化工原理课程设计—用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计.doc

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1、设计题目：用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计设 计 者：指导教师： 设计成绩：进度 说明书 图纸 总分 日 期：目录一、 设计题目和设计条件31 设计题目：用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计32 设计条件33 设计任务：3二、 设计方案简介31 选择换热器的类型：42 管程安排：43 流向的选择：4三、 工艺计算及主体设备设计计算及选型41 条件确定42 冷却水43 流体定性温度的确定54 定性温度下流体的物性5四、 工艺计算及主体设备设计计算及选型51 计算热负荷和冷却水量52 计算两流体的对数平均温度。暂按单壳程、多管程进行计算。63 初选换热器规格64 折流板7五、 核算总传热系

2、数71 管程传热系数72 壳程传热系数83 污垢系数得：94 总传热系数K105 传热面积裕度106 管壁温度10六、 压力损失的计算111 管程的压力损失112 壳程的压力损失11七、 辅助设备的计算及选型121 管箱122 封头123 旁路挡板124 接管125 导流筒136 放气孔、排气孔13八、 设计结果一览表13九、 对设计的评述14参考文献14附录：参考图纸15一、 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： 1015kg/S、进口温度：100120、出口温度：4045、压强降：101.3kPa (2)冷却水进口温度：（2

3、025范围选择）、出口温度：（3035范围选择），压强降：101.3kPa3、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：题目要求规定为列管式换热器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、

4、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、工艺计算及主体设备设计计算及选型1、条件确定(1)甘油 处理量： 14kg/S、进口温度：100、出口温度：40。 2、冷却水进口温度：25、出口温度：35。3、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：管程冷却水的定性温度为：4、定性温度下流体的物性查表知，在T下，甘油的比热容=2.

5、66，水的比热容=4.167；在t下，水的比热容=4.174。即在T下，25%甘油的比热容=3.790三、 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=143.790=3183.6冷却水量=76.2722、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，=-=100-35=65；=-=40-25=15对数平均温度为=34.10R=6； P=0.133查图表1得，温差修正系数为：=0.9图表 1 壳侧单程、管侧2程的换热器温差修正系数=0.934.10=30.693、初选换热器规格：设总传热系数为=510则所需的传热面积为=203.40据此，由换热器系

6、列标准陈敏恒主编.附录-表浮头式（内导流）换热器的主要参数.化工原理（上册）.第三版.北京：化学工业出版社.2010.07（设换热器为浮头式）中选定换热器，有关参数见图表2。壳径(mm)1000管子尺寸(mm)公称压强(MPa)2.50管长(m)4.5管程数2管子总数606管子排列方法正方形斜转换热管材料钢图表 2换热器相关参数则总传热面积为A=216.8即总传热系数为=502.104、折流板采用圆缺型折流板，去圆缺形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为 H=0.251000=250mm假定折流挡板间距是壳体内径的0.2倍，则折流挡板间距=10000.2=200mm，则可取 B

7、=200mm折流板板数五、 核算总传热系数1、管程传热系数查定性温度t=30水的物性： 水的质量流速：=76.272每程管侧的流道面积：管内冷却水的质量流速：=727.092水的体积流速：=0.0766水的流速：=0.7302则=19069.497（湍流）即10000，则=3528.4692、壳程传热系数管心距取32mm 陈英南主编.P44 表2-8.常用化工单元设备的设计.2010.01，流体通过管间最大截面积为A=BD（1-）=0.201.0=0.0688查定性温度下，甘油的物性 刘光启主编. P587-616图表. 化学化工物性数据手册有机卷.北京：化学工业出版社.2010.07： 25

8、%的密度=1048 燃料化学工业部石油化工设计院. 石油化工设计参考资料 6 物性数据 P-V-T部分.顾庆超主编. 新编化学用表. 南京市：江苏教育出版社, 1998.壳内甘油质量流速=203.49流速: =0.1942正方形排列，管间距为32mm时，管群的当量直径：=0.02715 = 7616.28Pr= 4.824设 =1646.6873、污垢系数得：查阅资料得管侧、壳侧的污垢热阻分别取待添加的隐藏文字内容3r=0.000352 m2/W r=0.000172 m2/W=17.4 4、总传热系数K=1.668K=599.525、传热面积裕度则计算所需传热面积为=173.0286所以实际

