化工原理课程设计————循环水冷却器设计学院：化工学院专业班级：高分子061班姓名：李猛学号： 2006016050指导教师：徐功娣时间：2009年6月25-30日目录1 设计任务书 (1)2 设计摘要 (2)3 主要物性参数表 (4)4 工艺计算 (5)4.1 确定设计方案 (5)4.1.1 选择换热器的类型 (5)4.1.2 计算热负荷和冷却水流量 (5)4.1.3 计算两流体的平均温差，确定管程数 (6)4.1.4 工艺结构尺寸 (6)4.2 核算总传热系数 (8)4.2.1 管程对流传热系数Ai (8) (9)4.2.2 壳程流体传热系数o4.2.3 计算总传热系数K0 (10)4.3 核算压强降 (12)4.3.1 管程压强降 (12)4.3.2 壳程压强降校核 (13)5 设备参数的计算 (16)5.1 确定换热器的代号 (16)5.1.1 换热器的代号 (16)5.1.2 确定方法 (16)D (16)5.2 计算壳体内径i5.3 管根数及排列要求 (16)5.4 计算换热器壳体壁厚 (17)5.4.1 选适宜的壳体材料 (17)5.4.2 该钢板的主要工艺参数性能 (17)5.4.3 壁厚的计算 (17)5.5 选择换热器的封头 (19)5.6 选择容器法兰 (20)5.6.1 选择法兰的型式 (20)5.6.2 确定法兰相关尺寸 (20)5.6.3 选用法兰并确定其标记 (21)5.7 选择管法兰和接管 (22)5.7.1 热流体进出口接管 (22)5.7.2 冷流体进出口接管 (22)5.7.3 选择管法兰 (23)5.8 选择管箱 (23)5.9 折流档板的设计 (24)5.10 支座的选用 (24)5.11 拉杆的选用和设置 (25)5.11.1 拉杆的选用 (25)5.11.2 拉杆的设置 (26)5.12 确定管板尺寸 (26)5.13 垫片的选用 (27)5.13.1 设备法兰用垫片 (27)5.13.2 管法兰用垫片 (28)6 数据汇总 (29)7 总结评述 (30)8 参考文献 (32)9 主要符号说明 (33)10 附表 (35)1 设计任务书1.设计题目：循环水冷却器设计2.任务及操作条件：(1) 处理能力：74000kg/h(2) 设备型式：列管式换热器（固定管板式换热器）(3) 操作条件：1）循环水：入口：55℃，出口：40℃2）冷却水：入口：10℃，出口：35℃3）热损失：5%4）管程和壳程的压强降不大于1.6MPa3.选择适宜的换热器，并进行核算4.画出主体设备图（1号图）精品文档，欢迎下载2 设计摘要传热过程是化工生产过程中存在的极其普遍的过程，实现这一过程的换热设备，却种类繁多，样式多样。
其中以列管式换热器应用的更为广泛。
本实验设计的是列管式换热器。
内含工艺流程方案及换热器类型的选择，换热器物料及热量的衡算，传热动力学和换热气器流动的阻力核算，进而确定设备的主要的工艺尺寸。
列管式换热器的类型是多种多样。
列管式换热器可以分为固定管板式、U形管式和浮头式等。
在这次实验设计中我们选择的是固定管板式换热器。
它单位体积的传热面积极大，结构简单，加工制造比较容易，结构坚固，性能可靠，适应面广。
在现代的化工生产中应用最为广泛，而且设计资料和数据较为完善，技术上比较成熟。
本设计是一列管换热器的设计。
该换热器应具备的功能可以将循环水由55℃冷却至40℃。
换热器所用的冷却介质是不初始温度为10℃的冷水，并要求冷水出口温度为35℃。
此换热器又称循环水冷却器。
根据所给的任务，我们综合考虑。
首先确定了流体流径。
我们选择冷却水通入管内，而循环水通入管间。
其次，我们确定两流体的定性温度，由于温度引起的热效应不大，可以选择固定管板式换热器。
考虑到换热器所涉及的压强不大，腐蚀性不高，因此我们选用碳钢换ϕ的热管。
为避免流体在管子中发生滞流流动，选用规格为mm5.225⨯换热管。
初算时利用暂定的总传热系数和算出的热负荷，初算换热器的换精品文档，欢迎下载热面积，换热器的根数和长度，确定管程数。
进而我们可以查阅相关资料。
在《固定管板换热器系列标准中》，我们初步选择最接近计算值最符合的换热器，然后进行校核验算是否符合要求。
精品文档，欢迎下载有了初步的换热器后，我们便要对其设备参数进行校核，对其附件进行选择和匹配。
包括换热器壳体、封头、管箱、管板、法兰的选用，折流板、隔板、支座形式的选用等。
在选择这些附件的同时，不仅应当使其与所选换热器能够很好的匹配，并要兼顾经济的要求，使换热器既造价低廉又坚固耐用。
精品文档，欢迎下载3 主要物性参数表在定性温度下：t=(10+35)/2=22.5℃定冷=(55+40)/2=47.5℃ t定循表3-1 物性参数表精品文档，欢迎下载精品文档，欢迎下载4 工艺计算4.1 确定设计方案4.1.1 选择换热器的类型(1) 两种流体的变化情况：热流体（循环水）进口温度55°C，出口温度40°C；冷流体（冷却水）进口温度10°C，出口温度35°C； 冷水定性温度：()()℃t t t m 5.223510212121=+=+=热的循环水的定性温度：()()℃T T T m 5.474055212121=+=+= 由于两流体温差小于50°C，不必考虑热补偿。
因此初步确定选择用固定管板式换热器。
(2) 流程安排由于该换热器是具有冷却水冷凝的换热器，应使循环水走壳程，以便于排除冷却水。
