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1、学号0120920400335课程设计题目水蒸汽加热苯-甲苯混合液卧式列管换热器的设计学院化学工程学院专业班级制药0 9 0 3姓名指导老师2011年 8月课程设计任务书学生姓名:刘丽娜专业班级：制药0903班指导教师： 工作单位： 化学工程学院题 目： 水蒸汽加热苯-甲苯混合液卧式列管换热器的设计初始条件：设计一台卧式列管换热器，将质量流量为80吨/小时的苯-甲苯（X=0.4）混合液 从20C加热到94C，加热介质采用300kPa绝压的饱和水蒸汽，冷凝液在饱和温度下 排出，要求换热器的管程压降小于70kPa。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具 体要求）1
2、、合理的参数选择和结构设计；2、工艺计算，包括传热计算和压降计算等；3、主要设备工艺尺寸设计。时间安排：设计内容所用时间1、根据换热任务和有关要求确定设计方案；1天2、初步确定换热器的结构和尺寸；1天3、核算换热器的传热面积和流体阻力；1天4、确定换热器的工艺结构；1天5、写出设计说明书。1天指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录设计任务书2绪论4符号说明7工艺计算8确定物性数据8确定计划方案9计算总传热面积9工艺结构尺寸10换热器核算10设计数据结果一览表15结束语16参考文献17绪论一、列管式换热器的结构和特点管壳式换热器(shell and tube heat exch
3、anger)又称列管式换热器。是以圭寸闭在壳体 中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用 各种结构材料(主要是金属材料)制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的 类型。根据冷热流体换热方式的不同可将换热器分为混合式换热器、蓄热式换热器和间 壁式换热器。其中以间壁式换热器应用最为广泛，型式也最为多样。按换热器传热面 形状和结构的特点，间壁式换热器又可分为管式换热器、板式换热器和特殊式换热器 三类。列管式换热器是化工生产中常用的一种换热设备，结构简单，适应性强；单位体 积所具有的传热面积大并传热效果好；而且种类多，型号全。列管换热器主要特点：1、耐腐蚀性：聚丙
4、烯具有优良的耐化学品性，对于无机化合物，不论酸，碱、盐溶 液，除强氧化性物料外，几乎直到1 ooc都对其无破坏作用，对几乎所有溶剂在室温 下均不溶解，一般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使用。2、耐温性：聚丙烯塑料熔点为164-174C，因此一般使用温度可达110-125C。3、无毒性：不结垢，不污染介质，也可用于食品工业。4、重量轻：对设备安装维修极为方便。二、管壳式换热器的选用和设计计算步骤1、浮头式换热器结构换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受 热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这 种换热器叫做浮头式换热器。其优
5、点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变 壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同 而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。浮头式换热器，管束一端的管板可自 由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出，便于机械清洗和检修。浮头 式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。浮头式换热器2、试算初步选设备规格 确定流体在换热器中的流动途径。附表附表一列管式换热器易燃、易爆液体和气体允许的安全流速液体名称乙醚、二氧化碳、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮氢气安全流速，m/s12310至8 根据传热任务计算热负荷Q。 确定流体在换热器两端的温度，选择管壳式换热器的
6、类型；计算定性温度，并确定在定性温度下的物体物性。 计算平均温度差，并根据温度校正系数不小于0.8的原则，决定壳程数。 依据总传热系数的经验值范围，选定总传热系数K。 由Q = K-SAt初步算出S,并确定换热器基本尺寸。m换热管规格和排列选择换热管直径越小，换热器单位容积的传热面积越大。因此对于洁净的流体可完管径可 取得小些。但对于不洁净或易结垢的流体，管径应取的大些，以免堵塞。为了制造和 维修的方便，我国目前试行的系列标准规定采用19X2mm和25X2.5mm两种规格， 管长有 1.5、2.0、3.0、6.0m,排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列，见下图。（1）正三角形排列（2）正方
