化工原理课程设计

目录

一、设计任务书

二、设计计算

2.1确定设计方案

2.11选择换热器的类型

2.12管程安排

2.2确定物性数据

2.3估算传热面积

2.31热流量

2.32冷却水用量

2.33平均传热温差

2.34初算传热面积

2.4工艺结构尺寸

2.41管径

2.42 管程数和传热管数

2.43 平均传热温差校正及壳程数

2.44 传热管排列和分程方法

2.45 壳体直径

2.46折流板

2.47接管

2.5换热器核算

2.51传热面积校核

2.52换热器内压降的核算

三、设计结果汇总表

四、设计评述及设计收获

五、参考资料

一、设计任务书

某生产过程中，反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混合气体的流量为3×10㎏/h,压力为6.9MPa,循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为29℃，出口温度为39℃，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。

二、设计计算

2.1确定设计方案

2.11选择换热器的类型两流体的温度变化情况：

热流体进口温度110℃，出口温度60℃；

冷流体的进口温度29℃，出口温度为39℃。

该换热器影片能够循环冷却水冷却，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好人壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。

2.12管程安排

从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，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，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混合气体走壳程。

2.2确定物性数据

定性温度：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。故壳程混合气体的定性温度为

11060

852

T +=

=o C

管程流体的定性温度为： 3929

342

t +=

=o

C

已知混合气体在85℃下的有关数据如下，

3

190/kg m ρ=；

,1 3.297/()o

p c kJ kg C =⋅ ；10.0279/()o W m C λ=⋅; 51 1.510P a s μ-=⨯⋅。

查得循环水在

34℃下的物性数据：3

1994

.3/k g m ρ=；,1 3.2974.174/()

o

p c kJ kg C =⋅；

10.624/()

o

W m C λ=⋅；

3

10.74210P a s μ-=⨯⋅。

2.3估算传热面积

2.31热流量（忽略热损失）

57

,,310 3.297(11060) 4.945510T m h p h Q q c T =∆=⨯⨯⨯-=⨯(/)13737.5()kJ h kW =

2.32冷却水用量（忽略热损失）

3

,3

,13737.510

4.1741010

T m c p c Q q c t

⨯=

=

∆⨯⨯329.12(/)1184835(/)kg s kg h ==

2.33平均传热温差

先按照纯逆流计算，得

(110

39)(6029)11039

ln

6029

m t ---∆=

--48.3o

C =

2.34初算传热面积 由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K 值。

假设K=320W/(㎡.℃),则估算的传热面积为

S 估=

3

2

13737.510889()32048.3

T m

Q m K t ⨯=

=∆⨯

2.4工艺结构尺寸

2.41管径

选用25 2.5mm mm ∅⨯较高级冷拔传热管（碳

钢），取管内流速 1.3/i u m s =

2.42 管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数

2

2

1184835/(3600994.3)N s 8110.7850.02 1.3

4

v

i q d u

π

⨯=

=

=⨯⨯

按单程管计算，所需的传热管长度为

L =

s

o N d S π估

889

143.140.025811

=

≈⨯⨯

按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=7m ，则该换热器的管程数为

142

7

L N p l

=

=

=

传热管总根数 n=811×2=1622

2.43 平均传热温差校正及壳程数 平均温差校正系数计算如下

2111

39290.124

11029

t t P T t --=

=

=--

12

21

110605

3929

T T R t t ---=

=

=-

按单壳程，双管程结构，查图得

0.96t ϕ∆=

平均传热温差 '

0.9648.3

46.4

o

m t t t C ϕ∆∆=∆=⨯= 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。

2.44 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 1.25t o P d = , 1.252531.2532()t P m m =⨯=≈ 隔板中心到离其最近一排管中心距离按式计算 326622()22

t P Z m m =

+=

+=

各程相邻管的管心距为44㎜

2.45 壳体直径 采用多管程结构，壳体直径可按式估算。取管板利用

0.75η=，则壳体直径为

1.051.052/0.751563(

D m m ==⨯=