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1、设计目录设计任务书物性参数的确定设计方案的确定1选择换热器的类型2流程安排估算传热面积1换热器的热负荷2平均传热温差3传热面积工程结构尺寸1管径和管内的流速2管程数和传热管数目录3平均传热温差校正及壳程数4传热管排列和分程方法5管体内径6折流板7其它附件8接管换热器的核算1传热能力的核算管程传热膜系数污垢热住和关闭热阻10壳程对流传热膜系数a10总传热系数Kii传热面积裕度ii2换热器内流体的流动阻力12校核管程流体的阻力壳程流体的阻力换热器的主要工艺结构尺寸和计算结果表13设备参数的计算141壳体壁厚2接管法兰3设备法兰4封头管箱5设备法兰用垫片6管法兰用垫片7管板8支垫9设备参数总表参考文
2、献学习体会与收获卜一重要符号说明141515151516161616171820一.设计任务书化工原理课程设计任务书专业过程装备与控制工程班级姓名设计题目循环水冷却器设计设计条件1设备处理量74T/h2循环水 入口温度55摄氏度 出口温度40摄氏度3冷却水 入口温度20摄氏度 出口温度40摄氏度4常压冷却热损失5%5两侧污垢的热阻0.00017(m2O/W6 初设 k= 900W/(mQ设计要求1设计满足以上条件的换热器并写出设计说明2根据所选换热器患处设备装配图指导教师二计算物性参数1、定性温度下两流体的物性参数(1)循环水定性温度t =47.5 Cm密度 Ph=989.1kg/m3；比热容
3、 Cph=4.174kJ/(kg.C导热系数人=0.6443W/(mC)粘度卩=0.0005Pa.sh(2)冷却水定性温度t =25 Cm密度 pi=996.9kg/m3比热容 Cpi=4.179kJ/(kg.C)导热系数人=0.6083W/(m.C) 粘度叫=0.0009025Pa.s三设计方案的确立1.选择换热器类型：固定管板式换热器固定管板式换热器的两端和売体连为一体，管子则固定于管板 上，它的结构简单，在相同的売体直径内，排管最多，比较紧凑， 由于这种结构使売侧清洗困难，所以売程易用于不易结垢和清洁的 流体。当管束和売体之间温差太大而产生不用的膨胀时，常会使管 子与管板的借口脱开，从而
4、发生介质的泄露。为此常在外売上焊一 膨胀节，但它仅能减小而不能完全消除由于温差而产生的热应力，且在多程换热器中，这种方法不能照顾到管子的相对移动。由此可 见，固定管板式换热器比较适合用于温度不大或较大但売程压力不 高的场合，所以此设计易选用固定管板式换热器。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，冷却水走管内，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。四估算传热面积1.换热器的热负荷:Q = me Ati pi=74000X4.174X(55-40)X95%=4.401 X 10 6kg/h=1222.5kw2.平均传热
5、温差（对流传热）：At =22.5 c冷却水用量:Qc Atpi i4.401 x 1064.179 x (30 - 20)=105312.3Kg / HS = Q ,: KAtm222.5 x 103 = 60.59m 2900 x 22.423.传热面积:考虑15%的面积裕度：S = 60.59 x 1.15 = 69.8m 2五. 工程结构尺寸1.管径和管程流速:选用0 25x2.5传热管，取管内流速u = 1.2m/si2.管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程管传热管数n =s兀C- d 2u4 1* 7996.9 X 3600 = 78（根）0.875 x 0.022 x1按
6、单管程计算,S传热总管长度为:69.8=11.46mL = 兀 d n3.14x 0.025 x78s现在取传热管长l = 6m，则该换热器的管程数为:N = L = VI6 沁 2（管程）p /6传热管总跟数：N=78x2=156 （根）3. 平均传热温差校正及売程数平均传热温差校正系数55-40302030-20550=0.4按单売程双管程结构，查表得:=0.82At平均传热温差:At 二申 At = 0.82x 22.42 = 18.38。CmAt m4. 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，隔板两侧采用正方型排列，取管心距t = 1.25d o则 t=1.25
