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1、作者：李弥江西理工大学化工原理课程设计：创建时间：2014/1/5 10:44:00 江西理工大学课程设计说明书（论文）题目用水冷却乙酸甲酯列管式换热器设计任务书课程名称化工原理院 (系、部、中心 )资环学院专业生物工程班级生物 111 学生姓名李弥学号1120110553 设计地点黄金楼 2605 指导教师肖隆文目录一符号说明1.1 物理量（英文字母） .1 1.2 物理量（希腊字母） .1 二设计目的.1 三设计实例.2 四确定设计方案.2 4.1.1 选择换热器的类型.3 4.1.流动空间及流速的测定 . 3 五确定物性数据. .3 六计算总传热系数6.1.热流量 .4 6.2. 平均传
2、热温差 4 6.3 .冷却水用量 .4 6.4.总传热系数 K.4 七计算传热面积.5 八. 工艺结构尺寸 .5 5.1.1 管径和管内流速.5 5.1.2 壳程数和传热壳数.6 5.1.3 平均传热温差校正及壳程数.6 5.1.4 传热管排列和分程方法.6 5.1.5 壳体内径.8 5.1.6 折流板.8 5.1.7 接管.8 九换热器核算.9 6.1.1 热量核算.9 6.1.2 换热器内流体的流动阻力.11 十设计结果一览表 .12 十一.总结.13 一、符号说明：1.1 物理量（英文字母）B 折流板间间距， m n 指数Cp 定压比热容， kJ/(kg）N 管数d 管径， m S 传热
3、面积， m2D 换热器内径， m t 管心距， m f 摩擦因数u 流速， m/s F 系数G 重力加速度， m/s2P 压力， pa；1.2 物理量（希腊字母）对流传热系数， W/(m2）密度， Kg/m3导热系数， W/(m2）有限差值粘度 Pas 下标管外 m 平均二、设计目的通过课题设计进一步巩固课程所学内容，培养学生运用理论知识进行化工单元过程设计的能力， 使学生能够系统的运用知识。 通过本次设计，学生应该了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调研技术资料，自行确定设计方案，独自设计计算，准确绘制图样，编写设计说明。（三）设计实例操作条件：1、处理能力：二万吨 / 年乙酸甲酯。2、热
4、流体：入口温度 88，出口温度 42。3、冷却介质：循环水，入口温度28 ，出口温度 36。4、允许压强降：不大于 10kPa。壳程总压力降小于 5kpa, 管程总压力降小于 10kpa 5、每天 24h连续运行。（每年按 300 天计）（四）确定设计方案1 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体（乙酸甲酯）进口温度88，出口温度 42；冷流体（循环水）进口温度28，出口温度 36。改换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低， 估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较小，因此初步确定选用不带膨胀节的固定管板式换热器。2 流动空间及流速的测定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循
5、环水走管程，热水（乙酸甲酯）走壳程。选用252.5 的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/s。（五）确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。管内流体流态最好完全 湍流。Re10000 ， d=0.02， =0.001，=1000，故 ui0.5m/一 年 的 工 作 日 一 般 300340 天。可以自行 选定。壳程乙酸甲酯的定性温度为：65 24288T管程流体的定性温度为：32 23628t根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。乙酸甲酯在 65下的物性数据循环冷却水在 32下的物性数据密度o=873 kg/m3密度i=995.7 kg/m3定压比热 容cpo=1.97k
6、j/(kgK) 定压比热 容cpi=4.174kJ/(kg K) 导热系数i=0.1234W/(mK) 导热系数i=0.621 W/(m K) 粘度o=0.0002435Pas 粘度i=0.0008 Pas （六）计算总传热系数1. 热流量Wo=1 20000 1000 300 24 2777.78kg/h Qo=Wocpo to=2777.78 1.97 (88-42)=251722.22 kJ/h=69.923 kW 2. 平均传热温差96.2828423688ln)2842()3688(ln t2121ttttm热冷3 . 冷却水用量88 36 hgQWO/k40.75382836174
7、.422.251722 tcipii）（42 28 4. 总传热系数 K 管程传热系数25.124460008. 07 .9955 .002.0pudiiii eR4 .0iipi8.0iiiiii icpudd023. 0）（）（4. 08. 0621.00008.0417425.1244602.0621.0023.0）（）（m/66.2642W壳程传热系数 假设壳程的传热系数 o=290 W/(m2)； 污垢热阻 Rsi=0.000344 m2/W , Rso=0.000172 m2/W 管壁的导热系数 =45 W/(m) oso moio i iio1 dbddddd1RRK290100
8、0172.00225.045025.00025.0020.0025.0000344.0020.066.2642025.01）（m/395W 初选总传热系数 395K W/(m2）（七） 、计算传热面积2m 11.696.2839569923tmKQS考虑 15的面积裕度， S=1.15S=1.156.11=7.03m2（八） 、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速及管长 选用25mm2.5mm 传热管 (碳钢 )，取管内流速ui=0.5m/s，选用管长为 L=6m 表 3-1 换热器常用流速的范围流速介质循环水新鲜水一般液体易结垢液体低黏度油高黏度油气体管程流速， m/s1.02.0 0.81.5
9、 0.53 1.00.81.8 0.51.5 530 壳程流速， m/s0.51.5 0.51.5 0.21.5 0.5 0.41.0 0.30.8 215 （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根159 .14 6025.014.303.7l*0d*sSN按单程管计算其流速为smV/45.041502.014.3)7.9953600/(40.75384ndu2 s2 i按单管程设计，传热管过长，宜采用多壳管程结构。先取传热管长L=6m，则该换热器壳程数为145.05 .0uuipN( 管程 ) 传热管总根数 N=15*1=15（根） （3）平均传热温差校正及壳程数 平均传
10、热温差校正系数75.584628364288R13.060828882836P按单壳程，单管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得96. 0t平均传热温差80.2796.2896.0t tmmt（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=1.25 d0，则 t=1.2525=31.2532(mm) 横过管束中心线的管数根426.4151 .1CN转热管排列方式正方形直列中心管束排列4 根管，即正六边形可排2层， 按照管心束 5 计算：扣除 4 根拉管， 因为是单程所以不用除去中心管束， 即： 1+（1+2）6=19， 19-4=
11、15根。六 边形中的管数为 15 根，再加上非正式 排管 1 根所以实际需要 16 根管子（5）壳体内径 采用单管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为mm5 .15515/0.73205.1/t05.1ND精确公式 D=t（Nc-1）+3do=32*（4-1）+3*25=171mm 圆整可取 D200mm GB15189 钢制管壳式换热器 (以下简称 GB151)中的 3.9.3.2条规定： “折 流板的最小间距应不小于圆筒内直径的五分之一，且不小于50mm。最大间距应 不大于圆筒内直径，且满足表322 的要求” 。表 322mm 换热管外径 d 10 14 19 25 32 38 45
12、 57 最大无支撑距800 1100 1500 1900 2200 2500 2800 3200 （6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆 缺高度为 h0.2520050mm，故可取 h100mm。 取折流板间距 B0.3D，则 B0.320060mm，可取 B 为 100mm。 折流板数NB=传热管长 /折流板间距 -1=6000/100-1=59(块) 折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内乙酸甲酯流速为u1m/s，则接管内径为m034. 0 114.37 .9953600/80.27774u4d1）（V取标准管管径为 30mm。 管程流体进出口接管：取接管内冷
