化工原理课程设计--水冷却25%甘油的列管式换热器的设计.docx
水冷却25%甘油的列管式换热器的设计目录1说明书21.1 设计题目21.2 设计条件31.3 设计任务32设计方案简介32.1 选择换热器的类型32.2 管程安排32.3 流向的选择33流体物性的确定43.1 流体定性温度的确定43.2 定性温度下流体的物性44工艺计算及主体设备设计计算及选型44.1 计算热负荷和冷却水量54.2 计算两流体的对数平均温度（暂按单壳程、多管程进行计算）54.3 初选换热器规格54.4 折流板65核算总传热系数65.1 管程传热系数a265.2 壳程传热系数四75.3 污垢系数85.4 总传热系数K85.5 传热面积裕度85.6 管壁温度人86压力损失的计算96.1 管程的压力损失96.2 壳程的压力损失97辅助设备的计算及选型97.1 管箱97.2 封头107.3 旁路挡板107.4 接管107.5 导流筒107.6 放气孔、排气孔108设计结果一览表119对设计的评述12参考文献131说明书用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计1.2 设计条件(1)甘油处理量：Wc=58960kgh>进口温度：100,出口温度：40、压强降：VIOI.3kPa(2)冷却水进口温度：25,出口温度：35、压强降：<101.3kPa1.3 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。2设计方案简介2.1 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Io(TC出口温度40;冷却流体(水)进口温度25C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。2.2 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。2.3 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O故选择逆流为流向。3流体物性的确定3.1 流体定性温度的确定甘油的定性温度为T=二旦=10°+4°=7022水的定性温度为殳="土生=30C22温度差为At=TT=70-30=40°C3.2 定性温度下流体的物性查表可知，在定性温度70时，100%甘油的比热容为2.620KJ(kg.°C),水的比热容为4.187KJ/(kg.°C),甘油的热导率为0.286W(m.K),水的热导率为0.667W(m.K),30时水的比热容为4.187KJ(kg.°C),水的热导率为0.617lW(m.K)o在定性温度下25%甘油的比热容为：CP=CP油X0.25+CP水X0.75=2.62×0.25+4.187×0.75=3.80KJ(kg.°C)1A=勺区+心(1一%)-1.4打(1一%)(公一勺一0.2)-0.0014%(1%)(720)=0.286×0.25+0.667×(1-0.25)-1.4×0.25×(1-0.25)(0.667-0.286-0.2)-0.0014×0.25X0.75X50=0.515W(m.K)%八Lk分别为25%甘油水溶液、甘油、水的热导率PH为甘油水溶液的质量分数，TmiX为混合甘油的溶液的温度具体各个温度下的各个物质的物性参数如下表：表一流体T/(Kgm3)/Pa.sCpKJ(kg.)W(m.)甘油701228.3556.5*1OT2.6200.286水70977.80.4061*1034.1870.667水30995.70.8007*1034.1780.61725%甘油701040.440.7225*1033.800.5154工艺计算及主体设备设计计算及选型4.1 计算热负荷和冷却水量热负荷Q=q(1一笃)=16.378×3.8×IO3×(100-40)=3734184V3734184= 89.473 Kg/s冷却水量2=%，(Ti-T2)=。2-G即cp2×(t-t2)4.178×105×(35-25)4.2 计算两流体的对数平均温度（暂按单壳程、多管程进行计算）r,l _(- 一幻- Tl) _ (I(X) -35)-(40-25) 而逆一一一ln40-25= 34.10CR = X =竺上”=6p=0133tl 3525图1壳侧单程、管侧2程或2n程的换热器温差修正系数由上图可查得温度修正系数e=0.925>0.8合理，故可用单壳程。