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