4.1.2 计算热负荷和冷却水流量(1) 热负荷的计算1t C m Q ph h h ∆⋅⋅= ()610289.140555.4180360074000⨯=-⨯⨯=W 热负荷()W Q Q Q Q h L h 610289.195.0%51⨯⨯=-=-==1.225×106W(2) 冷却水流量的计算)()(95.01221t t C m T T C m Q pc c ph h -=-=精品文档，欢迎下载 ()()h ph 12c pc 210.95m c T T m c t t ⨯-=-=()()()103510181.44055101805.474000%5133-⨯⨯-⨯⨯⨯⨯- =42180.0kg/h=11.72kg/s4.1.3 计算两流体的平均温差，确定管程数(1) 平均传热温差 Δ2121ln t t t t t m ∆∆∆-∆=（按逆流计算） 其中2035551=-=∆t ℃；℃3010402=-=∆t253020ln 3020=-=∆m t °C； 56.0105510351112=--=--=t T t t P 6.0103540551221=--=--=t t T T R 由P 、R 值查阅《化工原理》（高等教育出版社）（上册）235P 图5-11可得：t ψ∆=0.88，则有m t ∆=0.88×25=22℃(2) 确定管程数由于8.088.0＞t =ψ∆，故此换热器应选用单壳程4.1.4 工艺结构尺寸(1) 初选换热器的规格 假设K=900 w/(m ².°C)则估算的传热面积为：A=26m 9.612290010225.1 t Δm K Q =⨯⨯=；(2) 管径和管内流速选用5.225⨯φ的碳钢传热器（Gb81632-87） 取管内流速为s m u i /5.0= (3) 估算管程数和传热管数 由i i su d n V 24π=得2s i i n Vd u 4π= 由4.1.2可知冷却水流量 m= 11.72kg/s 则01175.075.99772.11===ρmV m 3/s22s i i 3.14n Vd u 0.01175(0.02)0.575()44π==⨯=根 根据列管式换热器传统标准，此数据可选取 按单程算，所需的单程热管长程度1.137502.014.39.61=⨯⨯==s i n d A L πm 取传热管长l=6m 则该换热器的管程数为2613≈==l L N p (根) 传热管总根数 （根）501752s T =⨯==n N N p(4) 实际传热面积：()()0S N d l 0.1168 3.140.02560.177.81=π-=⨯⨯⨯-=m 2则要求过程的总传热系数为k 。
=61.7152281.7710225.160=⨯⨯=∆m t S Q w/(m 2.℃)该换热器的基本结构参数如下：表4-1 换热器的基本结构参数4.2 核算总传热系数 4.2.1 管程对流传热系数A iA i =22202638.02168)02.0(414.3.4m N n d p i =⨯⨯=πs m A V u i s i /445.002638.001175.0===)(100093551025.94975.997445.002.0μ6c ei 湍流≈=⨯⨯⨯==-ρi i u d R 53.6105.6071025.94910181.4363=⨯⨯⨯⨯==--λuc P p ri10009355ei ≈=R 故可应用贝尔特关联式计算i α 0.80.4i ei ri i30.80.42o a 0.023R P d 607.5100.023(9355)(6.53)2223.5w /(m .C)0.02-λ=⨯=⨯=4.2.2 壳程流体传热系数o α换热器列管之中心距t=32mm 则液体通过管间最大截面积为： A=hD （1-td 0） 其中：h ——折流板间距，取为150mmD ——壳体公称直径，取为500mm0d ——管子外径，为25mmt ——管子中心距，可取32mmA=hD （1-t d 0）=0.15201641.0)032.0025.01(5.0m =-⨯ s m A V u i /2664.101641.015.98936007400000=⨯⨯==换热管呈三角形排列，则当量直径：202)423(4d d t d e ππ-=md d t de 0202.0025.014.3])025.0(414.3032.023[4)423(4220202=⨯⨯-⨯=-=ππ ℃u d ⋅=⨯⨯⨯==-260e 044334.2W/m 10570.7515.9892664.10202.0Re μρ；3.7310640.251075.570108054.1Pr 3-630=⨯⨯⨯⨯=⨯=-λμh p c ； 由于6031012.44334102⨯<=<⨯e R ，可以应用壳程流体的对流传热系数关联式计算0α，即14.0310.550)()()((36.0wp e eo c u d d μμλμμρλα）= 壳程中的循环水被冷却，取0.95)(14.0=wμμ 代入数据得：-310.55230640.25100.3644334.2 3.730.956043.66W /m 0.0202⨯α=⨯⨯⨯⨯=⋅℃4.2.3 计算总传热系数K 0)1(10mo i i o i o si So o d bd d d d d R R K λαα++++=其中：i αα,0——壳程、管程对流传热系数 ℃⋅m w /m i d d d ,,0——换热管外径、内径和内外径平均值 mm 0,s si R R ——管内侧、外侧污垢热阻 ;w /2℃⋅mb ——换热管壁厚，取0.0025mλ——碳钢导热系数，取44.58℃⋅m w /管壁热阻碳钢在该条件下℃⋅=m w w /58.44λ;w /1006.058.440025.023℃⋅⨯==-m R w )1(10moi i o i o si So o d bd d d d d R R K λαα++++=℃m W K 230/24.878)025.01006.00025.05.222302.0025.002.0025.000018.000018.06043.661(1=⨯⨯+⨯+⨯++=-计算安全系数%.7322%10061.15761.157878.42%100K K =⨯-=⨯-=选选计K 核算表明该换热器可以完成任务。