矫正后的温度=Z”诞=0.925X34.10=31.54°C4.3 初选换热器规格设总传热系数Ko=513W(>oQ,故所需要传热面积为= 230.79wz2Q3734184K°Af513×31.54据此，由换热器系列标准选定换热器，相关参数如下表：壳径(mm)1100管子直径(mm)25x2.5公称压强MPa2.5管长(m)4.5管程数(N)4管子总数(n)716换热管材料碳钢管管子排列方法正方形斜转45°管程流通面积(in?)0.0562表二BES1100-2.5-243.4-4I型浮头式换热器25根据上述所选换热器，其总传热面积可以查得为，则在此条件下总传热面积K = -A×t3734184243.4×31.54= 486.4W(zn2oC)4.4 折流板本设计中采用圆缺形挡板，挡板切口高度与直径之比一般是0.15飞.45之间,且常见的是0.20和0.25这两种，故选用0.25型。即挡板高度人=0.25x1100=275/%/挡板间距B=150mmt折流挡板数乂=至-1=29块。cB0.155核算总传热系数5.1管程传热系数%由图表一可知30时水的物性常数0水=995.7=0.617W(m,oC)；出=252x2.5=20/用,2=4.187KJ(.oC)/=0.8007×103Pt75.每程管程的侧面积：At=-d2-=-×0.022X=0.056川'4N44管程冷却水的体积流量：/=纭=色丝=0.0899/3sp995.79管程冷却水流速：%=2=鳍更=L60而s(0.5,3)之间，故符合要求；A,0.056Re=也e=%沙丝孕2=39793.18KXXX),故管程内流体运动属于湍0.8007×103流区对于管程中的冷却水来说其被加热，故管程传热系数2=0.023X(也产×(2产=0.023竺X(竺出”字产X(4.178x0.8007产=66762y酒2J20.02O.8OO7×1O30.6175.2壳程传热系数四取管心距为t=53.28加o则流体通过管间最大面积为Ne+120+1SmaX=以1-，)=0.15×l.ll×(l-)=0.07360.05328qn,=pqv.=>qv.=_j57n3/srt,1,v,p1040.44qmax00157=0.213n5(0.2,1.5),符合要求0.0736管群排列方式为正方形斜转45°,管群当量直径为由4(r2-J22)4×(0.053282-×0.0252)dt,=支一=-4=0.120md,%X0.025SJl20x0.213x040=36792.2'0.7225×W3nc3.8×103×0.7255×103Pr=-l-=5.350.515壳程中0.25%甘油被冷却，故取(K严=0.95,故4ra=0.36×(±)(R,严5x(pr)3×(JL)=0.36××(36792.2)055×(5.35)7×0.954，,w0120=Ilo7.4W(OC)5.3 污垢系数得查阅相关资料可得，管内外的污垢热阻分别为Rsi=0.000342/./wRs=0.000172w2oCw5.4 总传热系数KDDdlI41cnnneCnnnm。您10.025+RS+R.+L+0.000172+0.000342X+XW"d2a2d21107.40.026676.260.02=591.Sm2oCw5.5 传热面积裕度Ai-3734184=2005"4l=纪”=Ll51(1.15J.25)面积裕度符合要求591.8x31.54Aif.200.055.6 管壁温度小Tax-ta170×1119.12+30×6676.26_.0r>"一a1+a21119.12+6676.26根据相关资料查得35.74C时25*甘油的粘度为4=5.399x10-34.S,7化时甘油的粘度为=3.47X10-3'.$。对于壳体:3.47 × 10 Q1415.39910 3 ；=0.940 0.95故壳体壁温可近似等于壳体流体的定性温度即，壳体壁温和传热管壁温温差*=T-h.=70-35.74=34.26oC,该温差较大，需要温度补偿装置，故选用浮头式比较合理。6压力损失的计算6.1 管程的压力损失设管壁粗糙度为£=0.2"%,则相对粗糙度为£=丝=0(X)8,d225Re=39793.18根据摩擦系数4与雷诺数Re及相对粗造度上的关系图查得a4=0.038,管子排列方式为正方形斜转45°,其中/=1.4,N=4Ini24SQQS7x162pz=(-+3)V-=(0.0038×+3)×1.4×4×：=27.5KPaaO1.3KPad220.022,符合要求。6.2 壳程的压力损失M=/¾Mc(N+l)+N(3.5普)卜耳，其中N=29,n=716,N7c=119()°=31.84,F=O.4v=1.15,y0=5.0Rer0228=5.0x(36792.2)-0228=0.454<”八一olox/2八CCSU2x0.151IlU995.7×0.2132pv=0.4X0.454×31.84×(29÷l)+29×(3.5)×1.15×=6.94KPa10L3KP«符合要求。7辅助设备的计算及选型7.1 管箱因为D=I100mm,在Iloon
