化工原理课程设计作业（新） - 图文

第二节 设计方案的确定

1、选择换热器的类型 进口温度 出口温度 热流体（纯80℃ 55℃ 苯） 冷流体（水） 35℃ 43℃ 注释：若用冷却水做冷却剂，设计时一般取冷却水进出口的温升为5—10℃，根据经验，选择冷却水温升为8℃，则冷却水出口温度为35℃+8℃=43℃ 。从两流体的温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步选定固定管板式换热器。

如图所示，这种换热器两端的管板分别焊接在外壳上，具有结构简单，适应性强，造价低等优点，其缺点是关外清洗困难，管壳间存在温差应力，适用于管束和壳体间温差较小，壳程流体不易结垢的场合。 2、确定流体通入的空间

由于设计任务的热流体为本，冷流体为水，为使苯通过壳体壁面向空气散热，提高冷却效果，故使苯走壳程，另外水也较易结垢，为便于提高流速减少污垢生成，以及便于清洗污垢，使水走管程。

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第三节 确定物性设计

苯的定性温度： 80+55

T=2 =67.5°C 水的定性温度： 35+43

t=2 =39°C

分别查得苯和水在定性温度下的物性数据如下表 纯苯 ρ/ kg/m3 828.6 λW/(m.℃) 0.129 μ/ Pa.s 0.352x10-3 Cp/ kJ/（kg.℃） 1.841

水 992.6 0.632 0.67x10-3 4.174 第四节 估算传热面积

1、传热平均温度差（先按逆流计算） Δtm=

?t1??t2?80?43)?(55?35???27.6℃ ?t180?43lnln55?35?t2 2、计算热负荷（忽略热损失）

20000

Q=qm1cp1(T1-T2)=3600 ? 1.841?103 ?(80-55)=2.56?105

3、冷却水的用量（忽略热损失）

Q2.56X105

qm2=C(t-t) = 4.174X103X(43-35)

P221

4、初算传热面积

参照传热系数K的大致范围，取K=450W/（m2.℃） 则估算传热面积为：

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Q2.56X105

A估=KΔt = 450X27.6 =20.61m2

m

由于考虑安全系数和数值的近似性，常取实际传热面积是计算值的1.15—1.25倍。本试验取实际面积为估算面积的1.15倍，则实际面积为： A实=1.15X20.61=23.70m2

第五节 工艺结构尺寸的设计计算

1、选管子规格

换热器的换热管构成换热器的传热面，管子的尺寸、大小和排列形状对传热有很大影响。采用小直径管子时，换热器单位体积的传热面积大一些，设备较紧凑单位面积的金属消耗量少，传热系数也稍高，但制造较麻烦，且小管子容易积垢，不易清洗。大直径管子用于黏性大或污浊的流体，小直径的管子适用于清洁的流体。

碳钢和不锈钢换热管的规格和尺寸偏差按GB8163—87、GB2270—80高级精度冷拔管的规定，其常用规格见下表：

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换热器中最常用的的管子有：Φ19mmx2mm和Φ25mmx2.5mm两种规格。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较厚；对于相同的壳径，可以排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。

管长的选择是以清洗方便和合理使用管材为原则。中国生产的钢管长度多为6m、9m，故系列标准中管长有1.5、2、3、4.5、6和9m六种，其中以3m和6m更为普遍。

本设计实验选用Φ25mmx2.5mm低合金钢无缝钢管，管长l=3m。 2、总管数和管程数 总管数：错误！未指定书签。n?A实?dol?23.70?101根

3.14?0.025?37.67qv992.6 单程流速：u=??0.244m/s 2?2din0.785?0.02?1014 单程流速较低，为提高传热效果，考虑采用多管程。 列管式换热器中常用流速范围 流体的种类 一般液体 易结垢流体 气体 管程 0.5~3 >1 5~30 流速/（m/s) 壳程 0.2~1.5 >0.5 3~15 按管程流速的推荐范围，选管程流速为u`=0.5m/s，所以管程数为

u’0.5 m=u = ?2 取双管程

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