化工原理课程设计--水冷却25%甘油的设计.docx
化工原理课程设计设计题目：水冷却25%甘油的设计目录一.设计题目和设计条件3L设计题目:换热器的设计一一水冷却甘油32 .设计条件33 .设计任务4二.设计方案简介41 .选择换热器的类型42 .管程安排43 .流向的选择4三.流体物性的确定51 .流体定性温度的确定52 .定性温度下流体的物性5四.试算和初选换热器的规格5L计算热负荷和冷却水流量52 .计算两流体的平均温度差63 .初选换热器规格64 .折流板7五.核算总传热系数7L管程的给热系数72 .壳程的给热系数83 .污垢热阻94 .计算总传热系数K95 .传热面积裕度10六.压力损失的计算10L管程压力损失102.壳程压力损失11七.辅助设备的计算及选型H1 .封头H2 .接管113 .导流筒124 .放气孔、排气孔12八,设计结果一览表12九.对设计的评述13参考文献14附录:参考图纸一、设计题目和设计条件1、设计题目：用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计2、设计条件(1)甘油处理量：14.16kg/s、进口温度：100、出口温度：40、压强降：101.3kPa(2)冷却水进口温度：25、出口温度：35,压强降：VlOL3kPa3、设计任务：(1)根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板数目、形式等。(2)绘制列管式换热器的装配图。(3)编写课程设计说明书。二、设计方案简介1、选择换热器的类型：两流体温的变化情况:热流体（甘油）进口温度I（XrC出口温度40C；冷却流体（水）进口温度25出口温度35,该换热器用循环冷却水冷水，冬季操作时,其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之温度之差较大，因此初步确定选定浮头式换热器。2、管程安排：从两物流的操作压力看，应使甘油走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降；又因为被冷却的流体走壳程，便于散热。所以从总体上综合考虑，应使冷却循环水走管程，甘油走壳程。3、流向的选择：当冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体，所需的传热面积较小。逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。显然，在一般情况下，逆流操作总是优于并流。故选择逆流为流向。三、流体物性的确定1、流体定性温度的确定对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。壳程25%甘油的定性温度为：=ZLm=100+40=70oC22管程冷却水的定性温度为：t="l=带生=30。C2、定性温度下流体的物性查知，在70。C下，甘油的比热容CP=2.66kJ(ZgK),水的比热容CPa=4.167kJ(jK);在30。C下，水的比热容仁二4.174kJ()K)。即在70。C下，25%甘油的比热容CPl=c/fl×0.25+C/,×0.75=2.66×0.25+4.167×0.75=3.790kJ(K)表1:定性温度下流体的物性3流体物性温度密度Pkg/11Q黏度UPas比热容CPKJ/(kgC)热导率入W/(m2)25%甘油7010480.00072553.7900.5700水30995.70.00080124.1740.6176四、工艺计算及主体设备设计计算及选型1、计算热负荷和冷却水量:热负荷Q=qmlCpl(-2)=14f16×(373-313)=3219.984U/s冷却水量%=zQF=3219984=77.144kg/sCp2(2i)4.174x(35-25)/2、计算两流体的对数平均温度。(暂按单壳程、多管程进行计算。)逆流时，t1=T1-t2=100-35=65oC;t2=T2-t1=40-25=15oC对数平均温度为Atm =r 1 - r2 65-1515/?=VZ7L = 100-40 =635-25Tl-tl 100-2535-25 =0.133查图表2(由2得)得，温差修正系数为：=0,9l: mr3 .IW 空二3QWafZmKl通"*嗯fti保熊熊球1道催ii MNu4*遇*lHi弱轨轴同蚓岁tiMS出图器isH焉邕一普翦国一ii翩MH潮割>1立布黑He露霉釉废Itibq鼻鼻裂 ;那铝瓢常务事看通立izi器第匐替夏噩也赢甘猫N3E 礴舁黠强赫轴噌强!常攀篥 曾隰侬疆醺40鼐黏鹏描停除i黑翻旧li*jS需!海h*能-幅黏垂典f'IMt舞£忠工工工:柒强富蜜HI瓢穗Hl/哂雷唯*戮船蛾萧推看魅谓 所鼬:建越旧墙舞於鞋、疝&睢酬 加皤然时暹噬黑翼；烟瞳班1 i但IOai辑邮n野Mm明H港棚书和餐潮监1; ：兽里： :u工rFc-"占lr.ri 维奖龄典E一不.:.* EI3M富力W1!;置图表1壳侧单程、管侧2程的换热器温差修正系数Atm=材tm=0.9×34.10=30.69oC3、初选换热器规格：设总传热系数Ko=405W(m2)则所需的传热面积为A0=-5-3219.984xK)3=259020K0Atrn405×30.69据此，由换热器系列标准(设换热器为浮头式)1中选定换热器，有关参数见图表3。