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1、化工原理课程设计 -循环水冷却器的设计学 院 ：化学与化学工程学院班 级 ：化工103姓 名 ：学 号 ： 目录 设计目录 1一 设计任务书 4二 概述 5三 物性参数的确定 7四 设计方案的确定 8 1选择换热器的类型 82流程安排 8五 估算传热面积 9 1换热器的热负荷 9 2平均传热温差 93传热面积 9 4冷却水用量 10六 工程结构尺寸 10 1管径和管内的流速 102管程数和传热管数 10 3平均传热温差校正及壳程数 10 4传热管排列和分程方法 11 5管体内径 11 6折流板 12 7其它附件 12 8接管 12七 换热器的核算 12 1传热能力的核算 12 （1）壳程传热膜
2、系数 12 （2）管程传热膜系数 13 （3） 污垢热阻和管壁热阻 14 （4）总传热系数K 14 （5）传热面积裕度 15 2换热器内流体的流动阻力 15 校核管程流体的阻力 15 壳程流体的阻力 16 八 换热器的主要工艺结构尺寸和计算结果表 17九 设备参数的计算 18 1壳体壁厚 18 2接管法兰 18 3设备法兰 18 4封头管箱 18 5设备法兰用垫片 19 6管法兰用垫片 19 7 管板 19 8 支垫 19 9设备参数总表 20十 参考文献 21十一 学习体会与收获 21十二 重要符号说明 22 一、 设计任务书化工原理课程设计任务书专业：化学工程与工艺专业班级：化工103班姓
3、名：李静辉设计日期：2013-6-08至2013-6-21设计题目：循环水冷却器设计设计条件： 1设备处理量70T/h。 2循环水：入口温度55，出口温度40。 3冷却水：入口温度20，出口温度30 4常压冷却，热损失5%。 5两侧污垢热阻0.00017 /。 6. 初设K=900 /设计要求1设计满足以上条件的换热器并写出设计说明书。2根据所选换热器画出设备装配图。 指导教师：朱宪荣 2013年6月18日二、概述传热过程是化工生产过程中存在的极其普遍的过程，实现这一过程的换热设备却种类繁多，形式多样。按换热设备的传热方式划分主要有直接接触式、蓄热式和间壁式三类。虽然直接接触式和蓄热式换热设备
4、具有结构简单，制造容易等特点，但由于在换热过程中，有高温流体和低温流体相互混合或部分混合，使在应用上受到限制。因此工业上所有的换热设备工业上所有的换热设备以间壁式换热器居多。管式换热器的类型也是多种多样的，从其结够上大致可分为管式换热器和板式换热器。管式换热器主要包括蛇管、套管和列管式换热器；板式换热器主要包括板式、螺旋板式、板壳式换热器。不同类型的换热器各有自己的优点和使用条件。1、固定管板式固定管板式换热器是用焊接的方式将连接管束的管板固定在壳体两端。主要特点是制造方便，紧凑，造价较低。但由于管板和壳体间的结构原因，使得管外侧不能进行机械清洗。另外当管壁温与壳体壁温之差较大时，会产生较大的
5、温差应力。严重时会毁坏换热器。由此可知，固定管板式换热器使用与壳程流体清洁，不易结垢。或者管外侧污垢能用化学处理方法去掉的场合，同时要求壳体壁温与管子壁温之差不能太大，一般情况下，该温差不得大于50。若超过此值，应加温度补偿装置。通常是在壳体上加一膨胀节。2、浮头式换热器浮头式换热器是用法兰把管束一端的管板固定到壳体上，另一端管板可以在壳体内自由伸缩，并子这端管板上加一顶盖成为“浮头”。这类换热器的主要特点是管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内。管束可以在壳体内自由伸缩，不会产生温差应力。但这种换热器结构较为复杂，造价高，制造安装要求高。由以上特点可以看出浮头式换热器的应用范围很广，能在较
6、高的压力下工作，使用于壳体壁温与管壁温之差较大，或壳程流体易结垢的场合。3、U型管式换热器这类换热器的管束是由弯曲成U型的传热管组成。其特点是，管束可以自由伸缩，不会产生温差应力，结构简单，造价比浮头式低，管外容易清洗。但管板上排列的管子较少，另外由于管束中心一带存在间隙，且各排管子回弯曲率不同，长度不同，故物料分布不够均匀，影响传热效果。U型管式换热器适用于壳程流体易结垢，或是壳体壁温与管壁温之差较大的场合，但要求管程流体应较为清洁，不易结垢。4、填料函式换热器这类换热器具有浮头换热器的优点，克服了固定管板式换热器的缺点，结构比浮头式简单，制造方便，易于检修清洗 。对于一些腐蚀严重，需要经常
7、更换管束的场合常采用这种换热器。但这种换热器密封性能差，故壳程不宜处理易燃、易爆或有毒的气体。同时要求壳程流体的压力不宜过高。目前所适用的填料函式换热器的直径一般在7000mm一下，很少采用大直径的填料函式换热器三、计算物性参数1、确定物性参数对于黏度较低的流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故：（1）循环水的定性温度为： 根据定性温度，查取有关物性参数如下： 密度：h = 989.1 kg / m3 定压比热容：Cph=4.714 KJ/(kg) 导热系数：h=0.6443 w/(m) 粘度：h=0.573410-3 Pas（2）冷却水的定性温度为： 根据定性温度，查取有关物性参数如
8、下： 密度：c= 997.0 kg / m3定压比热容：Cpc=4.179 KJ/(kg) 导热系数：c=0.6083 w/(m) 粘度：c=0.893710-3 Pas四、设计方案的确立1. 选择换热器类型热流体循环水的进口温度为55，出口温度为40。冷流体冷却水的进口温度为20，出口温度为30。由以上数据可知壳体壁温与管子壁温之差小于50，且冷却过程为常压冷却，因此可以选用固定管板式换热器。固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单，在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑，由于这种结构使壳侧清洗困难，所以壳程易用于不易结垢和清洁的流体。固定管板式换热器2. 流程
9、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。五、估算传热面积1、热负荷 2、平均传热温差选用逆流操作：循环水： 冷却水： 因为 ；故 3、传热面积因为初设K=900 /,则估算的传热面积为:根据前述提供的经验范围，取实际传热面积为估算值的1.15倍，则实际传热面积为：4、冷却水用量六、工艺结构尺寸1、管径和管内流速选用25mm2.5mm传热管（碳钢），取管内流速ui=1.3m/s.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：按单程管计算，所需的传热管总长度为按单程管设计，传热管过长，
10、宜采用多管程结构。现取传热管长，则该换热管管程数为：传热管总根数：682=136（根）。3、平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数: 按单壳程，双管程结构，查图表得：则平均传热温差：由于，且壳程流体流量较大，故取单壳程 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=1.25d0,则隔板中心到离其最近一排管中心距离为：各程相邻管的管心距为222=44（mm）。通过管束中心线的管数为取整nc=14（根）5、壳体内径采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径为：故可取。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折流板间距h： 故折流板间距可取。折流板数NB为7、其它
