管壳式换热器课程设计

3．符号说明的格式：
分为英文字母、希腊字母，要按字母排序，要写出中文名称和单位；
4．参考文献的格式：
按 GB7714-87 的要求。
完成起始时间
发给学生：
2013 年 3 月 3 日至 2013 年 3 月 10 日 (签名)
指导教师：梁伯行
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化工原理课程设计说明书
冷凝器工艺设计
一、 设计任务
1 处理能力： 把 6000+500×9=10500Kg/h 的 120 甲苯蒸汽冷凝成 120 甲苯液。 2 设备形式： 浮头式换热器。由于热流体进出口温度都为 120 ，冷流体进口温度 45 ，出口温度为 60 。冷热流体温度差异不大，壳程压降较小，因此可 以采用浮头式换热器。 3 已知条件： 热流体：入口温度为 120 甲苯蒸汽：冷凝温度 120 冷凝液于饱和温度 下离开冷凝器。 冷却介质：循环水。入口温度 45 ，设定出口温度 60 。 允许压降：液体 10-30kPa,气体 1-10kPa。
Kg/
769.41 986.85
2.039 4.182
0.3837 0.6465
2.28 104 5.247 104
354.6 219.78
4 计算热负荷
Q h w 甲苯 r 10500 3600 354.6 10 3 1034250 W
5 冷却水耗量
wc Qh 1034250 59354.38 Kg / h C p1 t 4.182 (60 45)
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化工原理课程设计说明书
二、设计要求
选择适宜的浮头式换热器并进行核算。 1 浮头式换热器的设计——工艺计算书 本设计的工艺计算如下： 此为一侧流体恒温的浮头式换热器设计 2 确定立体流动空间 冷凝水走管程，甲苯蒸汽走壳程。由于蒸汽比较干净不易结垢，甲苯 蒸汽通过壳壁面向空气中散热， 提高冷凝效果的同时可以及时排除冷凝液。 原料液中可能含有杂质、易结垢，所以原料液走管程便于清洗管子。因碳 钢管价格低强度好，预热器中的流体没有腐蚀性，所以选用碳钢管。 3 计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 循环水的定性温度：
三、 设计要求
每个设计者必须提交设计说明书和冷凝冷却系统工艺流程图(A3)。
1．设计说明书必须包括下述内容：
封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、设计自评 和符号说明、参考文献等。
2．设计计算书应包括的主要内容和设计计算的步骤:
1) 计算热负荷、 收集物性常数。 根据设计任务作冷凝冷却系统热衡 算确定流体放热速率或冷流体吸热速率，和新鲜水、循环水流率。考虑了 热损失后即可确定换热器应达到的传热能力 Q； 按定性温度确定已知条件
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化工原理课程设计说明书
t
t1 t 2 45 60 52.5 2 2 ℃
甲苯的定性温度：
T
T1 T 2 120 C 2
根据定性温度查得的物性参数为：
密度ρ
名称 120℃ 甲苯液体 水
定压比热 Cp
KJ/(Kg·℃)
导热系λ
W/(m·℃)
粘度μ
Pa·s
汽化热 rBiblioteka Baidu
KJ/Kg
实际
进行比较，若 A 实际比 A 需大 15%-25%，则设计成功；否则重新计算。 6) 管程和壳程压力降的核算(计算经验公式在换热器手册查取，若查
不到，可使用课本提供的公式代替)。 7) 接管尺寸的计算。 8) 冷凝冷却系统工艺流程图说明。 9) 吨油操作费用和固定资产折旧费用评价(新鲜水 3.6 元/吨，循环水 1.6 元/吨，8000 元/平方米传热面积，换热器使用年限 10 年, 固定 资产投资年利率 16%),(评价比较你的前、后学号计算结果) 。
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化工原理课程设计说明书
中未给出的物性常数。 2) 根据换热流体的特性和操作参数决定流体走向（哪个走管程、哪 个走壳程） ；计算平均温差。 3) 初步估计一个总传热速率常数 K 估(查上册附录 23) ，计算传热面 积 A 估。 4) 根据 A 估初选标准换热器（由换热器手册查取,初定型号及系列结 构参数） ； 5) 换热面积的核算。分别选关联式求出管内、外传热膜系数，估计 污垢热阻， 求出总传热速率常数 K 核， 得出所需传热面积 A 需，将 A 需与 A
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化工原理课程设计说明书
化工原理课程设计任务书
一、 设计任务题目
＃＃．＃万吨/年 甲苯精馏塔冷凝冷却(水冷) 换热系统工艺设计。
二、 任务给定条件
1. 热流条件： 0.14 MPa(绝压)冷凝到 120℃， 流量为 10500kg/h 的甲苯蒸汽从 120℃， 0.14 MPa(绝压) 甲苯液， 120℃甲苯汽相热焓 140 Kcal/Kg， 再冷却到 30℃； 液相焓 53 Kcal/Kg，30℃甲苯液相焓 13 Kcal/Kg ；定性温度 80℃时甲苯 密度 810Kg/m3 , 比热 0.446(Kcal/Kg. ℃) 绝对粘度 0.32(cp) ， 比热 0.104 (Kcal/(m.h. ℃)) 。 2. 冷流条件 新鲜水初始温度 25℃，循环水初始温度 45℃，换热后水温升 15℃。 水的物性数据由化原上册附录查取。 3. 管壳式换热器类型提示 设计压力 1.6MPa，要求管程和壳程的压降不大于 30kPa，冷凝采用浮 头式，冷却采用固定管板式管壳式换热器。
6 计算有效平均温度差 120℃甲苯蒸汽 循环水 Δt T:120 ℃ t: 60 ℃ 60 ℃ 120℃ 45℃ 75℃
tm
t2 t1 75 60 67.22C t 75 ln 2 ln t1 60
7 选取经验传热系数 K 值 根据管程走水， 壳程走甲苯汽， 总传热系数 K 290 ~ 1160 W/m 2 C ， 现暂取 K 500 W/m 2 C 。
化工原理课程设计说明书
目录 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·2 第一部分，甲苯冷凝器的设计 一、设计任务· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 二、设计要求· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4 三、工艺结构尺寸· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 （1） 管径和管内流速· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 （2） 管程数和传热管数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 （3） 平均传热温差校正及壳程数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 （4） 传热管的排列和分程数法· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 （5） 壳体内径· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 四、换热器主要传热参数核算· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·8 （1）计算管程对流传热系数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·8 （2）计算壳程对流传热系数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·8 （3）确定污垢热阻· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·9 （4）总传热系数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·9 第二部分，甲苯冷却器的设计 前言 一、试算并初选换热器规格· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·11 （1） 流体流动途径的确定· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·11 （2） 确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管换热 器的型式· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·11 二、计算总传热系数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11 （1） 计算热负荷· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·11 （2） 冷却水用量· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （3） 计算平均传热温度差· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （4） 总传热系数 K· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （5） 估算换热面积· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 三、工艺结构尺寸· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （1） 管径和管内流速· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （2） 管程数和传热管数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·12 （3） 平均传热温差校正及壳程数· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·13 （4） 传热管的排列和分程方法· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·14 （5） 壳体内径· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·14 四、换热器主要传热参数核算 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·15 (1)壳程对流传热系数 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·15 (2) 管程对流传热系数 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·16 (3) 基于管内表面积的总传热系数 · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·16 (4) 计算面积裕度· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17