7、形排列（3）正方形错列各种排列方式的优点：正方形排列：易清洗，但给热效果较差正方形错列：可提咼给热系数等边三角形：排列紧凑，管外流体湍流程度高，给热系数大3、计算管程，壳程压强降初步计算管程，壳程流体的流速和压强降，检查结果是否合理，满足工艺要求。若压强降不符合要求，再确定管程数或折流板间距，或重新调整流速，再确定各种尺 寸，直到压降满足要求为止。4、核算中传热系数根据流体性质选择适当的垢层热阻R，由R、a、a和K计算，再由传热基本12计方程计算A。当A小于初选换热器实际所具有的传热面积A，则计算可行。考虑到 计计所用换热器计算式的准确度及其他未可预料的因素，应使选用换热器面积有15%25%
8、的裕度，即A / A =1.151.25，否则应重新估计一个K “，重复以上计算。计估符号说明英文字母因数;B折流板间距，m;Re雷诺准数；C系数，无量纲；S传热面积，m2；d管径，m；t-冷流体温度，C；D换热器外冗内径，m；管心距，m；f摩擦系数；T-热流体温度，C；F系数；u流速，m/s；h圆缺高度；W质量流量，kg/s。K总传热系数，W/ (m2C)；希腊字母L官长，m；a对流传热系数，W/(mC)m程数；A有限差值；n指数；九导热系数，W/(mC)；官数；粘度，Pas；程数；P密度，kg/m3；N官数；程数；校正系数。N B折流板数；下标Nu努赛尔准数；i-管内；P压力，Pa；m-平
9、均；因数；o-管外；Pr普兰特准数；s-污垢。q热通量，W/m2；Q传热速率，W；r半径，m；气化热，kJ/kgR热阻，m2C/W工艺计算一、确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值 売程水蒸汽温度的定性温度为T = 133.3 +133.3 = 133 3（300kPa 绝压下的水蒸汽 T=133.3C）2管程流体的定性温度为20 + 94T 二 57 U2根据定性温度，分别查取有关物性数据水蒸汽在133.3C下的有关物性数据如下密度p =1.651 kg/m3o定压比热容c =1.9735 kj/(kg C)po导热系数九=0.0265971 W/(m C)o黏度卩=1.33X 1
10、0-5 Pa So液化热r =2168.1kJ/kg苯-甲苯混合液（X=0.4）在57C下的物性数据如下1密度p =834.5295716 kg/m3i定压比热容cpi=1.686 kJ/(kg C)导热系数九=0.123438163 W/(m i黏度卩=3.93X 10-4 Pa si二、确定计划方案选择换热器类型两流体温度变化情况：热流体（水蒸汽）进口温度133.3C，出 口温度133.3C；冷流体（苯-甲苯）进口温度20C,出口温度94C。 估计管壁温和売壁温之差较大，再加上所受压力较大，因此选用浮头 式换热器。流动空间及流速的确定由于饱和蒸汽宜走売程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排
11、 出；苯-甲苯混合液走管程。、估计总传热面积热流量 Q = W - C (t -1) = 90X10c pi 213600x (94 - 20) X1686 = 3119100W水蒸汽流量w 二Q 二 3119100h r 2168.1 x 103二 1.43863kg / s平均传热温度At AtAt =+2mAtIn 1At2113.3 39.31 113.3 In39.3=69.889475C传热面积，根据流体情况，假设K = 500W/C 2 - C）S= 乞=3119100= 89.258681624m2KAt500 x 69.89475四、工艺结构尺寸由浮头式（内导流）换热器的基本
12、参数表*查得売径/mm700管子尺寸/mm25 X 2.5mm公称压强/mPa2.5管长/m4.5公称面积92.1管子总数268管程数2管子排列方法正方形斜转45若选K= 484.567885410 S At0 m五、换热器核算1、核算压强降管程流动阻力管程阻力等于流体流经传热管直管阻力和管程局部阻力之和。即ZAP =（AP +AP）FNt12 t pf为管程结垢校正系数，量纲为1，对25X2.5mm的管子可近似取 t1.4。管程流体通截面积A Y di2 ；二 344 x 0.022 x 竽二 0.0420973462m2管程流体流速V90 X103u = s =i A3600 X 834.
13、53 x 0.0421i二 0.7115549761m/s0.020 x 0.712 x 834.533.93 X10-430219.540672设管壁粗糙度E 0 10.1mm, 0.005，d 20i查图*得九0.035所以Ap 九 L pU2 - 0.035 x 4.5 x 834.53 X 0.7122 - 1663.7169474Pa 1 d 20.015Ap2834.53 x 0.71222633.8PaZAP =(AP +AP)FN (1663.72 + 633.8)x1.4x2 6892.5Pat12 t p管程流动阻力小于70kPa，符合设计条件。2、热流量核算売程对流传热系数蒸汽在水平管束外冷凝，可采用凯恩(Kern)估算式，根据两流体温 度与传热系数，假设t =115Cwa - 0.725兀P 2gr 1y4(0.725o、n2 3d uAt 丿o44648.6W/(m2 - C)0.68623 x935.33022 x9.8忘2168.1x103、26823 x0.019 x 2.19 x 104 x(133.3 -
