化工原理课程设计

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热水冷却器的设计

两流体温度变化情况:热水进口温度80℃,出口温度60℃,压

力0.1Pa ,冷流体(循环水)进口温度32℃,出口温度40℃。允许压降不大于510Pa,每年按330天,每天按24小时连续运行 。

(一) 确定设计方案

1.选择换热器类型

该换热器用循环冷却水冷却,冬季操作时进口温度会降低,考虑到这一因素,估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大,因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。 2. 流动空间及流速的确定

循环冷却水较易结垢,为便于水垢清洗,应使循环水走管程,油

品走壳程。选用ф25×2.5的碳钢管,管内流速取i u =1.Om/s。

(二)基础物性数据

定性温度:可取流体进口温度的平均值。 壳程油的定性温度为:

8060702

C C T ︒︒︒-==(C ︒)

管程流体的定性温度为:

()3240362

C C

t C ︒+︒=

=︒

经计算可得水在70℃下的有关物性数据如下: 密度30977.8kg m ρ=

定压比热容0 4.187()P C kj kg c ︒=⋅ 导热系数00.6676λ= 黏度 00.0004061Pa s μ=⋅

循环冷却水在36℃下的物性数据: 密度 3994i kg m ρ=

定压比热容 pi C =4.08 kJ/(kg·℃) 导热系数 i λ=0.626 W/(m·℃) 粘度 i μ=0.000725 Pa s ⋅

()三计算总传热量

1. 热流量的计算

53

4

011010 1.262631033024

q ⨯⨯==⨯⨯

2. 平均传热温差

'

1212

(8040)(6032)33.68040ln ln

6032m t t t C

t t ︒∆-∆---∆===∆--∆

3. 冷却水用量

()

6

40 1.057310 3.239277104.084032i pi i Q kg h C t ω⨯===⨯∆⨯-

4. 总传热系数 K

管程传热系数

0.02 1.0994

Re 273400.000725

i i i

i

d u ρμ⨯⨯=

=

=

()0.8

0.4

20.0234758.7pi i i i i i i i i i c d u w m c d μλρμλ︒⎛⎫⎛⎫

∂==⋅ ⎪ ⎪

⎝⎭⎝⎭

壳程传热数

假设壳程的传热系数()2

02000w

m

c ︒∂=⋅

污垢热阻20.000172si R m c w ︒=⋅ 200.000172s R m c w ︒=⋅ 管壁导热系数()45w

m c λ︒

=⋅

()200000

1

700.381si s i i i i K w m c d d bd R R d d d λ︒=

=⋅++++∂∂

(四)计算传热面积

3

'

2285.36109.68700.38

m Q S m k t ⨯===∆

15%的面积欲度21.159.6811.132S m =⨯=

()五工艺结构尺寸

1. 管径和管内流速:

选用ф25×2.5传热管(碳钢),取管内流速s m u i /1=,选用管

长为3m 。

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 :

()()2

232392.779943600290.7850.02 1.0

4

s i i

V

n d u π

⨯=

=

≈⨯⨯根

按单程管计算,所需的传热管长度为:

()011.132

=

4.893.140.02529

s S L m d n π==⨯⨯ 按单管程设计,传热管过长,宜采用多管程结构。现取传热管长l =3m ,则该换热器管程数为:

4.89

23

p L N l =

=≈ 传热管总根数N =29×2=58(根)

3. 平均传热温差校正及壳程数: 平均传热温差校正系数

8060 2.54032R -=

=-; 40321

0.16780326

P -==≈- 按单壳程,双管程结构,温差校正系数应查有关图表。0.97t ϕ∆=平

均传热温差:'0.9733.632.6m t m 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。 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=1.25d 0,则 t=1.25×25=31.25≈32错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。 横过管束中心线的管数:错误!未找到引用源。

1.19 1.195810c n N ==≈根

又因隔板中心到离其最近一排管中心距离按此式计算:S=t/2+6=32/2+6=22错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。,因此各程相邻管的管心距为44错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。 5. 壳体内径:

采用多管程结构,取管板利用率η=0.7,则壳体内径为,则壳体内径为:

=1.05 1.0532580.7305.85mm D t N η=⨯=

圆整可取D =325

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