9、传热面积与计算面积比为：1.194传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。6、管壁温度 =查43下甘油的黏度= 1.0954Pa.s；水的黏度=0.6207Pa.s。对壳侧 对管侧 =1.036所以计算管侧、壳侧时假定的值是正确的。壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=70。壳体壁温和传热管壁温之差为 =70-43=27。 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、管程的压力损失图表 3摩擦系数与雷诺数 及相对粗糙度/d的关系设管壁粗糙度又Re=19069.497，查图表3得，摩擦阻力系数0.036正方形排列，

10、其中=9.87管程流体阻力在允许范围之内。2、壳程的压力损失=21，=606，=1.19=29.29，F=0.4，=1.15=0.05353=0.24969505.93=0.6270=8.196壳程流体阻力在允许范围之内。七、 辅助设备的计算及选型1、管箱因为D=1000mm,在900mmD，所以应选选封头管箱。钱颂文.换热器设计手册.北京:化学工业出版社,20022、封头因为D400mm，所以采用圆形封头。3、旁路挡板因为DN=1000mm，在800mm1200mm之间，所以旁路挡板数量选3对。4、接管管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速u=2.0m/s，则接管内径为 0.221=221m

11、m圆整后可取管内径为225mm壳程流体进出口接管：取接管内25%甘油流速u=1.5m/s，则接管内径为 圆整后可取管内径为110mm5、导流筒壳程流体的进出口和管板间必须存在有一段流体不能流动的空间（死角），为了提高传热效果，常在管束外增设导流筒，使流体进出壳程时必然经过这个空间。6、放气孔、排气孔换热器的壳体上常设有放气孔、排气孔，以排除不凝气体和冷凝液等。八、设计结果一览表表格 1 设计结果一览表参数管程壳程流率(kg/s)76.27214进/出口温度/25/35100/40压力/KPa9.8758.196物性定性温度/3070密度/（kg/m3）995.71048定压比热容/kJ/（kg

12、K）4.1743.790粘度/（Pas）0.800710-30.725510-3热导率（W/mK） 0.61710.570普朗特数5.4164.824设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/900台数1管径/252.0管心距/32管长/4500管子排列正方形斜转管数目/根606折流板数/个21传热面积/206.6折流板间距/200管程数2材质钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）0.73020.1942表面传热系数/W/（k）3528.4691646.687污垢热阻/（k/W）0.0003520.000172阻力/ Pa98758196传热系数/W/（K）502.10裕度/% 19.4%九、

13、对设计的评述一开始做这个设计的时后，没有一点头绪，无从下手，只好按照书上即能找到的例子一步步计算，而且比热容、粘度、热导率等等都要查表。因为一个数字的错误选择，就能导致整个设计作废，必须修改重算。在历经多次的重算修改后，终于熟悉整个设计过程，理清了思路。通过设计过程我们懂得了没有科学地规划，只会一直处在盲目地计算、改数字、再次计算等等阶段。这次化工原理课程设计给我留下了极深的印象，也让我们有了很多的收获。化工原理课程设计是旨在学生的工程设计能力，对所学知识进行一次综合性训练。而这次我们进行的是对换热器的设计及选择。本次课程设计是对换热器及其附件一起进行设计的，不能单独只考虑一个或几个基本构件的

14、情况，要综合考虑，对其各个因素进行认真考虑，整体构思。将设计题目、设计内容与生产实践相结合，设计题目来源于生产实际，具有很深的实际意义。在这次课程设计中充分运用了个人努力与团队协作，通过我和同学两人的分工合作，让我们有了更多从事设计工作的经验，也增进了朋友之间的友谊。通过这次设计使我们对所学知识的综合应用能力、分析和解决工程实际问题能力都得到了提高，为今后的工作做了必要的准备，对我们有很大帮助。由于设计经验不足，加上时间仓促，难免有错误之处，恳请老师批评指正。参考文献陈敏恒主编.化工原理（上册）.第三版.北京：化学工业出版社.2010.07黄建伟主编.普通物理实验. 哈尔滨市：黑龙江教育出版社, 2009.03钱颂文.换热器设计手册M.北京:化学工业出版社,2002陈英南主编.常用化工单元设备的设计.2010.01刘光启主编.化学化工物性数据手册有机卷.北京：化学工业出版社.2010.07燃料化学工业部石油化工设计院.石油化工设计参考资料6物性数据 P-V-T部分.顾庆超主编. 新编化学用表. 南京市：江苏教育出版社, 1998.壳式换热器GB1511999钱颂文.换热器设计手册.北京:化学工业出版社,2002