哈工大-化工原理課程設計-大作業(yè)-列管換熱器的設計與選用-修正版

1、Harbin Institute of Technology課程設計說明書（論文）課程名稱： 化工原理 設計題目： 列管換熱器的設計與選用 院 系： 化工與化學學院 班 級： 2333333 設 計 者： 吉安娜 學 號： 2333333333 指導教師： 徐衍嶺 設計時間： 2016年11月11日 （僅供交流學習之用，請在下載后24h內(nèi)刪除）哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學課程設計任務書 姓 名：吉安娜 院 （系）：化工與化學學院 專 業(yè)：占卜學 班 號：23333333 任務起至日期： 2016年 11 月 01 日至 2016 年 11 月 17 日 課程設計題目： 列管換熱器的設計與選用

2、已知技術參數(shù)和設計要求：1. 處理能力：10.125104噸/年（年開工天數(shù)300天，每天開工24小時）2. 操作條件：溫度：苯：入口溫度：80 出口溫度：40水：入口溫度：25 出口溫度：30（25+510）允許壓力：不大于60KPa3. 設備型式：列管式換熱器 工作量： 工作計劃安排： 同組設計者及分工： 指導教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字_ 年 月 日*注：此任務書由課程設計指導教師填寫。哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）一、 設計條件4. 處理能力：10.125104噸/年（年開工天數(shù)300天，每天開工24小時）5. 操作條件：溫度：苯：入口溫度：80 出口

3、溫度：40水：入口溫度：25 出口溫度：30（25+510）允許壓力：不大于60KPa6. 設備型式：列管式換熱器二、 設計方案1. 估算傳熱面積，初選換熱器型號1) 確定出口溫度一般來說，設計時冷卻水兩端溫度差可取為510。缺水地區(qū)選用較大的溫度差，水資源豐富地區(qū)選用較小的溫度差。哈爾濱地處北方，水資源相對缺乏，故選擇冷卻水較大的溫度差10，即冷卻水的出口溫度為35。2) 基本物理性質(zhì)數(shù)據(jù)冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，取入口溫度為：25，出口溫度為：35苯的定性溫度：Tm=80+402=60水的定性溫度：tm=(25+35)2=30兩流體的溫差：Tm-tm=60-30=30查表，知兩流體在定性溫度下的物

4、性數(shù)據(jù)如下：表1. 苯和水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)流體名稱密度/m3比熱KJ/()粘度 mPas導熱系數(shù)W/(m)苯836.61.8280.3810.151水996.354.1760.8520.6133) 計算熱負荷（不計熱損失） 苯的質(zhì)量流量qm1=10.12510410330024=14062.5Kgh 熱負荷Q=qm1cp1T1-T2=14062.536001.82810380-40=2.86105W 冷卻水消耗量qm2=Qcp2(t2-t1)=2.8610536004.17610335-25=2.47104Kgh4) 確定流體的流徑該設計任務的熱流體是苯，冷流體為水，本換熱器處理的是兩流

5、體均不發(fā)生相變的傳熱過程，為使苯通過殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，且水易結(jié)垢，令苯走殼程，水走管程。5) 計算平均溫度差暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時平均溫差。苯 80 40 t1=T1-t2=80-35=45冷卻水 35 25 t2=T2-t1=40-25=15t1t2=4515=32故 tm逆=t1-t2lnt1t2=T1-t2-(T2-t1)lnT1-t2T2-t1=80-35-(40-25)ln80-3540-25=27.31計算R和PR=T1-T2t2-t1=80-4035-25=4 P=(t2-t1)(T1-t1)=(35-25)（80-25）=0.18由書本P147圖4-

