化工原理课程设计
题目 ______________________________________________
姓名： ____________________________________________
专业： ____________________________________________
指导老师： ________________________________________
日期:
目录
一、 ......................................... 设计任务书
1设计题目 ...............................
2、 ...................................... 工艺要求及操作条件
3、 ...................................... 设计要求 二、 ......................................... 设计说明书
1确定设计方案 ...........................
2、 ...................................... 确定物性数据 3、 ...................................... 计算总传热系数 4、 ...................................... 计算出热面积 5、 ...................................... 工艺结构尺寸的计算
6、 ...................................... 换热器核算 三、 ......................................... 设计课汇集 四、 ......................................... 评价 五、 ......................................... 参考文献
.设计任务
（一） 设计题目：苯冷却器的设计 （二） 工艺要求及操作条件
1. 处理能力：6000 kg/h 2. 设备形式：列管式换热器 3. 操作条件
a. b. c. d.
苯入口温度70C，出口温度30C。
冷却剂：循环水，入口温度 20E，出口温度30C。 允许压差：不大于105 Pa。
苯定性温度下的物性数据：查阅化工原理附录。
（三） 设计要求：
1. 设计计算列管式换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、管板、
封头、隔板及接管等。 2. 绘制列管式换热器的装配简图。 3. 编写课程设计说明书。
苯的定性温度：
T =(70 30)/2 =50C
密度 p0 = 876.5kg/
m 3
定压比热容 Cp0 = 1.68kJ/kg C 热导率 X) = 0.138W/m C 粘度 水的定性温度：
[10 = 0.00044P a - s
T =(20 30)/2 =25 C
密度
pi= 996.95kg/m3
定压比热容 Cpi = 4.178kJ/kg 热导率 粘度 1. 热流量
入=0.61W/ m C 讪=0.000903
°C
Pa. s
(三)计算总传热系数
Q 二 mc.汀=6000 1.68 (70-30)=4.032 105 kJ/h=112 KW
0
0
p0
2. 平均传热温差
. ：t =( △ t1- △ t2)/ In ( △ t1/ △ t2)=(40-10)/ In (40/10)=27.3 C
m
式中：= 70 - 30 = 40 C ,匚 12 = 30 - 20 二 10 C 3. 冷却水用量
Q 0
w = -------- 4.178 10
Cpi 厶ti
4. 总传热系数 管程传热系数
Re
du R 亠1
i
i
二竺竺=9650.6 (kg/h)
0.02X0.5X996.95
0.000903
C
11040.4
片
入 d i Uj R 0 8 pi 'i 0 4
ai =0.023丁(~^)0.8(亠)0.4
di片 上i
XO.。 器⑴T (6.。 伏宀壳传热系数
232
1575 W/(m2
.
・
C )
假设壳程的传热系数 >0二290 W/(m2 •C )； 污垢热阻
R =0.000344 W/(m •C )
si
2
2
—、
Rso =0.000172 W/(m •C ) 管壁的导热系数 =45 W/(m2 •C ) K
-—
丛R吕如Rso丄 aidi di 'di a。
0.025 157.5 0.020 =83 W
0.025 0.0025 0.025
0.000344
0.020 45 0.0225 1
0.000172 -
290
（四）计算传热面积 Qo =112000
S'二 \"83 27.3 ^tm
= 49.4 ( m2)
考虑 15%的裕度面积，S =1.15 S' =1.15 42.8 = 49.2 （ m） （五）工艺结构尺寸 1. 管径和管内流速
选用25 2.5传热管（碳钢），取管内流速
—=0.5 m/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
9650.6/(997 3600)
= 17.1 17 (根) ns 2
0.785 0.02 0.5 -d2u
4 i
按单程管计算，所需传热管长度为
S
56.81 3.14 0.025 17.1
二 d
=12.5
(m)
n按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6（m, 则该
换热器管程数为
L 12 5
Np =竺2 （管程）
l 6
传热管得总根数 N =17 2 =34 （根）
o
3。平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数
70-30
P
30 -20 40 -30 70 -20
0.2
按单壳程双管程结构温差校正系数应查有关图表 有图表可得到'.t =0.97 平均传热温差
氏m = f =0.97 27.3 =25.4「C） 4. 传热管排列和分程方法
采用组合排列法，即每程内均安正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列 取管心距t
-1.25d，贝U
0
t 1.25 25 =31.25 32 （mm 横过管束中心线的管数
nc =1.19.34 =7 （根）
5. 壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率
'N
二0.7则壳体内径为
D =1.05t
=1.15 32 丫 n
. --------
34/0.7 =234.2 250 （mm）
6. 折断板
25%则切去的圆缺 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的
高度为 h = 0.25 250=62.5 （ mm）,故可取 h = 70 （ mm。
取折流板间距B= 0.3D，则 B=0.3 250 =75 （ mm）,可取 B=100（ mm。 折流板数NB
传热管长 折流板间距
-1 摯-1 1000
=59
(块)
折流板圆缺面水平装配。 7. 接管
壳程流体进口接管：取接管内油品流速为
d
4 6000 /(3600 876.5)
3.14 汉1.0
u=1.0 m/s,则内管内径为
= 0.049 ( m)
二
取标准管径为50 mm。
管程流体进出口接管：取管接管内循环水流速
d
u=1.5 m/s,则接管内径为
= ”住000/(3600 796.95)帖伯
3.14 1.5
.
