化工原理课程设计

2.1 确定设计方案 2.1.1 选择换热器的类型

两流体温度变化情况：热流体进口温度110℃，出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮选式换热器。 2.1.2 确定工艺流程

从两物流的操作压力看，应使用混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水易结垢。若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使用循环水走管程，混合气体走壳程。 2.1.3确定物性数据

定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进口温度的平均值。故壳程混合气体的定性温度为

T?110?60?85℃ 2管程流体的定性温度为

T?39?29?34℃ 2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合气体来说，最可靠的物性数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合物各组分的有关物性数据，然后按相应的加和方法求出混合气体的物性数据。

混合气体在85℃下的有关物性数据如下： 密度：ρ1＝90kg/m3

定压比热容：Cp1＝3.297kJ/kg.℃ 热导率：λ1＝0.0279w/m. ℃ 粘度：μ1＝1.5×10－5Pa.S

循环冷却水在34℃下的物性数据： 密度：ρi＝994kg/m3

定压比热容：Cpi＝4.174kJ/kg.℃ 热导率：λi＝0.624w/m. ℃ 粘度：μi＝0.742×10－5Pa.S 3 估算传热面积 3.1 热流量计算 依据式XX：

Q1?m1Cp1?t1?10431（KW）

3.2 平均传热温差 按纯流计算，依式XX得

?tm??t1??t2?48.3（K） ?t1ln?t23.3 传热面积

由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值（参见《化工原理设计》P44）。假设K＝313w/m2.K则估算的传热面积为：

?tm??t1??t2?48.3（m2） ?t1ln?t2

3.4 冷却水用量 依式XX得：

mi?Q1?899655（kg/h） cpi?ti4 工艺结构尺寸 4.1 管径和管内流速

选用?25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=1.3m/s。 4.2 管程数和传热管数

依式XX可依据传热管内径和流速确定单程传热管数：

ns?V?4?di2u249.9/994.3?616（根） 20.785?0.02?1.3按单程管计算，所需的传热管长度为：

L?Ap?14.3（m）

?d0ns按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=7m，则该换热器的管程数为：

Np?L?2（管程） l传器管总根数 NT=616×2=1232（根） 4.3 平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数按式XX和式XX有：

R?110?60?5

39?2939?29P??0.124

110?29按单壳程，双管程结构，查图XX得

??t?0.96 平均传热温差：

?tm???t?tm?46.4（℃）

由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。

4.4 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。见下图