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1、化工原理课程设计-换热器的设计学院： 班级：化工 班姓名： 学号： 成绩： 换热器设计任务书- 2 -工艺计算- 3 -方案一- 3 -方案二- 7 -计算结果汇总- 13 -分析与讨论- 14 -符号表- 16 -换热器工艺流程图- 18 - 换热器设计任务书一、设计任务：选一台适当型号的列管式换热器，完成冷却水冷却己烷任务二、设计任务及操作条件：冷却水己烷处理量t/d1450密度kg/m3994625比热kJ/kg.4.1742.428导热系数W/m.0.6250.1047粘度mPa.s0.740.23换热器入口温度3068换热器出口温度3844污垢热阻 m2./ W1.7610-41.7
2、610-4允许压强降 kPa3030三、 要求：通过多种方案计算，并分析比较（至少两种），确定（1）管程流体和壳程流体分别是那种流体（2）换热器的适宜型号，台数，组合方式（串联或并联）（3）比较不同方案的优劣工艺计算本题为两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一般较大，且易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，己烷走壳程。方案一（1） 计算和初选换热器的规格计算热负荷和己烷流量计算两流体的平均温度差。暂按单壳程、多管程进行计算。逆流时平均温度差为由图4-19查得： 所以：初选换热器规格 根据流体的情况，假设 故 由于，无须考虑热补偿。据此可由换热器系列标准选定管壳式换热器。有关参数如下表
3、:壳径/mm600管子尺寸/mm252.5公称压强/MPa2.50管长/m6公称面积/ 108管子总数232管程数2管子排列方式正方形斜45 实际传热面积： 若选择该型号换热器，则要求过程的总传热系数为： （2） 核算压强降管程压强降： 其中=1.5 =4管程流通面积： 设管壁粗糙度=0.1mm, ,查-Re关系图得：=0.034，所以 则 壳程压强降 其中Fs=1.15，Ns=1，管子为正方形斜转45排列，F=0.4。计算表明，管程和壳程压强降都能满足题设的要求。（3） 核算总传热系数 管程对流传热系数 壳程对流传热系数 取换热器列管之中心距t=32mm。则流体通过管间最大截面积为壳层中己烷
4、被冷却，取 所以污垢热阻 参考任务书，管内、外侧污垢热阻分别取为 总传热系数 管壁热阻可忽略时，总传热系数为 方案二（一）计算和初选换热器的规格计算热负荷和有机液流量 计算两流体的平均温度差。暂按单壳程、多管程进行计算。逆流时平均温度差为由图4-19查得： 所以： 初选换热器规格 根据流体的情况，假设 故 由于，无须考虑热补偿。据此可由换热器系列标准选定型浮头式型换热器。有关参数如下表:壳径/mm600管子尺寸/mm192公称压强/MPa2.50管长/m6公称面积/ 114管子总数324管程数2管子排列方式正方形斜45 实际传热面积： 若选择该型号换热器，则要求过程的总传热系数为： （二） 核
5、算压强降 管程压强降： 其中=1.5 =4管程流通面积： 设管壁粗糙度=0.1mm, ,查-Re关系图得：=0.036，所以 则 壳程压强降 其中Fs=1.15，Ns=1，管子为正方形斜转45排列，F=0.4。计算表明，管程和壳程压强降都能满足题设的要求。（三）核算总传热系数 管程对流传热系数 壳程对流传热系数 取换热器列管之中心距t=32mm。则流体通过管间最大截面积为壳层中己烷被冷却，取 所以污垢热阻 参考任务书，管内、外侧污垢热阻分别取为 总传热系数 管壁热阻可忽略时，总传热系数为 计算结果汇总方案一方案二换热器型号G600-2.5-107.5F600-2.5-113.9换热器台数11壳
6、径/mm600600公称压力/MPa2.502.50公称面积/107.5113.9管程数22管长/m66管子尺寸/mm252.5192.0中心排管数1821管子总数232324管子排列方法正方形斜转45正方形斜转45折流挡板间距/m0.30.3己烷处理量/kg/h60416.6760416.67冷却水处理量/kg/h105105.09105105.09热负荷/W977944.45977944.45平均温差/19.4219.42管程压力降/Pa12051.987032.18壳程压力降/Pa13932.629691.97管程对流传热系数/4026.334316.64壳程对流传热系数/925.858
7、26.64总传热系数/559.9526.04安全系数19.5318.98分析与讨论第一种方案所选换热器为管壳式换热器，第二种方案选择为浮头式换热器，两种方案各自的优缺点如下：管壳式换热器优缺点：优点：（1） 结构简单、紧凑（2） 能承受较高压力（3） 造价低（4） 管层清洗方便，便于维修缺点：（1） 壳层不易清洗（2） 壳层和管层浮头式换热器优缺点： 优点：（1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； （2）介质间温差不受限制； （3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450度，压力小于 等于6.4兆帕； （4）可用于结垢比较严重的场合； （5）可用于管程易腐蚀场合。 缺点： （1）小浮头易发
8、生内漏； （2）金属材料耗量大，成本高； （3）结构复杂由于换热器各具体参数不同，故可通过比较选取较优方案，其比较内容如下：1.、实际传热面积方案一中实际传热面积为107.5，而方案二中实际传热面积为113.9，因为较小的传热面积有利于提高换热系数，由此点可见，方案一较优。2、材料用量及造价方案一中管规格为252.5，管长为6m，管数为232，方案二中管规格为192，管长为6m,管数为324，总体看来，方案一节省材料用量，由于浮头式换热器造价远高于管壳式换热器，所以方案一较优3、总换热系数方案一中总换热系数为559.9m2，方案二中总换热系数为526.04 m2，由于换热系数越大，管路的热阻值
9、越小，则更为节能，可降低成本。所以方案一较优。综上所述，可见方案一的优势更明显，故选取方案一作为最终方案。符号表符号名称单位Q热负荷WW质量流量kg/sCp定压比热容KJ/(kg)d管径mD换热器壳径mh挡板间距mK总传热系数W/(m2)L长度mS传热面积m2t冷流体温度T热流体温度u流速m/s粘度Pas密度Kg/m3p压力Pat管中心距m对流传热系数W/(m2)导热系数W/(m)R热阻m2/WA流通面积m2n管数Np管程数P因数R因数t温度差粗糙度摩擦系数NB折流挡板数t温差校正系数fo壳程流体的摩擦系数Fs壳程压降结垢校正因数Ns串联壳程数Ft结垢校正因数nc横穿管束中心线管数下标符号名称c冷流体h热流体i管内o管外e当量s污垢换热器工艺流程图- 18 -