(m)。
取标准管径为80 mm。 （六）换热器核算
1.热量核算
（1）壳程对流传热系数对圆缺折流板，可采用克恩公式 “0.36斗宀匸严 O
de X
当量直径，有正三角形排列得
..3 2 二 2 4( t2 do)
2 4 de
兀do
\\ 3 2 二
4( 0.0322 0.0252)
2 4 = 0.020 3.14 9025
2
(m)
壳程流通截面积
025
So = BD（1-些）=0.15 0.45（1 - °） =0.01476（ m） t 0.032 壳程立体流速及其雷诺数分别为
%=
6000
/(3600
」.5)心29加 0.01476
76
Re。」020 °129 876乞5139
0.00044
普兰特准数 3 5
44 10 Pr」68 10
=5.36
0.138
粘度校正
卩0 14 p.\"
-…0.138
=0.36 5139 5.36
0.02
管程对流传热系数
內 0.8 0.4
:i =0.36 — Re Pr
di
管程流通截面积
2 34
S =0.785 0.02 =0.0053 2
管程流体流速
“ JI40©600 .95旳58
00.0053
‘ 0.02 0.58 997 Re 12807 4 9.03 10*
= 478 W/(m「C )
2
。眈)(m/s)
普兰特准数
4.178 10 9.03 10Pr = =6.18 0.61
0.61 0 8 0 4
12807 - 6.18 ' =2807 i=0.023
.02
(3 )传热系数K
K 二 豈R佥眷R“寸
：
0.025 2807 0.02
2
0.025 . 0.0025 0.025 0.000344
0.020 45 0.0225
0.000172
1
478
= 312.4W/(m C)
(4 )传热面积S
1 478
2
Q
112 103
om
312.4 25.4 =
14.1
S
p 0
L(N-nc
)=3.14 0.025 (6-0.06) (34-7)
= 12.6(m2) 该换热器的面积裕度为
H p
100%
Sp -S 14.4 -12.6
S
12.6
100% =11.9%
传热面积裕度合适该换热器能够完成生产任务。 2.换热器内流体的流动阻力 ' P =( P1
：P2
)FtNsNp
Ns =1,Np =2,Ft =1.5
和1 Y； i ]—,
巾2八 :-u2 d 2
2
由Re=12807,传热管相对粗糙度
第巾005 '查莫迪图得流速 ui = 0.58m/= 997kg/m3，所以
p =0.038 0.582 997 0.02 —
2
= 1912
( Pa)
P997 0.582
2
^3
2
=503 (Pa)
(m「C),
•i = 0.038
送 P =(R+P)x1.5><2 =2415.0 < 10 kPa 管程流动阻力在允许范围之内。
2
(2) 壳程阻力 、巾。卩2方2
Ns =1,Ft =1
流体流经管束的阻力 卩1 二 Ff。n/Nb 1)竺
2
F =0.5
f。=5 12807 0.228 =0.578 nc = 7
NB 二 59,u。二 0.129
2
. ：R=0.5 0.578 7 (59 1) 876.5 f129 士85 (Pa)
流体流过折流板缺口的阻力
2
.：P2‘=NB(3.5 一空)
D 2
B=0.15 , D=0.45 .巴’=59 (3.5一
2
2 0.15876.5 0.129 '
) 0.45 =549.8 (P)
2
(Pa)
总阻力
' ：巳=549.8 885=14348 (Pa) < 10 kPa
(3) 换热器主要结构尺寸和计算结果见表
换热器型式：固定官板式 化热面积(m):
管口表 符号 尺寸 用途 连接型式 工艺参数 名称 物料名称 操作压力，Mpa 操作温度，c 流量，kg/h 流体密度,kg/m3 流速,m/s 传热量,kW 程数 阻力降 总传热系数 a 管程 壳程 lb c d e f 管子规格 管间距，mm 1 :折流板型式： 切口高度 材料： 排列方式 碳钢 正三角形 「 2 间距 管数 管长 壳体内径
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