哈工大-化工原理课程设计-大作业-列管换热器的设计与选用-修正版

1、妙臂做，媒上学Harbin Institute of Teclinology球程设计说明书，跄文）牌程名称：化工原理 谈计题目：列替换热器的设计与选用 院系：化工与T匕学学院班级：2333333设计者：吉安娜学号：2333333333指导教师：徐衍岭琰计时间：2016年11月11日（仅供交流学习之用，请在下载后24h内删除）哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：吉安娜院（系）：化工与化学学院专业：占卜学班号：23333333任务起至口期： 2016年11月01日至2016年11月17 口课程设计题目:列管换热器的设计首选用已知技术参数和设计要求:1 .处理能力：10.125xl（f吨

2、/年（年开工天数300天，每天开工24小时）2 .操作条件：温度：苯：入口温度：80出I温度：40V水：入口温度：25 出n温度：30V （25+510） 允许压力：不大于60KPa3 .设备型式：列管式换热器工作量:工作计划安排:同组设计者及分工:指导教师签字年月口教研室主任意见：教研室主任签字年月口注：此任务书由课程设计指导教师填写.哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）一、设计条件4 .处理能力：10.125x1（）4吨/年（年开工天数300天，每天开工24小时）5 .操作条件：温度：苯：入口温度：80 出H温度：40水：入口温度：25 出口温度：30 C （25+510） 允许压力：不大

3、于60KPa6 .设备型式：列管式换热器二、设计方案1.估算传热面积，初选换热器型号1）确定出口温度一,殷来说，设计时冷却水两端温度差可取为510C。缺水地区选用较大的温度差， 水资源丰富地区选用较小的温度差。哈尔滨地处北方，水资源相对缺乏,故选择冷却水较大 的温度差10C,即冷却水的出I温度为35。2）基本物理性质数据冷却介质为循环水，取入口温度为：25C,出口温度为：35苯的定性温度：Tm = （80+40） = 60 U12水的定性温度：tm = 30 C两流体的温差：Tm - tm = 60 - 30 = 30C先表，知两流体在定性温度卜.的物件数据如卜.:表1.苯和水在定性温度下的物

4、性数据流体名称密度kg/m3比热KJ/(kgV)粘度mPa , s导热系数w/（mC）笨836. 61.8280.3810. 151水996. 354. 1760. 8520. 6133）计算热负荷（不计热损失） 苯的质量流量10.125 x 104 x 103 qml =-= 14062.5Kg/h1 300 X 246/热负荷,、14062.S二，、，Q = qmicpl(7; - T2) =X 1.828 X 103 X(80-40) = 2.86 X 10sW3600冷却水消耗量Q2.86 X 10s X 3600.1) = 4.176 x Id x (35 - 25) = ?用头收

5、/ 太4)确定流体的流径该设计任务的热流体是紫，冷流体为水，木换热器处理的是两流体均不发生相变的传热过程，为使笨通过壳壁面向空气中散热，提高冷却效果，且水易结垢，令恭走壳程，水走管 程。5）计算平均温度差暂按单壳程、双管程考虑，先求逆流时平均温差。80C 2t2 15At-At2(7,1-t2)(72t1)(80 -35)-(40 -25)t 8035“40-25=27.31计算R和P(t2 -(35- 25)P=(七一0)(Ti-3(35-25) =0.18(80-25)由书本P147图4.25 （a）查得温度校正系数W二0.90,又中0.8.故单壳程、双管程可行，其平均温度差如Ftm =

6、w A%逆=0.90 X 27.31 = 24.579 6）选取总传热系数，估算传热面枳参考书本P152表4-7,选用总传热系数K估= 500W/（m2K）,则Q 2.86 x 105今4什=z , .re = 23.27m2品500x24.5797）初选换热器型号由于两流体温差1-= 60 - 30 = 30 V5（TC,且允许压强降不大于50kPa,故可 选择固定管板式换热器。流程的选定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，选定循环水走管程；为了便于苯的散 热，减少冷却剂用量，选定茉走壳程。流体流速的选择由书上P174表4-9、表4-10可知：水为易结垢液体，且在定性温度卜二水的粘度 =

