化工原理课程设计列管式换热器设计.doc

化工原理课程设计福建农林大学食品科学学院课 程 设 计授课时间：20102011年度 第 1 学期题 目： 列管式换热器设计 课程名称： 化工原理课程设计 专业年级： 食品科学与工程2007级 学 号： 070941114 姓名： 何纯点 成 绩： 指导教师： 廖益强 2010年12月25日课程设计任务书食品科学学院班级：2007级食品科学与工程 课程名称： 化工原理课程设计 填写时间：2010年12月15日课程设计任务设计题目：列管式换热器设计设计条件：设计一列管式换热器，采用冷却水将饱和水蒸汽冷凝。冷却水进口温度20，出口温度40；冷却水流量50000kg/h；蒸汽冷凝温度130 ；蒸汽冷凝时的对流传热系数4000 W/(m2·K)。设计内容：管程数，管数，管长，壳体内径学生姓名学号何纯点 070941114参 考文 献1 匡国柱. 化工单元过程及设备课程设计. 北京：化学工业出版社，20062 贾绍义，柴诚敬主编. 化工原理课程设计. 天津：天津大学出版社，20023 蕲明聪，程尚模，赵永湘. 换热器. 重庆：重庆大学出版社，19904 聂清德编. 化工设备设计. 北京：化学工业出版社，19915 袁林根. 机械工程手册（第二版）. 北京：机械工业出版社，19976 王顺平. 烧碱蒸发系统的技术改造. 中国氯碱，2005，（1）：277 时钧等主编. 化学工程手册. 北京：化学工业出版社，1996设计的基本要求、任务课程设计是本课程教学中综合性和实践性很强的环节，是理论联系实际的桥梁。通过课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通、独立思考，在规定的时间内完成指定的化工单元操作的设计任务，从而得到工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容和设计步骤，掌握化工单元设计的程序和方法，具备分析和决工程实际问题的能力。完成设计方案的简介、换热器的工艺设计计算、绘制工艺流程图设 计进 度安 排12月19日，布置任务，查阅、收集相关设计资料、参考文献等；12月20日，完成设计计算；12月21日，完成设计说明书。指导教师（签名）： 职称： 系（教研室）主任（签名）： 主要符号说明（1）水蒸气 汽化潜热 r s1 kJ·kg-1 进口温度 T1 出口温度 T2 密度 1 kg·m-3 比热容 Cp1 kJ·kg-1 ·-1 黏度 1 mPa·s 热导率 1 W·m-1·k-1 （2）冷却水流量 ms2 kg·h-1 进口温度 t1 出口温度 t2 密度 kg·m-3 比热容 Cp2 kJ·kg-1·-1 黏度 2 mPa·s热导率 1 W·m-1·k-1对流传热系数 K W/(m2·K) 传热量 Q kJ·h-1平均温差 tm 体积流量 V m·h 管程给热系数 W·m-2·k-1壳程给热系数 W·m-2·k-1 流速 u m·s-1雷诺数 Re洁净河水的污垢热阻 Rs1 m2·k·W-1饱和水蒸气的污垢热阻 Rs2 m2·k·W-1目录课程设计任务书1主要符号说明2目录3设计说明书4一、设计题目4二、设计条件4三、设计内容4四、设计说明41.计算传热量Q、对数平均温差tm52.初定传热面积A53.初选换热器型号54.校核传热系数K6（一）求和6（二）求传热系数K的值65.校核传热面积A07设备布置流程图7参考文献8评分表9 福建农林大学食品科学学院食科2007级化工原理课程设计说明书姓名 何纯点 学号 070941114 一、设计题目列 管 式 换 热 器 选 型 设 计二、设计条件1、设计一列管式换热器，采用冷却水将饱和水蒸汽冷凝。冷却水进口温度20，出口温度40；冷却水流量50000kg/h；蒸汽冷凝温度130 ；蒸汽冷凝时的对流传热系数4000 W/(m2·K)。2、已知冷却水走管程，饱和水蒸气走壳程。（忽略热损失）三、设计内容根据上述条件通过计算选择一台合适的列管式换热器（需写出换热器的型号）。四、设计说明（1）饱和水蒸气的物性数据近似按如下取值：汽化潜热 r s1=1800 kJ·kg-1进口温度 T1=130出口温度 T2=130密度 1=934.8 kg·m-3比热容 Cp1=4.266 kJ·kg-1 ·-1黏度 1=0.218×10-3Pa·s=0.218 mPa·s 热导率 1 =0.686 W·m-1·k-1（2）水的物性数据近似按如下取值：流量 m s2=50000kg·h-1进口温度 t1=20 出口温度 t2=40密度 =（）/2=995.2 kg·m-3比热容 kJ·kg-1 ·-1黏度 2=(1.005+0.653)/2=0.829 mPa·s 热导率 1 =(0.599+0.634)/2=0.617 W·m-1·k-11 计算传热量Q、对数平均温差tm(一)Q的计算 Q= ms·Cp·t =ms2·Cp2·（t1t2 ）=50000×4.178×（4020）=4178000kJ·h-1 =1160600W（二）tm的计算项目逆流TtttmT1=130T2=130 t2=40t1=20t= T1t290 tT2t1110tm（tt）/（lnt/t）99.67tm99.67。