最新化工原理课程设计用水冷却乙酸甲酯列管式换热器设计任务书.doc

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1、江西理工大学课程设计说明书（论文）题目 用水冷却乙酸甲酯列管式换热器设计任务书 课 程 名 称 化工原理 院 (系、部、中心) 资环学院 专 业 生物工程 班 级 生物111 学 生 姓 名 李弥 学 号 1120110553 设 计 地 点 黄金楼2605 指 导 教 师 肖隆文 目录一 符号说明1.1物理量（英文字母）.11.2物理量（希腊字母）.1二 设计目的 .1三 设计实例 .2四 确定设计方案 .24.1.1选择换热器的类型 .34.1.流动空间及流速的测定. 3五确定物性数据 . .3六计算总传热系数 6.1.热流量.4 6.2. 平均传热温差4 6.3 .冷却水用量.4 6.4

2、.总传热系数K.4七计算传热面积 .5八. 工艺结构尺寸.55.1.1 管径和管内流速 .55.1.2 壳程数和传热壳数 .65.1.3 平均传热温差校正及壳程数 .65.1.4 传热管排列和分程方法 .65.1.5 壳体内径 .85.1.6 折流板 .85.1.7 接管 .8九换热器核算 .96.1.1 热量核算 .96.1.2换热器内流体的流动阻力 .11十设计结果一览表.12十一.总结.13一、符号说明：1.1物理量（英文字母）B 折流板间间距，m n 指数Cp 定压比热容，kJ/(kg） N 管数d 管径，m S 传热面积，m2D 换热器内径，m t 管心距，mf 摩擦因数 u 流速，

3、m/sF 系数G 重力加速度，m/s2P 压力，pa；1.2 物理量（希腊字母） 对流传热系数，W/(m2） 密度，Kg/m3 导热系数，W/(m2） 有限差值 粘度 Pas下标 管外 m 平均二、 设计目的通过课题设计进一步巩固课程所学内容，培养学生运用理论知识进行化工单元过程设计的能力，使学生能够系统的运用知识。通过本次设计，学生应该了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调研技术资料，自行确定设计方案，独自设计计算，准确绘制图样，编写设计说明。 （三）设计实例操作条件：1、处理能力：二万吨/年乙酸甲酯。2、热流体：入口温度88，出口温度42。3、冷却介质：循环水，入口温度28 ，出口温度3

4、6。4、允许压强降：不大于10kPa。壳程总压力降小于5kpa, 管程总压力降小于10kpa一年的工作日一般300340天。可以自行选定。5、每天24h连续运行。（每年按 300天计）（四）确定设计方案1 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体（乙酸甲酯）进口温度88，出口温度42；冷流体（循环水）进口温度28，出口温度36。改换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较小，因此初步确定选用不带膨胀节的固定管板式换热器。2 流动空间及流速的测定管内流体流态最好完全湍流。Re10000，d=0.02，=0.001，=1000，故ui0.5m/由于循环

5、冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，热水（乙酸甲酯）走壳程。选用252.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/s。（五）确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程乙酸甲酯的定性温度为： 管程流体的定性温度为： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。乙酸甲酯在65下的物性数据循环冷却水在32下的物性数据密度o=873 kg/m3密度i=995.7 kg/m3定压比热容cpo=1.97kj/(kgK)定压比热容cpi=4.174kJ/(kgK)导热系数i=0.1234W/(mK)导热系数i=0.621 W/(mK)粘度o=0.0002435Pas粘度i=0

6、.0008 Pas（六）计算总传热系数1.热流量 Wo=1200001000300242777.78kg/hQo=Wocpoto=2777.781.97(88-42)=251722.22 kJ/h=69.923 kW2. 平均传热温差 热 冷3 .冷却水用量 88 36 42 284. 总传热系数K 管程传热系数 壳程传热系数 假设壳程的传热系数o=290 W/(m2)； 污垢热阻Rsi=0.000344 m2/W , Rso=0.000172 m2/W管壁的导热系数=45 W/(m)初选总传热系数395K W/(m2）（七）、计算传热面积 考虑 15的面积裕度，S=1.15S=1.156.1

7、1=7.03m2（八）、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速及管长 选用25mm2.5mm传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s，选用管长为L=6m表3-1 换热器常用流速的范围流速 介质 循环水 新鲜水一般液体易结垢液体低黏度油高黏度油气体管程流速，m/s1.02.00.81.50.531.00.81.80.51.5530壳程流速，m/s0.51.50.51.50.21.50.50.41.00.30.8215（2）管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 按单程管计算其流速为按单管程设计，传热管过长，宜采用多壳管程结构。先取传热管长L=6m，则该换热器壳程数为 (管程)传热