表3：换热器的相关参数1换热管长度L(mm)4500管数N71006公称压强PN(MPa)2.50公称壳径D(mm)1000管程数NP2管子排列方法正方形旋转45°管程流通面积(肝)0.0890中心排管数C24管子尺寸d(mm)019x2计算换热面积260.6则总传热面积为A=2606/根据表6中换热器的相关参数可得实际传热面积:Ai=117idl=1006×3.14×0.019×4.5=270.08m24、传热管的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。则管间距：壳体直径D_1000ZIrV、0二中心排管数+1=词=罚=40(“M5、折流板采用圆缺型折流板，去圆缺形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为H=0.25×1000=250mm选取折流挡板间距8=180SL45折流板板数M=2-1=上-1=24块，折流板圆缺水平装配B0.18五、核算总传热系数1、管程传热系数必p=995.7kg1而-0.8012加PaS2=0.6171W(nK)水的质量流速：=77.144kg/s每程管的流通面积：A=-/2=-×0.0152×=0.08884m24Np42水的体积流速：q=%2=四竺=0.07748m3AP995.7水的流速：ui=0,07748=0.8721mis,A0.08884则ReL会”镖背*6267"(湍流)PUc&M4.174K)308007xlO3TF-0.6176=5.42即有ReDlO)0.7<Pri<120,则有:08=0.023××16267.88°8×5.42040.015=4296.76fm2ocl2、壳程传热系数。壳程：采用焊接法流体通过管间最大截面积为A)=(O-力4*=(10-24X0.019)×0.18=0.09792m2查3得,定性温度7=7tfC下，甘油的物性：/o=O.7255mPas=0.570W(mk)查3得,25%廿油的密度夕.af,14.16流速：。二素二讼792XKM8W380必正方形排列，管间距为40mm时，管群的当量直径:4卜科J4x(0.042-×0.01927rd0×0.0190.0883mdeuopoQ.Q883×0.1380×1048o0.7255x103Cp.3.79xl37255x1()70.570壳程中甘油被冷却风=0.95,由200(KReOIO',则有:4 = 0.36 & Re；° deo;0.55 prO33 AlO 57= 0.36× X17600.10 55× 4.824033 X 0.95 0.0883= 802.60W(m2oc)3、污垢系数得:查2得管侧、壳侧的污垢热阻分别取Ri = 0.000353°C/ WRo = 0.000172w2 / W查1得，不锈钢管的热导率为：M=I7.4W/（m。）4、总传热系数K管壁热阻可忽略时，该换热器的总传热系数K计为+ 0.000172+0.000352× +802.60=463. 26 W(n2 )15 4296.76×155、传热面积裕度则计算所需传热面积为AI= 226.48n2Q3219.984×IO3KMJ463.26x30.69所以实际传热面积与计算面积比为：且=义尬=1.151A计226.48在1.15,25之间。Al=270.08m2为实际传热面积A计裕度：H=4一小×100%=27W2648XIOo%=1925%A计226.48即传热面积裕度合适，且裕度为H=19.25%,该换热器能够完成生产任务。6、壁温核算查得,v=7t!% + ao70x802.60+30x4296.76802.60 + 4296.7636.3°C查36.3下水的黏度和甘油的黏度分别为:juq=0.7053×103Pa.sw=1.4×103Pa.Sz0.14Z,0.14对壳侧住=fO17O53xlO-q=0IaJI1.4×10-3J所以计算壳侧时假定=0.95是正确的。壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=70CCo壳体壁温和传热管壁温之差为r=70-37.5=32.5。该温差较大，故需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力较大，因此，选用浮头式换热器，是正确的。六、压力损失的计算1、管程的压力损失- + 3 FNNDdd ) , p 2.0.015 0.01 L-0.009 0.008 0Jj-L LLL J10, T 4U就代室«0.(XXX)5000005O(XKX)I4 6 105 2雷诺数Ke0.00020.00010.0020.001 0.00080.0006住80001,1.11 4 6 l(K 24 6 IO7 220.006图表4摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度/d的关系1设不锈钢管管壁粗糙度=
