化工原理課程設(shè)計-水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設(shè)計

化工原理課程設(shè)計水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設(shè)計目錄設(shè)計題目和設(shè)計條件設(shè)計題目設(shè)計條件設(shè)計任務(wù)設(shè)計方案簡介選擇換熱器類型管程安排流向的選擇流體物性的確定流體定性溫度的確定定性溫度下流體的物性工藝計算及主體設(shè)備設(shè)計計算及選型計算熱負荷量及冷卻水量計算兩流體的對數(shù)平均溫度初選換熱器規(guī)格折流板核算總傳熱系數(shù)管程對流傳熱系數(shù)殼程對流傳熱系數(shù)污垢系數(shù)總傳熱系數(shù)K傳熱面積裕度壁溫壓力損失的計算管程的壓力損失殼程的壓力損失輔助設(shè)備的計算及選型接管拉桿直徑及拉桿數(shù)量放氣孔和排氣孔設(shè)計結(jié)果一覽表設(shè)計的評述參考文獻目錄1設(shè)計題目及設(shè)計條件 41.1設(shè)計題目 41.2設(shè)計條件 41.3 設(shè)計任務(wù) 42設(shè)計方案簡介 42.1選擇換熱器類型 42.2管程安排 42.3流向的選擇 43流體物性的確定 43.1流體定性溫度的確定 43.2定性溫度下流體的物性 54試算和初選換熱器規(guī)格 54.1計算熱負荷量和冷卻水用量 54.2計算兩流體的平均溫度 64.3初選換熱器規(guī)格 64.4折流擋板 75核算總傳熱系數(shù) 75.1管程對流傳熱系數(shù) 75.2殼程對流傳熱系數(shù) 85.3污垢熱阻 85.4總傳熱系數(shù) 85.5面積裕量 95.6核算壁溫 96壓力損失 91設(shè)計題目及設(shè)計條件1.1設(shè)計題目用水冷卻25%甘油的列管式換熱器的設(shè)計。1.2設(shè)計條件(1)甘油處理量：54925kg/h、進口溫度：100℃、出口溫度：40℃、壓強降：＜101.3kPa。

(2)冷卻水進口溫度：25℃、出口溫度：35℃、壓強降：＜101.3kPa。設(shè)計任務(wù)（1）根據(jù)設(shè)計條件選擇合適的換熱器型號，并核算換熱面積壓強降是否滿足要求并設(shè)計管道與殼體的連接，管板與殼體的連接，折流板數(shù)目、形式等；（2）繪制列管換熱器的裝配圖；（3）編寫課程設(shè)計說明書。2設(shè)計方案簡介2.1選擇換熱器類型兩流體溫差較大，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力會使管子扭曲，或從管板上脫落，甚至毀壞換熱器。應(yīng)在換熱器結(jié)構(gòu)上采取消除或減少熱應(yīng)力，故選擇浮頭式換熱器。2.2管程安排采用單殼雙管程設(shè)計，兩流體均不發(fā)生相變，且水的傳熱系數(shù)一般較大，易結(jié)垢，故選擇冷卻水走換熱器的管程，25%甘油走殼程。2.3流向的選擇兩流體在換熱器內(nèi)均無相變，沿換熱面流過時溫度連續(xù)地發(fā)生變化。故采用逆流方式，這樣可以較小的傳熱面積完成相同的換熱任務(wù)。3流體物性的確定3.1流體定性溫度的確定（1）由式（1）得：甘油的定性溫度為70℃，水的定性溫度為30℃，兩流體溫度差為40℃。3.2定性溫度下流體的物性純凈物（水和甘油）的物性直接通過查詢《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》可得，而25%甘油的物性參考《化學(xué)工藝設(shè)計手冊》經(jīng)驗公式推導(dǎo)得出。表（1）定性溫度下流體的物性流體T/℃ρ/(Kg/m3)μ/Pa·sCp/KJ/(kg·℃)]λ/[W/(m·℃)]甘油701228.3556.5*10-32.6200.286水70977.80.4061*10-34.1870.667水30995.70.8007*10-34.1780.61725%甘油701040.443.47*10-33.800.5154試算和初選換熱器規(guī)格4.1計算熱負荷量和冷卻水用量（1）熱負荷量Q按殼內(nèi)25%甘油計算（2）將qm1=54925kg/h,Cp1=3.8KJ/(kg.℃)代入公式(2)，求得熱負荷量Q=54925/3600*3800*(100-40)=3.48*106(W)（2）冷卻水流量（3）將Cp2=4.178KJ/(kg.℃)代入公式(3)，求得qm2==299734Kg/h4.2計算兩流體的平均溫度暫按照單殼程，雙管程進行計算。故逆流時平均溫度差為（3） =34.1℃由圖（1）得：溫度矯正系數(shù)為：=0.925圖（1）溫差修正系數(shù)表所以（4）=0.925*34.1=31·54℃4.3初選換熱器規(guī)格根據(jù)總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值為300~600W/（m2·℃），假設(shè)k估=512W/（m2·℃），故（5）=215.5m2按照GB/T151-2014要求，參照《化工原理》附錄十三，初選浮頭式換熱器規(guī)格如下：表（2）EBS900-2.5/1.6-216.8-6/25-1I型號換熱器規(guī)格殼徑D900mm公稱面積S216.8m2管程數(shù)NP2管長L6m中心排管數(shù)17管數(shù)n472管子規(guī)格Φ25*2.5管子排列方式正方形錯列材質(zhì)碳鋼4.4折流擋板換熱器采用圓缺形擋板，擋板切口高度與直徑之比為0.25，即擋板高度。取擋板間距，折流擋板數(shù)。5核算總傳熱系數(shù)5.1管程對流傳熱系數(shù)冷卻水在管程里流動，由表（1）可知30℃時水的物性常數(shù)，，，。管程的側(cè)面積，冷卻水質(zhì)量流量qm2=299734Kg/h，管程冷卻水流速=1.13m/s，，符合要求。雷諾數(shù)，故管程流動為湍流。對于管程中的冷卻水來說其被加熱，故殼程傳熱系數(shù)=3669.75.2殼程對流傳熱系數(shù)根據(jù)膨脹法，取換熱器列管中心距t=25mm，折流板間距h=150mm，則流體通過管間最大截面積為=0.0386m2流速u==0.387m/s管群排列方式為正方形斜轉(zhuǎn)45°，則當(dāng)量直徑為=0.037m雷諾數(shù)=4215.7>4000，故殼內(nèi)流體為湍流。=25.6殼程中25%甘油被冷卻，取=0.95，所以殼程傳熱系數(shù)=1383.995.3污垢熱阻參考《化工原理》表3-7，管內(nèi)，管外污垢熱阻分別為，5.4總傳熱系數(shù)管壁熱阻可以忽略，