8、管总根数N=15*1=15（根）（3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，单管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得平均传热温差（4）传热管排列和分程方法 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。取管心距t=1.25 d0，则 t=1.2525=31.2532(mm)横过管束中心线的管数 中心管束排列4根管，即正六边形可排2层，按照管心束5计算：扣除4根拉管，因为是单程所以不用除去中心管束，即：1+（1+2）6=19， 19-4=15根。六边形中的管数为15根，再加上非正式排管1根所以实际需要16根管子 转热管排列方式正方形直列（5）壳体内径 采

9、用单管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为 精确公式D=t（Nc-1）+3do=32*（4-1）+3*25=171mm圆整可取D200mm GB15189钢制管壳式换热器(以下简称GB151)中的3.9.3.2条规定：“折流板的最小间距应不小于圆筒内直径的五分之一，且不小于50mm。最大间距应不大于圆筒内直径，且满足表322的要求”。表322mm 换热管外径d1014192532384557最大无支撑距8001100150019002200250028003200（6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为h0.2520050mm，故可取h100

10、mm。 取折流板间距B0.3D，则B0.320060mm，可取B为100mm。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/100-1=59(块)折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内乙酸甲酯流速为 u1m/s，则接管内径为 取标准管管径为30mm。 管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u1.5 m/s，则接管内径为 取标准管管径为40mm。（九）、换热器核算 （1） 热量核算 图 壳程摩擦系数f与Re的关系壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 粘度校正 管程

11、对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数传热系数K传热面积S该换热器的实际传热面积Sp该换热器的面积裕度为 要求在10%-30%传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=1, Ft=1.4由Re10455，传热管相对粗糙度0.01/200.0005，查莫狄图得i0.0375W/m， 流速ui0.420m/s，995.7 kg/m3，所以 管程压力降在允许范围之内。壳程压力降流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 壳程压力降也在合理压力降范围内。 十、设计结果一览表表格 1换热器形式

12、：固定管板式换热面积（m2）:6.41工艺参数名称管程壳程物料名称循环水乙酸甲酯操作压力，Pa0.3Mpa0.5Mpa操作温度，28/3688/42流量， kg/h7538.402777.78流体密度，kg/m3995.7873流速，m/s0.2200.420传热量，kW69.923总传热系数，W/m2K392.34传热系数，W/（m2）2303745污垢系数，m2K/W0.0003440.000172阻力降，Pa1766.14865程数11推荐使用材料碳钢碳钢管子规格mm25mm2.5mm管数15管长mm:6000管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm100切口高度25%壳

13、体内径，mm200保温层厚度，mm未知十一、总结通过本次课程设计，我对换热器的结构、性能都有了一定的了解，同时，在设计过程中，我也掌握了一定的工艺计算方法。换热器是化工厂中重要的化工设备之一，而且种类繁多，特点不一，因此，选择合适的换热器是相当重要的。在本次设计中，我发现进行换热器的选择和设计是要通过反复计算，对各项结果进行比较后，从中确定出比较合适的或最优的设计，为此，设计时应考虑很多方面的因素。在满足工艺条件的前提下选择合适的换热器类型，通过分析操作要求及计算，本次设计选用换热器为上述计算结果。此外，其他因素（如加热和冷却介质用量，换热器的检修和操作等），在设计时也是不可忽略的。根据操作要

14、求。在检修和操作方面，固定管板式换热器由于两端管板和壳体连接成一体，因此不便于清洗和检修。本次设计中，在满足传热要求的前提下，考虑了其他各项问题，但它们之间是相互矛盾的。如：若设计换热器的总传热系数较大，将导致流体通过换热器的压强降（阻力）增大，相应地增加了动力费用；若增加换热器的表面积，可能使总传热系数或压强降减小，但却又受到换热器所能允许的尺寸限制，且换热器的造价也提高了。因此，只能综合考虑来选择相对合适的换热器。然而在本次设计中由于经验不足，知识有限，还是存在着很多问题。比如在设计中未考虑对成本进行核算，仅在满足操作要求下进行设计，在经济上是否合理还有待分析。在设计的过程中我发现板式换热器采用同一板片组成不同几何尺寸和形状的流道（非对称流道）解决了两侧水流量不等的问题，同时与对称结构相比具有相同的耐压性和使用寿命。总之，通过本次设计，我发现自己需要继学习的知识还很多，我将会认真请教老师，不断提高自己的知识水平，扩展自己的知识面。