7、X25=31.2532 (mm)隔板两侧相邻管心距为：a = 44(mm)c通过管束中心线的管数：n = 1.19 JN = 1.19 JT56 = 15(根)c5. 売体内径采用多管程结构，取管板利用率=0.7，则売体内径为:D = 1.05t=1.05 x 32.J156/0.7 = 501.6( mm)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売体内经的25%, 则切去的圆缺高度为:h=0.25X600=150 (mm)取折流板间距 B=0.3D,则 B=0.3X600=180 (mm)取 B=200 (mm)N /热管长-1 = 600 -1 =
8、29(块)折流板数：B折流板间距2007. 附件：选取拉杆直径为12mm，拉杆数量为4根，売程入口应设 置防冲挡板。8. 接管管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速为：u=2m/s_ 0.137md _ pV _ |4x 105312.3/996.9x3600则接管内径:一 ：7U _3.14x2売程流体进出口接管：取接管内循环水流速为：u=2m/s则接管内径;d _；4 x 74000/989.1 x 36003.14 x 2_ 0.115m所以取标准管：売程接管：e127x4.5，管程接管：e146x4.5 。六. 换热器的核算1.传热能力核算管程传热膜系数:九 a = 0.23Re 8
9、Pro.4id ii管程流速截面积：兀N156S = _ d 2 亠=0.075x0.022 x= 0.295m2i 耳i N2p管程流体速度：1053 132360X 99690.0295=0.9 9 m / s=219690.02 x 0.995 x 996.90.903 x 10-3c4.179 x 103 x 0.903 x 10-3厂P = 6.2r0.60 8 30 6083a = 0.023xx 219690.8 x 6.20.4 = 4317.1W /m2。Ci0.02污垢热阻和管壁热阻污垢热阻：R =0.00017 (m2C)/WsiR =0.00017 (m2C)/Wso管
10、壁导热系数：九=50W /m C叮 畔=.00005叶C /W売程对流传热膜系数:a = 0.36 RePr 13 (上) 0.140d 0pew4(x0.0322 -0.785 x0.0252)d =-= 0.020me3.14 x 0.025S = 0.20 x 0.60(1 - 0.0274000 3600 x 989.1 u = 0.792m / so=0.0 2 6 250.02625Re = 02(x 7929891 = 2417800.000648Pro4.174 x 103 x 0.648 x 10-306443=4.20(p / p )0.14 1粘度校正w=0.36 x0.
11、64430.021x 241780.55 x4.23 x 1 = 4819.3W / (m总传热系数Kdbd-+ R _o + + R a d si d九di iii00254317.1 x 0.020+ 0.000170.0025 x 0.02550 - 0.0225+ 0.00017 +14819.3=1069.4W / m 2-o C传热面积:S = Q = 12225 X103 = 62.20m 2 KSF 1069.4 X18.38m实际传热面积：S =n d LN = 314x0.0256x156=7348m2 pt面积裕度：H = Sp - S x 100% = 73-48 -
12、62-20 x 100% = 18.14% S62.202换热器内流动的流动阻力管程流动阻力：Y AP = (AP +AP )FNNi12tspN = 1N=2F = 1.5sptA P =九lP U 2 , A P 仝P u 21id2 22由Re=21982，传热管相对粗糙度0.01/20=0.005,查莫狄 图得九i=0.033w/m ocRi=0.995m/s p=996.9kg/m3,所以P=0.033x (6/0.02) x (0.9952x996.9/2)=4885.43Pa P2=p2/2=3x996.9x0.9952/2=1480.43Pa工 AP = (4885.43 +1
13、480.43)xl.5x2 = 19097.58Pai管程流动阻力在允许范围之内。売程阻力：S AP = (AP+AP) FN F=1N=1 0 1 2 t sts流体经管束的阻力：貝=町0現叫+1族2/2F=0.5 几=5x241780228=0.50070n =15cNB=29y0=0.792m/sP0=0.5x0.5007x15x(29+1)x0.7922x989.1/2=34947.2Pa流体经过折流板缺口的阻力损失：P2=NB(3.5-2B/D)y2p/2B=0.20D=0.60P2=29(3.5-2x0.2/0.6)x0.7922x989.1/2=25459.2Pa总阻力损失：AP =34947.9+25459.2=60407.1Pa 总売程流动阻力在允许范围内。七. 换热器主要结构尺寸和计算结果表管程壳程流率kg/h
