化工课程设计报告

江西科技师范学院

食品科学与工程专业《化工原理课程设计》说明书

题目名称换热器的设计

专业班级 10食品科学与工程

学号

学生姓名xx xx

指导教师 xx博士

2012 年2 月27 日

目录

1、化工原理课程设计方案 (1)

2、衡算 (1)

2.1确定设计方案 (1)

2.1.1选择换热器类型 (1)

2.1.2管程安排 (1)

2.2确定物性数据 (1)

2.3估算传热面积 (2)

2.3.1热负荷 (2)

2.3.2热流体用量 (2)

2.3.3平均换热温差 (2)

2.3.4初算传热面积 (2)

2.4工艺结构尺寸 (2)

2.4.1管径和管内流速 (2)

2.4.2管程数和传热管数 (2)

2.4.3平均传热温差校正 (2)

2.4.4管子排列方式的选择..................... 错误！未定义书签。

2.4.5壳体直径............................... 错误！未定义书签。

2.4.6折流板................................. 错误！未定义书签。

2.4.7接管................................... 错误！未定义书签。

3、换热器核算 ..................................... 错误！未定义书签。

3.1传热面积校核 (4)

3.1.1管程传热膜系数 (4)

3.1.2壳程传热膜系数 (4)

3.1.3总传热系数 (5)

3.1.4传热面积校核 (5)

3.2换热器内压降的核算 (5)

3.2.1管程阻力 (5)

3.2.2壳程阻力 (6)

4、设备选型 (7)

4.1管子排列方式的选择 (7)

4.2折流板的选择 (7)

4.3除污垢措施的选择 (7)

4.4材料的选择 (7)

5、附表及图纸 (9)

6、设计总结心得 (10)

7、参考文献 (10)

1、化工原理课程设计方案

在一生产过程中，用水回收甘油的热量。已知水将甘油从120℃冷却至50℃，且甘油的压力不大于0.1MPa 。水的流量为10m 3/h ，水的入口温度为15℃，出口温度为55℃，压力不大于0.01MPa ，请设计一台换热器能完成上述任务。

2、衡算

2.1 确定设计方案 2.1.1 选择换热器的类型

两流体的温度变化情况：水的进口温度15℃，出口温度为55℃；甘油的进口温度为120℃，出口温度为50℃。

由于该换热器用水进行冷却，在冬季使用操作时，进口温度会有所降低，故考虑到这一环境温度因素，预计该换热器的管壁温度和壳体温度之差会比较大，从换热器的类型和特性参考中发现浮头式换热器管壳温差可大于120℃，所以初步选用浮头式换热器。 2.1.2 管程安排

对于一般压力较高的流体流经管内，因为管子直径小，承受高压能力好，所以水走管程，又被冷却物料一般走壳程，便于散热，所以甘油走壳程。 2.2 确定物性数据

定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进、出口温度平均值。

故壳程甘油的定性温度为

12050

852T +=

=℃ 管程流体的定性温度为

1555

352

T +==℃ 在定性温度下，分别查取管程和壳程流体(水和甘油)的物性参数，见下表：

表1 冷热流体的物性参数

物质 密 度 (kg/m 3) 比热容(kJ/kg·℃)

黏 度 (Pa·s) 导热系数 (W/m·℃) 甘油 水

810

988.9 2.22 4.174

0.9×10-3 575.4×10-6

0.18 63.8×10-2

2.3 估算传热面积

2.3.1 热负荷（忽略热损失）

6m c p c 988.910 4.17440 1.6510Q C T ∆=⨯⨯⨯=⨯，，KJ/h =458kW

2.3.2 热流体用量（忽略热损失）

()

3

m,h

3p h 21458103kg /s 10800() 2.221012050T Q Q C T T ⨯====-⨯-，kg/h 2.3.3 平均传热温差

先按纯逆流计算，得

m 7040552t +∆==℃

2.3.4 初算传热面积

参照列管式换热器中K 值大致范围表[1],可假设K=350W/(m 2·℃)则估算的传热面积为

3

45810===2435055

T m Q S K t ⨯∆⨯估m 2

2.4 换热器工艺结构尺寸设计 2.4.1 管径和管内流速

参照列管式换热器内常用的流速范围表[3]，取管内流速为0.5i υ=m/s ，管径用下式计算

2

4v q u d π=

10

22.436000.78536000.7850.5v q d mm

u =

==⨯⨯⨯⨯

又由于考虑到市场上管径的一般规格大小，所以我们选用φ25×2.5mm 的管

子。

2.4.2 管程数和传热管数

可以依据传热管内径和流速确定单程管传热数

,2

2103600

240.7850.020.5

4

v c

s i i

q N d π

υ=

=

=⨯⨯ 按照单管程，所需的传热管长度为

24

123.140.02524

s

S L d N π=

=

=⨯⨯ 估

m