6、25（a）查得溫度校正系數(shù)=0.90，又0.8，故單殼程、雙管程可行，其平均溫度差如下tm=tm逆=0.9027.31=24.5796) 選取總傳熱系數(shù)，估算傳熱面積參考書本P152表4-7，選用總傳熱系數(shù)K估=500W/(m2K)，則A估=QK估tm=2.8610550024.579=23.27m27) 初選換熱器型號由于兩流體溫差Tm-tm=60-30=3050，且允許壓強降不大于50kPa，故可選擇固定管板式換熱器。 流程的選定由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，選定循環(huán)水走管程；為了便于苯的散熱，減少冷卻劑用量，選定苯走殼程。 流體流速的選擇由書上P174表4-9、表4-10可知：

7、水為易結(jié)垢液體，且在定性溫度下，水的粘度 w=0.852mPas104 (湍流)取管壁粗糙度=0.1mm，d1=0.120=0.005，由關系圖中查得=0.036，所以P1=Ld1ui22=0.03660.02996.351.1522=7.12PaP2=3ui22=3996.351.1522=1.98Pa管程壓強降：Pi=（P1+P2）FtNpNs=7.12+1.981.441=50.96Pa60KPa故管程壓強降50.96Pa2000（湍流）故殼程流體摩擦因數(shù)：f0=5.0Re0-0.228=5.010671.59-0.228=0.603所以P1=Ff0ncNB+1u022=0.40.603

8、1019+1836.60.18022=653.79Pa 流體流經(jīng)折流板口的阻力P2=NB3.5-2hDu022=193.5-20.30.4836.60.18022=515.01Pa 殼程壓強降：P0=P1+P2FtNs=653.79+515.011.151=1344.12Pa60KPa故殼程壓強降1344.12Pa60KPa，符合工藝要求。計算表明，管程和殼程的壓強降都能滿足設計的要求。2. 核算換熱器總傳熱系數(shù)1) 管程對流傳熱系數(shù)已算出Rei=2.69104故Pri=Cp=4.1761030.85210-30.613=5.804i=0.023dRei0.8Pri0.4=0.0230.613

9、0.02(2.69104）0.85.8040.4=4982.54Wm-2K-12) 殼程對流傳熱系數(shù)0=0.36dRei0.55Pri13(w)0.14已算出Re0=10671.59故Pr0=Cp=1.8281030.38110-30.151=4.61 粘度校正 ()1故0=0.36deRei0.55Pri13(w)0.14=0.360.1510.02710671.590.554.611/310.14=550.40Wm-2K-13) 參考教材附錄，管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別取為：Rsi=0.2610-3m2KW-1 Rs0=0.17610-3m2KW-14) 總傳熱系數(shù)忽略管壁熱阻時，總傳熱系數(shù)如

10、下：Ke=110+Rs0+Rsid0di+d0idi=11550.40+0.17610-3+0.2610-30.0250.02+0.0254982.540.02=389.30(Wm-2K-1)由前面的計算知，在規(guī)定的流動條件下，計算出的Ke=398.90(Wm-2K-1)，而所選用換熱器的總傳熱系數(shù)為K=QA選tm=2.861053524.579=332.46(Wm-2K-1)，故所選擇的換熱器是合適的。其安全系數(shù)為389.30-332.46332.46100%=17.10%（滿足要求，在范圍之內(nèi)：10%25%）3. 核算換熱器傳熱面積A=QKtm=2.86105389.3024.579=29

11、.89m2與原估值基本相符，且A選A=3529.89=1.17，即與所選換熱器的面積A選=35m2相比較，有17%的裕量。滿足要求，在范圍之內(nèi)：10%25%。綜上計算表明，所選換熱器的規(guī)格可用。四、 設計結(jié)果一覽表換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果參數(shù)管程（冷卻水）殼程（苯）流量/(kg/h)2.471041.41104進/出口溫度/25/3540/80壓強降MPa60kPa物性定性溫度/3060密度/（kg/m3）996.35836.6定壓比熱容/kJ/（kg）4.1761.828黏度/（Pas）0.8520.381導熱系數(shù)/（W/m） 0.6130.151設備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式傳熱面積/35殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/400管程數(shù)4管徑/252.5管長/6000管子排列正方形錯列管子總數(shù)/根76管心距/