化工课程设计热水冷却器

《化工原理课程设计》

2013-2014第二学期

设计题目：热水冷却器的设计

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目录

1.确定设计方案 (3)

1.1 选择换热器的类型 (3)

1.2 设计要求 (3)

1.3 符号说明 (3)

2热水冷却器的设计工艺计算 (4)

2.1 设计原始数据 (5)

2.2 设计计算 (6)

2.3 初估换热面积及初选版型 (6)

2.4 计算总传热系数K (8)

(1) 计算热水侧的对流给热系数 (8)

(2) 计算冷水侧的对流给热系数 (8)

(3) 金属板的热阻 (8)

(4) 污垢热阻 (9)

(5) 总传热系数K (9)

2.5 计算传热面积 (10)

2.6 压降计算 (10)

3设计结果评价 (11)

[参考文献] (12)

1. 确定设计方案

1.1 选择换热器的类型

两流体温度变化情况：热流体进口温度85℃，出口温度55℃；冷流体人口温度32℃，出口温度40℃。该换热器用循环冷却水冷却，初选BJ0.2锯齿形波纹板片的板式热水冷却器。

1.2设计要求

处理能力：

a

t 4

1027.1⨯ 热水

设备形式：锯齿形板式换热器 操作条件

热水：入口温度80℃，出口温度:60℃，压力为0.2Mpa 。 冷却介质：循环水，入口温度32℃，出口温度40℃，压力为0.3Mpa 。

允许压降：不大于5

10 Pa

每年按330天计，每天24 小时连续运行

1.3符号说明

2. 热水冷却器的设计工艺计算

2.1设计原始数据

出入换热器的流体温度及流量、设计压力如表所示：

表介质的温度及流量

查化工原理附录，两流体在定性温度下的物性数据如下表：

表介质的定性温度及物性数据

2.2设计计算

计算热负荷Q

()W T T c W Q ph h 4211072.360-8041873600

1600

)(⨯=⨯=

-= 1.流体的平均温度Tm 和tm:

C m 7026080221=+=T +T =

T C t t t m ︒=+=+=36240

32221

2. 计算有效平均温差

逆流平均温度差可按1

21

2ln t t t t t m ∆∆∆-∆=

∆=33.6℃ 其中, C t T t C t T t ︒=-=-=∆︒=-=-=∆404080,283260212121

2.3初估换热面积及初选板型

对于粘度小于1×10-3Pa 〃s 的热水与循环冷却水的换热，列管式换热器的K 值大约为850～1700W/m 2•C ︒，而板式热水冷却器的K 值大约为为列管式换热器的2～4倍，则可初估K 为2500 W/m 2•C ︒。

初估换热面积2m 45.078

.32250037200

=⨯='∆=

m t K Q S 初步选定BJ0.2锯齿形波纹板片的板式热水冷却器，其单通道流通截面积为0.00045m 2，有效单片传热面积0.10m 2。

试选组装形式10

11010

.2⨯⨯。该组装形式中2.0表示其公称换热面积为2.0m 2；分子的101⨯表示，热水的程数为1，每程的流道均为10；分母的101⨯冷却水的程数也为1，其流道为10。

因所选板型为混流，故可采用列管式换热器的温差校正系数：

75.332

4055

85151.03285324012211112=--=--==--=--=

t t T T R t T t t P

图 温差校正系数图

查单壳程的温差校正系数图，得98.0=φ

2m 12.3278.3298.0=⨯='∆=∆m

m t t φ 初估板式换热面积2m 46.012

.32250037200

=⨯=∆=m t K Q S

2.4计算总传热系数K

（1）计算热水侧的对流给热系数

热水在流道内的流速m/s 143.010

00045.08

.977/631.01=⨯=

u

当量直径mm 0.100.522=⨯==δe D （δ为板片波纹高度，即板间距）

3444000406

.08

.977143.001.0Re 1

1

11=⨯⨯=

=

μρu D e （在2850～14600之间）

5452668

0000406

041871

111...λμc Pr p =⨯=

=

如果选用0.2m 2锯齿形波纹板片，则其传热热系数的计算公式如下:

30161011

131

0..e

Pr Re D λ.α=（此公式适用于Re 在2850～14600之间） C W/m 6.3939545.2344401

.0668

.031.023.061.01︒⋅=⨯⨯⨯

=α （2）计算冷却水侧的对流给热系数

冷却水的质量流量()()

()()

2.37kg/s 3240417455854187631.01221=-⨯-⨯⨯=

--=

t t c T T c W W pc ph h c 冷却水在流道内的流速m/s 53.010

00045.06

.993/37.22=⨯=

u

2

.7396000712

.06

.99353.001.0Re 2

2

22=⨯⨯=

=

μρu D e （适用Re 在2850～14600间） 7324628

0000712

041742

222...λμc Pr p =⨯=

=

40261

022231

0..e

Pr Re D λ.α=（此公式适用于Re 在2850～14600之间） C W/m 8.8306732.42.739601

.0628

.031.024.061.02︒⋅=⨯⨯⨯

=α （3）金属板的热阻R=w b

λ