化工原理课程设计设计题目: 循环水冷却器设计设计时间：2013.6.23-2013.7.1设计班级：食安班设计者：学号： 2010指导教师：设计成绩：目录1 设计任务书 (3)2 设计摘要 (4)3 主要物性参数表 (5)3.1循环水 (5)3.2冷却水 (5)4 估算传热面积 (5)4.1 换热器的热负荷 (5)4.2 平均传热温差 (5)4.3 冷却水用量 (6)4.4 传热面积 (6)5 工程结构尺寸 (6)5.1 管径和管程流速 (4)5.3 平均传热温差校正及壳程数 (5)5.4传热管排列和分程方法 (5)5.5 壳体内径 (5)5.6 折流板 (6)5.7 附件 (8)5.8 接管 (8)6 换热器的核算 (9)6.1传热能力核算 (9)6.1.1管城传热膜系数 (9)6.1.2污垢热阻和管壁热阻 (9)6.1.3壳程对流传热膜系数 (10)6.1.4总传热系数K (10)6.1.5传热面积 (11)6.2换热器内流动的流动阻力 (11)6.2.1管程流动阻力 (11)6.2.2壳程阻力 (12)7换热器主要结构尺寸和计算结果表 (12)8 设备参数计算 (14)8.1壳体壁厚 (14)8.2接管法兰 (14)8.3设备法兰 (14)8.4封头管箱 (14)8.5设备法兰垫片 (14)8.6管法兰用垫片 (14)8.7管板 (15)8.8支垫 (15)8.9设备参数总表 (15)9 学习心得 (16)10参考文献 (17)11重要符号说明 (18)化工原理课程设计任务书1.设计任务书设计题目：循环水冷却器设计设计条件：1.设备处理量：74T/h。
2.循环水：入口：55℃，出口：40℃。
3.冷却水：入口：20℃，出口：30℃。
4.常压冷却，热损失：5%。
5.两侧污垢热阻0.00017m2·℃/w。
6.初设K＝900w/m2·℃。
设计要求：1. 设计满足以上条件的换热器并写出设计说明书。
2. 根据所选换热器画出设备装配图。
2.设计摘要传热过程是因温度差而产生热量从高温区向低温区的转移。
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备之一。
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。
按换热设备的传热方式划分主要有直接接触式、蓄热式和间壁式三类。
虽然直接接触式和蓄热式换热设备具有结构简单，制造容易等特点，但由于在换热过程中，有高温流体和低温流体相互混合或部分混合，使在应用上受到限制。
因此工业上所有的换热设备工业上所有的换热设备以间壁式换热器居多。
管式换热器的类型也是多种多样的，从其结够上大致可分为管式换热器和板式换热器。
管式换热器主要包括蛇管、套管和列管式换热器；板式换热器主要包括板式、螺旋板式、板壳式换热器。
不同类型的换热器各有自己的优点和使用条件。
其中以列管式换热器应用的更为广泛。
烈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初始温度为20℃的冷水，并要求冷水出口温度为30℃。
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。
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。
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，并要使换热器既造价低廉又坚固耐用，且要兼顾经济的效果。
3．主要物性参数表3.1循环水对于黏度较低的流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均制，故循环水的定性温度为：t 定循 =(55+40)/2=47.5℃根据定性温度，分别查处有关的物性参数如下： 密度 ρh=989.1 kg/m3； 比热容 Cph=4.174 kJ/kg·℃ 导热系数 λh=0.6443 W/m·℃ 粘度 μh=0.000648 Pa·s 3.2．冷却水对于黏度较低的流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均制，故冷却水的定性温度为：tm=(20+30)/2=25 ℃根据定性温度，分别查处有关的物性参数如下： 密度 ρi=996.9kg/m3比热容 Cpi=4.179kJ/(kg·℃) 导热系数 λi=0.6083W/(m·℃) 粘度 μi=0.0009025Pa·s表1 物性参数表4估算传热面积 4.1换热器的热负荷： 1t C m Q ph h h ∆⋅⋅==74000×4.174×(55-40)×95% =4.401×106 kJ/h=1222.5 kw4.2平均传热温差（对流传热）：1212(5530)(4020)22.40.223ln m t t t t t ----===V V V V V4.3冷却水用量：64.40110105312.3/4.179(3020)i pi i Q t kg hc t ⨯===⨯-V4.4传热面积：由已知K=900 W /m 2·℃。
321222.51060.5990022.42m Q S m K t ⨯===⨯V考虑到估计性质的影响，根据经验范围，取实际传热面积为估计值的1.15倍。