7、 0.852mPa , s 10飞湍流）i 0.852X10-3取管壁粗糙度 = O.lnniL二=吧=0.005,由彳一 Re关系图中查得入=0 036,所以L pu?6Pi =A-u - = 0.036 xx1 dL 20.02996.35 Xl,152 = 7i2papiAP2 = 3=3 x4996.35x 1.152-=1.98Pa钟程/玉强降: 2Gpi = (AP1 + AP2)片 NpNs =(7.12 + 1.98)X 1.4 X 4 x 1 = 50.96Pa 2000(湍流)故壳程流体摩擦因数：/o = 5.0 x R6qQ22Q = 5.0 x 10671.59一228

8、 = 0.60 3 所以, PUq836.6 x 0.1802APi = Ffonc(NB 4- 1)4- = 0.4x 0.603 x 10 X (19 + 1) X乙乙=653.79PQ= 515.01Pa19 X2 X 0.30.4836.6 x 0.18022流体流经折流板II的阻力光程压强降:24尸0 =（AP； + ”2）鼻刈=（653.79 + 515.01） X 1.15 x 1 = 1344.12 Pa 60KPa 故壳程压强降1344.12PQ v60KPa,符合工艺要求。计算表明，管程和壳程的压强降都能满足设计的要求。2 .核算换热器总传热系数1)管程对流传热系数生已算出

9、R, = 2.69 X 104故匕 =竽=476弋；管2产产=58（）4A QA /I0 .6 13* 0.8c 4% = Q.Q23 - Ret Pii0A = 0.023 x x (2.69 x 104)X5.8O404=4982.541V2)壳程对流传热系数0。a0 = 0.36/肝5尸/(2)必己算出 Re。= 10671.594x. n Cp,L828X103X0.381X 103, ”八人八十1014故P% = V- = 4.61粘度校正(w )u A0.151故 a0 = 0.36/产/后_严=o.36x 霜x 10671.59ss x 4.611/3 x I014 = 550.

10、401V3)参考教材附录，管内、外侧污垢热阻分别取为：Rsi = 0.26 x 1037H2 K W-i&o = 0.176 x 10-3m2 K W14)总传热系数忽略管壁热阻时，总传热系数如下：_ 1 _ 1“上+入。+ %字+粤 0.176 X IO-3 4-0.26 x W 需 + 吃5a0 su Sl d( atdt 550.400.024982.54X0.02=389.30”血-2广1)由前面的计算知，在规定的流动条件计算出的5= 398.90(W-m-2KT),而所选用换热器的总传热系数为K = :4 =332.46(W - m-2 - K-1),故所选择的换热力选 Atm 35

11、x24579，器是合适的.其安全系数为吧瑞奈竺X 100%= 17.10%）（满足要求，在范围之内：10%25%）3 .核算换热器传热面积Q2.86 x 10soA = - = = 29.89m2KMm 389.30 X 24.579与原估值基本相符，且浮=总=1.17,即与所选换热器的面枳4诜= 357次相比较，有 A 29B9以17%的裕量。满足要求，在范围之内：25%。综上计算表明，所选换热器的规格可用。 四、设计结果一览表换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程（冷却水）壳程（苯）流量 / (kg/h)2. 47x1041.41 x 104进/出1温度/25/3540/80压强降MPa60kPa物 性定性温度/C3060密度/ (kg/m)996. 35836.6定压比热容/kJ/ (kg )4. 1761.828黏度/ (Pas)0. 852 X 10-30. 381X1()7导热系数/（W/mC ）0. 6130. 151设备结构参数形式固定管板式传热面积/ 肝35壳程数1壳体内径/nnn400管程数4管径/mm0 25X2.5管长/mm6000管子排列正方形错列管子总数/根76管心距/mm32管间距，mm32