 K 48校核传热面积Ar-计K计t.ltm逆3276.72 103 .121,24m2693 39 1所选换热器：A = 150.8m2A150.8A计 _121.24-1.24所以 选择的换热器符合要求。c 二安排管路和选择合适的离心泵1管径初选 qm2 = 39.25 kg. sq= 39,25 36oo = 0.0394m3/s = 141.9m3 hr1995

13、.7初取水经济流速 u =d.5m. sA =亚0.026m2Pju 995.7勺.5A d：二 dl4.4 °.026 =182mm3.14由于182mn不是标准管径，因此确定 dl = 150mmqm2 ：1 A|39.25兀2995.7 0.1524=2.23m/ s符合经济流速范围故确定：dl =150mm,u =2.23m/s2压头He在水槽液面及压力表处列柏努利方程2晋He "豈Hf取；-0.15mm，；/d =0.001,Re=0.15 995.7 2.23/0.8012 10 =4.2 105查图得 =0.021局部阻力:底阀1个标准90°弯头3个

14、球心阀1个© =8.5J0.75 汉 3匕=9.5流入换热器(1-A/A2 2 =(1 0.15/0.7叮=0.91流出换热器 =0.51_A2,A =0.51 _0.15管外侧污垢热阻 R外二0.000176m2 °C/W/0.72 = 0.48故，/ =8.5 0.75 3 9.5 0.91 0.48 =21.64换热器压降 ：，；t =12539.7Pa0.021 i-5 21.64芟312539.77.5m0.15丿 2汉9.812.He = P2 一 Pa HPg2g20000995.7 9.812.2322 9.817.5 =15.96mu = 2.23m/s:

15、匚233= qv 二uA| =2.230.15 = 0.04m3/s =144m3/h4根据qv和He以及IS型离心泵系列特性曲线可以选择型号为IS150-125-250的离心泵。六、附录(1)物理性质7、申性 流体温度密度kg/m3粘度mPa- s比热容kJ/(kgC)导热系数W/(m -C )有机物699970.62.220.16循环水30995.70.80124.1740.6171钢管热导率 =45.4W m J K J七、符号说明主要符号说明符号意义计量单位A面积2 mCp定压比热容kJ/(kg K)d管径mg重力加速度m/s2Hf单位重量流体的机械能损失ml管路长度mm质量kgP虚拟

16、压强PaP流体压强PaPa大气压PaB挡板间距mT周期时间st时间st温度Cu流速m/sqv体积流量m /sqm质量流量Kg/sz绝对粗糙度mmE局部阻力系数z摩擦系数卩动力黏度Pa sp密度Kg/m3He有效压头mD换热器壳径mf校正系数fo壳程流体摩擦系数K传热系数W/(m2 K)Nt管子总数Q热流量W 或 J/Sa给热系数W/(m2 K)热导率W/(m K)数群Gr格拉私霍夫数陛匸42Nu努塞尔数出Pr普朗特数Cp4Re雷诺数du°P下标g气体的m平均w壁面的s壳程的t管程的有有机物的八、设计说明(1) 需要冷却的有机物走壳程，冷却剂走管程；(2) 有机物可以采取逆流的方式；(3) 换热器说明：1采用光滑管光滑管结构简单，制造容易。缺点是它强化传热的性能不足。为了提高换热器的 传热系数，可采用结构形式多样化的管子，如异性管，翅片管，螺纹管等。2选用 >19 2mm的管子。3 本设计中采用4.5米长的管子。4 管子的排列形式：本设计中采用正三角形错列的排列方式，而在隔板两侧采用 正方形直列。5 采用多管程，故管板中间要留有隔板的位置。6 允许折流板的间距和