2初定传热面积A蒸汽冷凝时的对流传热系数750 W/(m2·K)。则所须传热面积为 A=Q/（K·tm）=1160600/(750×99.67)=15.52m23初选换热器型号由于两物体的温差较大，以采用浮头式列管为宜。为了让饱和水蒸气更好地散热，饱和水蒸气应该走壳程，水走管程。在决定管数和管长时，首先要选定管内流速u2。按表611P203可查得冷却水作为管程时的流速范围为13.5 m·s-1。取u21.0 m·s-1，设所需单程管数为n，管径为25mm×2.5mm，管内径为0.02m。根据热量衡算式Q=ms1·r s1ms2·Cp2·（t2 t1）得 m s1=Q/ r s1=4178000/1800=2321.11kJ·h-1=644.75W V2= ms2/=50000/995.2=52.35m·h由管内体积流量得 V2n××d22×u2ms2/2 即n××0.022×1.0×360052.35 m·h得 n46.31 取n47 即单程管数为47根又由传热面积An dol15.52m2得单程管长l A/ndo15.52/(47×3.14×0.025) m=4.2m选用3m长的管，2管程，则一台换热器的总管数为47×294根。查附录十九1P277得相近浮头式换热器的主要参数如下表：项目数据项目数据壳径D(DN)500mm管尺寸25mm×2.5mm管程数Np（N）2管长l（L）3m管数n124管排列方式正方形旋转45°中心排管数nc8管心距t32mm管程流通面积S20.0194 m2传热面积A28.3m2对表的数据进行核算（1）每程管数n1 每程管数n1=总管数n/管程数=124/2=62 管程的流通面积Si·d22·n1×0.022×620.01947m2 与查得的数据相符合（2）传热面积AA doln3.14×0.025×3×12429.2m229.2m2与所查得的28.3m2相比，稍大，这是由于管长的一小部分需用于在管板上固定管子。以查得的28.3 m2的为准。（3）中心排管数nc 查得nc8，若按图613（c）1P203排列,n最多为25。以下按正方形排列 Nc=1.19=1.19=13.25，取Nc=144校核传热系数K(一) 求和（1）求管程给热系数流速 ui= Vi /(3600×Si)=40.2/(3600×0.0194)=0.576 m·s-1雷诺数 Reidi·ui·i/i0.02×0.576×995.2/(0.829×10-3)=13829Pri=Cpi·i /i4.266×103×0.218×10-3/0.617=1.36作为粗略估计，用Re>104的公式算出值 由公式Nu=0.023 Re20.8Pr2n ，且管内流体被加热,n取0.4 得Nu1=0.023×138290.8×1.360.4=53.43故 =Nui·i/di=53.43×0.686/0.02=1832.6 W·m-2·k-1(2)壳程给热系数=4000 W·m-2·k-1（二）求传热系数K的值以管外的表面积为基准又查表551P145知 井水的污垢热阻 Rs1 =0.58×10-3m2·k·W-1饱和水蒸气的污垢热阻 Rs2=0.052×10-3 m2·k·W-1得 1/1832.6×(0.025/0.02)+0.58/1000×(0.025/0.02)+0.052/1000+1/4000 1.71×10-3m2·k ·W-1故 Ko=585W·m-2·k-15校核传热面积A0 所需的传热面积 A0=Q/（Ko·tm）=1160600/(585×99.67)19.9m2 与换热器列出的面积A28.3m2比较，从阻力损失和传热面积的核算看，原选的换热器型号合适。参考文献：1化工原理.上册/谭天恩,窦梅,周明华等编著. 3版. 北京：化学工业出版社,2006.42 贾绍义，柴诚敬主编. 化工原理课程设计. 天津：天津大学出版社，20023 蕲明聪，程尚模，赵永湘. 换热器. 重庆：重庆大学出版社，19904 聂清德编. 化工设备设计. 北京：化学工业出版社，19915 袁林根. 机械工程手册（第二版）. 北京：机械工业出版社，19976 王顺平. 烧碱蒸发系统的技术改造. 中国氯碱，2005，（1）：277 时钧等主编. 化学工程手册. 北京：化学工业出版社，19968 匡国柱. 化工单元过程及设备课程设计. 北京：化学工业出版社，2006福建农林大学食品科学学院课程论文(设计)评分表学生姓名： 何纯点 学号： 070941114填表日期：_2010_年_12_月_27_日题目列管式换热器设计评价内容评价指标评分权值评定成绩工作量工作量饱满，能独立查阅文献0.1业务水平有扎实的基础理论知识和专业知识；能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能对课题进行理论分析，得出有正确的结论0.3论文质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解0.4工作态度按期完成规定的任务；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实0.2合 计1.0指导教师签名： - 9 -