化工原理循环水冷却器设计课程设计任务书

化工原理循环水冷却器设计课程设计任务

书

传热过程是化工生产过程中存在的极其普遍的过程，实现这一过程的换热设备却种类繁多，形式多样。

按换热设备的传热方式划分主要有直接接触式、蓄热式和间壁式三类。虽然直接接触式和蓄热式换热设备具有结构简单，制造容易等特点，但由于在换热过程中，有高温流体和低温流体相互混合或部分混合，使在应用上受到限制。因此工业上所有的换热设备工业上所有的换热设备以间壁式换热器居多。管式换热器的类型也是多种多样的，从其结够上大致可分为管式换热器和板式换热器。管式换热器主要包括蛇管、套管和列管式换热器；板式换热器主要包括板式、螺旋板式、板壳式换热器。不同类型的换热器各有自己的优点和使用条件。

1、固定管板式

固定管板式换热器是用焊接的方式将连接管束的管板固定在壳体两端。主要特点是制造方便，紧凑，造价较低。但由于管板和壳体间的结构原因，使得管外侧不能进行机械清洗。另外当管壁温与壳体壁温之差较大时，会产生较大的温差应力。严重时会毁坏换热器。

由此可知，固定管板式换热器使用与壳程流体清洁，不易结垢。或者管外侧污垢能用化学处理方法去掉的场合，同时要求壳体壁温与管子壁温之差不能太大，一般情况下，该温差不得大于50℃。若超过此值，应加温度补偿装置。通常是在壳体上加一膨胀节。

2、浮头式换热器

浮头式换热器是用法兰把管束一端的管板固定到壳体上，另一端管板可以在壳体自由伸缩，并子这端管板上加一顶盖成为“浮头”。

这类换热器的主要特点是管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管。管束可以在壳体自由伸缩，不会产生温差应力。但这种换热器结构较为复杂，造价高，制造安装要求高。

由以上特点可以看出浮头式换热器的应用围很广，能在较高的压力下工作，使用于壳体壁温与管壁温之差较大，或壳程流体易结垢的场合。

3、U型管式换热器

这类换热器的管束是由弯曲成U型的传热管组成。其特点是，管束可以自由伸缩，不会产生温差应力，结构简单，造价比浮头式低，管外容易清洗。但管板上排列的管子较少，另外由于管束中心一带存在间隙，且各排管子回弯曲率不同，长度不同，故物料分布不够均匀，影响传热效果。

U型管式换热器适用于壳程流体易结垢，或是壳体壁温与管壁温之差较大的场合，但要求管程流体应较为清洁，不易结垢。

4、填料函式换热器

这类换热器具有浮头换热器的优点，克服了固定管板式换热器的缺点，结构比浮头式简单，制造方便，易于检修清洗。对于一些腐蚀严重，需要经常更换管束的场合常采用这种换热器。但这种换热器密封性能差，故壳程不宜处理易燃、易爆或有毒的气体。同时要求壳程流体的压力不宜过高。目前所适用的填料函式换热器的直径一般在7000mm一下，很少采用大直径的填料函式换热器。

三、计算物性参数

1、定性温度下两流体的物性参数

（1）循环水

对于黏度较低的流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均制，故循环水的定性温度为：

t m==47.5 ℃

根据定性温度，分别查处有关的物性参数如下：

密度ρh=989.1 kg/m3；

比热容 C ph=4.174 kJ/kg·℃

导热系数λh=0.6443 W/m·℃

粘度μh=0.000648 Pa·s

(2) 冷却水

对于黏度较低的流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均制，故冷却水的定性温度为：

t m==25 ℃

根据定性温度，分别查处有关的物性参数如下：

密度ρi=996.9kg/m3

比热容 C pi=4.179kJ/(kg·℃)

导热系数λi=0.6083W/(m·℃)

粘度μi=0.0009025Pa·s

四、设计方案的确立

1.选择换热器类型

热流体循环水的进口温度为55℃，出口温度为40℃。

冷流体冷却水的进口温度为20℃，出口温度为30℃。

由以上数据可知壳体壁温与管子壁温之差小于50℃，且冷却过程为常压冷却，因此可以选用固定管板式换热器。

固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单，在相同的壳体直径，排管最多，比较紧凑，由于这种结构使壳侧清洗困难，所以壳程易用于不易结垢和清洁的流体。

固定管板式换热器

2.流程安排:

由于是常温冷却，并且循环水相对比较洁净，所以选择循环水走管间,冷却水走管，既有利于冷却水冷却效率，也可借助于外界温度加速循环水冷却。

五、估算传热面积

1.换热器的热负荷：

=76000×4.174×(55-40)×95%

=4.52×106 kJ/h

=1255.6 kw

2.平均传热温差（对流传热）：

冷却水用量：

3.传热面积：

由已知K=900 W /m2·℃。

考虑到估计性质的影响，根据经验围，取实际传热面积为估计值的

1.15倍。

S=62.22×1.15=71.55 m2

六、工程结构尺寸

1.管径和管程流速：

选用25×2.5传热管，取管流速1.24m/s

2.管程数和传热管数

依据传热管径和流速确定单程管传热管数

所以n s=78 (根)

按单管程计算，传热总管长度为：

现在取传热管长l=6 m，则该换热器的管程数为：传热管总跟数：N=782=156（根）

3.平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数

按单壳程双管程结构，查表得：

ε△t=0.81

平均传热温差：

由于平均温差校正系数大于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，即每程均按正三角形排列，隔板两侧采用正方型排列，取管心距t=1.25d

则t=1.25×25=31.25≈32（mm）

隔板中心到离其最近一排管中心距离按公式s=t/2 +6 计算：

s=32/2 + 6 =22 mm;

隔板两侧相邻管心距为：a c=2s=22×2 =44 mm ;

通过管束中心线的管数：

5.壳体径

采用多管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体径为：

圆整可取：D=600（mm）

6.折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体经的25%，则