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1、化工原理课程设计换热器选型设计 专业班级：化工0905 姓 名：刘文博 学 号：0901010505 成 绩： 指导教师：白英芝 目录一、 前言.3二、 设计任务书.3三、 换热器选型设计.4四、 结果列表.8五、 换热器结构和流程示意图.9六、 相关附图.10七、 符号说明.11一、 前言 热交换器是进行热交换操作的通用工艺设备,被广泛应用于各个工业部门,尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,其中间壁式换热器用量最大,据统计,这类换热器占总用量的99 %。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,
2、其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。如何确定最佳的换热器,是换热器优化的问题。二、 设计任务书某车间用25的自来水将甲苯从105冷却到65，已知水走管程，出口温度为40。流量为27000kg/h的甲苯走壳程。甲苯侧热阻取0.0001m2/W，水侧热阻取0.00021 m2/
3、W。请选择合适的列管换热器，要求两侧压降不大于101.33kPa。已知平均温度下水和甲苯的物性参数如下表所示。介质比热，kJ/kg导热系数，W/m密度，kg/m3黏度，Pas甲苯1.930.1218100.0003水4.170.6159960.0008设计要求：1） 进行传热计算；2） 确定换热器的最佳型号和参数；3） 对计算结果进行讨论；4） 给出结果列表；5） 绘出换热器结构和流程示意图.三、 换热器选型设计1）试算和初选换热器的规格 计算热负荷和冷却水流量 计算两流体的平均温度差。逆流时平均温差为而 由图1查得：。可以选用单壳层。 初选换热器规格。根据两流体的情况，假如,故由于,因此需考
4、虑热补偿。由换热器系列标准中选定F400IV2.524表 1壳径/mm管子尺寸/mm公称压强/MPa管长/m公称面积/m2管子总数管程数管子排列方法正方形斜转45实际传热面积若选择该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为：2）核算压降 管程压降管程流通面积设管壁粗糙度，由关系图中擦、查得：，所以 壳程压降管子为正方形斜转45排列，。取折流档板间距壳程流通面积 所以计算表明，管程和壳程压强降都满足题设的要求。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。则流体通过管间最大截面积为壳程中甲苯被冷却，取。所以 污垢热阻 总传热系数管壁热阻可忽略时，总传热系数为安全系数为
5、： 结果讨论：安全系数为15.43%在15%25%之内符合换热器设计要求，管程压降和壳程压降都小于101.33kPa符合题设要求。四、 结果列表表2、设计数据结果一览表换热器型号F400IV2.524台数1管子尺寸，mm壳程数1管长，m4.5管程数4管子总数68材质碳钢管列排列形式正方形斜转45公称压强，MPa2.5待添加的隐藏文字内容3公称面积，m224参数管程壳程流量，kg/h3332427000进/出口温度，C25/40105/65密度，kg/m3996810热容，kJ/(kgC)4.171.93粘度，Pas0.00080.0003导热系数，W/(m)0.1210.615污垢热阻，m2/
6、W0.00021 0.0001流速，m/s1.7540.412传热量，w579000传热温差，C48.93传热系数，W/(m2)580.2安全系数%15.32五、 换热器结构和流程示意图管列排列形式为正方形斜转45六、 相关附图1图七、 符号说明英文字母流通面积，m2；定压比热容，kJ/（kgC）；管径，m；换热器壳径，m；折流板间距，m；总传热系数，w/(m2 )；长度，m；管数；管程数；壳程数；压强，Pa；传热速率或热负荷，W；热阻，m2C/W；传热面积，m2；冷流体温度，C；管心距，m；热流体温度，C；流速，m/s；质量流速，kg/s；希腊字母对流传热系数，W/(m2C)；有限差值；粗糙度；粘度，Pas；导热系数，W/(mC)；摩擦系数；密度，kg/m3；温差校正系数；下标冷流体；当量；热流体；管内；管外；污垢；温差；参考书目夏清等.化工原理（上册）.天津：天津大学出版社，2005