S=60.59×1.15=69.68 m 2 5.工程结构尺寸 5.1管径和管程流速：选用∅25×2.5传热管，取内管流速1.2m/s 5.2管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程管传热管数22105312.377.9996.936000.7850.02 1.24s i Vn m d uπ===⨯⨯⨯⨯ 所以n s =78 (根)按单管程计算，传热总管长度为：069.6811.38()3.140.02578s S L m d n π===⨯⨯ 现在取传热管长l=6 m ，则该换热器的管程数为：11.38 1.892()6p L N l ===≈管程传热管总根数：N=78⨯2=156（根） 5.3．平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数55-401.530-20R ===热流体的温降冷流体的温升30-200.2955-20P ===冷流体的温升两流体的最初温差按单壳程双管程结构，查表得： ε△t =0.81 平均传热温差：mt t t t 0.8122.4218.16m C ε︒==⨯=V V V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。
5.4．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，隔板两侧采用正方型排列，取管心距t=1.25d则t=1.25×25=31.25≈32（mm ） 隔板中心到离其最近一排管中心距离: s=t/2+6 mm =32/2+6=22 mm隔板两侧相邻管心距为：αc =2s=44 mm 通过管束中心线的管数：)(1515619.119.1根===N n c5.5壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径为：)(6.5017.0/1563205.1N1.05t D mm =⨯==η圆整可取：D=600（mm ） 5.6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内经的25%，则切去的圆缺高度为：h=0.25×600=150（mm ）取折流板间距B=0.3D ，则B=0.3×600=180（mm ） 可取B=200（mm ） 折流板数：6000-1=-1=29200B N =传热管长折流板间距5.7附件选取拉杆直径为12mm ，拉杆数量为4根，壳程入口应设置防冲挡板。
5.8接管管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速为：u=2m/s0.173d m === 则接管内径：壳程流体进出口接管：取接管内循环水流速为：u=2m/s0.115d m ===即接管内径；所以取标准管：壳程接管：φ127×4.5，管程接管：φ146×4.5。
12244105312.3 1.2493.140.173996.93600V u d π⨯===⨯⨯⨯22244740001.563.140.115996.93600V u d π⨯===⨯⨯⨯经校核,符合标准6.换热器的核算 6.1传热能力核算 6.1.1管程传热膜系数： αi =0.023Re 0.8Pr 0.4λi /d i 管程流速截面积：22215620.7850.020.024542t i i p N S d m N π==⨯⨯= 管程流体速度：105312.31.198/996.936000.0245i u m s ==⨯⨯0.02 1.198996.926466.20.0009025e R ⨯⨯==334.179100.90310 6.20.6083r P -⨯⨯⨯==0.80.426.20.6080.02326466.2/0.0250113/i W m Cα⨯⨯==⋅o6.1.2污垢热阻和管壁热阻污垢热阻：R si =0.00017 ( m 2℃)/WR so =0.00017 (m 2℃)/W管壁导热系数：λ=50W/m ·℃20.00250.00005/50i bR m C W ωλ===⋅︒6.1.3壳程对流传热膜系数：10.550.143000.36Re Pr ()ieu d u ωλα=⋅当量直径：202)423(4d d t d e ππ-=223.144(0.0320.025)240.0203.140.025e d m -⨯==⨯壳程流通面积：000.025(1)0.200.60(1)0.026250.032d S B D m t =⋅-=⨯-= 740000.792/0.026253600989.1e d m s ==⨯⨯00.0200.792989.1Re 241780.000648⨯⨯==34.1740.00064810Pr ==4.20.6443⨯⨯o粘度校正0.14w 1μμ⎛⎫≈⎪⎝⎭10.55300.64430.3624178 4.24819.40.02a =⨯⨯⨯=6.1.4总传热系数K0000021110.0250.0250.00250.02510.000170.0001750110.020.020500.02254819.41107.3si s i i i i K d d bd R R d d d WCm αλα=++++=⨯+⨯+++⨯⨯=⋅︒6.1.5传热面积：21222.561.61132.417.936m Q S m K t ===⨯V 实际传热面积：面积裕度：73.4861.6100%100%19.3%61.6P S S H S --=⨯=⨯= 6.2换热器内流动的流动阻力 6.2.1管程流动阻力：12()i t s p P P P F N N ∑=V V V1=s N 2=p N 4.1=t F2,22221u P u d l P i ρξρλ=∆⋅=∆ 由Re=26510.36,传热管相对粗糙度0.0 1/20=0.005，查莫狄图得λi =0.0322w/m ·℃ μi =1.2m/s ρ=996.9kg/m 3, 所以△P 1=0.033×(6/0.02)×(1.22×996.9/2)=6933.64 Pa △P 2=ξρμ2/2=3×996.9×1.22/2=2153.304 Pa ∑△P i =(6933.64+2153.304)×1.5×2 = 27260.832 Pa 管程流动阻力在允许范围之内 。