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1、化工原理课程设计 题目:冷却甲苯的列管式换热器设计 学院： 土木建筑 专业： 环境工程 学号： 20100110150102 设计者： 邹盛香 指导老师: 周枚花 日期： 2012-12-14 设计任务书一设计的目的： 通过对甲苯产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。二设计任务及操作条件1处理量 8104 t/a甲苯2设备型式 列管换热器 3操作条件（1）甲苯：入口温度 82 C，出口温度 47 C（2）冷却介质：循环水，入口温度 24 C，出口温度
2、40 C（3）允许压降：不大于105Pa（4）每年按330天计，每天24小时连续运行。4建厂地址 江西地区三设计内容：(1)设计计算列管式换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、管板、封头、隔板及接管等。设计步骤见下部分（五课程设计说明书的内容）(2)绘制列管式换热器的装配图。(3)编写课程设计说明书。四课程设计说明书的内容设计说明书中应包括所有论述、原始数据、计算、表格等，编排顺序如下：(1)标题页；(2)设计任务书；(3)符号说明；(4)目录；(5)设计方案简介；1 选择换热器的类型2 管程安排(6)确定物性数据；(7)主要工艺参数计算（热负荷，平均温差，总传热系数，换热面积等）；(8)压
3、降核算；(9)设计结果概要或设计一览表；(10)设计结果评价；(11)附图(工艺流程简图、主体设备工艺条件图)；(11)参考文献。符号说明P压力，Pa ; Q传热速率，W；R热阻，K/W； Re雷诺准数；S传热面积，； t冷流体温度，；T热流体温度，； u流速，m/s;质量流速，/h; Cp-比热容，kJ/（kg.k）;有限差值； 导热系数，W/(mK);粘度，Pas; 密度，/m3;校正系数。 de转速，n/(r/min) A实际传热面积， Pr普郎特系数NB板数，块 K总传热系数，W/(K) 体积流量 Nt管数，根Np管程数 l管长，mKC传热系数，W/(mK) tm平均传热温差，目录一、
4、确定设计方案.31.选择换热器的类型2.管程安排二、确定物性数据.43、 主要工艺参数计算.5 1.热流量 2.平均传热温差 3.传热面积 4.冷却水用量4、 工艺结构尺寸.6 1.管径和管内流速 2.管程数和传热管数 3.传热管排列和分程方法 4.折流挡板5.其他附件 6.接管5、 换热器核算.8 1.总传热系数核算 2.传热面积核算 3.壁温计算4.压强降核算六、设计结果一览表.13七、设计结果评价.158、 附图.十、参考文献. 1、 确定设计方案1.选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度82 出口温度47；冷流体进口温度24，出口温度为40，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操
5、作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。2.管程安排 从两物流的操作压力看，甲苯和循环水都可以走管程或壳程。但由于循环冷却水，其粘度较大流量较小宜走壳程，因有折流板的作用，在低Re下（Re100）即可达到湍流，所以甲苯走管程，循环冷却水走壳程。2、 确定物性数据1. 定性温度对于一般有机物、水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程冷却水的定性温度为 t= =32 管程甲苯的定性温度为T=根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。甲苯在64,5下的有关物性数据如下 密度 比热容 =1.85kj/
6、kgK 热导率 =0.1255w/mK 质量流量 qm1=000kg/h 粘度 =0.38mPas循环水在32 下的物性数据： 密度=996.4/m3 定压比热容=4.174kj/kgK 热导率 =0.6214w/mK粘度 =0.7679mPas3、 主要参数计算1.热流量 Q1=100001.85(82-47)=647500kj/h =179.9kw2. 平均传热温差 先按照纯逆流计算，得 = P=按单壳程偶数管程结构、温差校正系数查得=f(R.P)=0.88平均温差校正后 =0.8831.55=27.763. 传热面积 查化工原理教材表4-7 有机物（粘度0.5mPa.s)-水的k值范围是
7、300-800 先取400w/ =4.冷却水用量 =四、工艺结构尺寸1管径和管内流速 选用252.较高级冷拔传热管（碳钢），教材查表4-9及4-10取管内流速u1=1m/s。2 管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 Ns=根按单程管计算，所需的传热管长度为 L=按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，现取传热管长l=4.5m，则该换热器的管程数为 Np= 壳程数 由于平均传热温差校正系数大于0.8，故取单壳程合适。3. 传热管排列和分程方法 采用正方形排列。取管心距t=1.25d，则 t=1.2525=31.2532隔板中心到离其最.近一排管中心距离
8、： S=t/2+6=32/2+6=22各程相邻管的管心距为44。4 壳体公称直径 采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率=0.75 ，则壳体内径为： D=1.05t按卷制壳体的进级档，可取D=400mm筒体直径校核计算：壳体的内径应等于或大于（在浮头式换热器中）管板的直径，所以管板直径 的计算可以决定壳体的内径，其表达式为： 管子按正方形形排列：取e=1.2=1.225=30mm=32 （10-1）+2 30 =348mm 按壳体公称直径标准系列尺寸进行圆整：D=400mm6折流挡板 采用圆缺形折流挡板，去折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为 h=0.25400=100m，故可取h=100mm一般挡板间距为壳体直径的0.2-1.0倍，且为50mm的倍数，但不小于100mm,取折流板间距B=0.35D，则 B=0.35400=140mm，可取B为150mm。折流板数目块查化工原理附表得初定浮头换热器的主要参数项目数据项目数据公称直径400mm管径252mm管程数4管程流通面积0.0059壳程数1管长4.5m总管根数68传热面积23.6中心排管数6管间距
