2011级化工-1,2,3,4-设备选择与设计-课程设计

1、化工设备选择与设计课程设计课程设计题目：冷凝乙醇蒸汽列管式换热器选择与计算学院名称：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工112姓名： 尹雄博学 号 11402010212任 课教师：董 明定稿日期：2014年5月12 日i / ii课程设计题目：冷凝乙醇蒸汽列管式换热器选择与计算（1）选择列管式换热器所需的条件换热器在常压下冷凝 3600kg/h 的纯乙醇蒸汽，冷凝液在冷凝温度下排出，冷凝用水的入口温度为18C，出口温度为29C，冷凝水走管程，管程压降不超 过9.8X103p&试选用一适当型号的列管式换热器达到上述要求。基本数据及要 求如下：1）乙醇冷凝量： 1.0 kg/s；2）乙醇冷

2、凝温度：783C；3）假设乙醇冷凝潜热： 843 kj/kg；4）选用 25X 2.5无缝钢管作为换热器管束；5） 冷凝水在管束内的流速： 1.0 m/s；6）乙醇蒸汽一水系统冷凝操作的传热系数 K的初选值可取650W/（m2 C ）；7）管子排列方式：组合排列法（见参考文献1, p209及表7-5）;8）无缝钢管的绝对粗糙度： 0.15mm；9）管程结垢校正系数： 1.5；10）管束内外垢层热阻之和： 0.0006m2.C /W；11）列管换热器选用水平安装方式。（ 2）计算内容及要求1 ）估算换热器的传热面积、管程数和管束总数目；2）写出初选换热器的型号；3）校核换热器的管程压降；4）计算

3、换热器的总传热系数 K （须校核管束外壁的壁温tw）;5）计算换热器的安全系数及管束与壳体的温差，判断所选型号换热器是否 合理；6）采用2004版本的CAD绘图软件，绘制列管式换热器的管束排列图；7）以上内容及计算过程用A4纸张打印、装订后交给任课教师（管束排列图 须装订在最后一页）；8）以上课程设计须在 3 个星期内完成。（3）参考资料1 喻健良 等编著. 化工设备机械基础（第七版 ,教材），大连理工大学出版 社， 2013 年 8月；2 刘道德 等编著. 化工设备的选择与设计（第三版，教材） ，第四章等内 容；3 化工原理教材中相关内容 .3 / 11目录1、选择条件 5.2、选择计算 5

4、.2.1 水耗量 5.2.2、估算传热面积与管子根数 6.2.3 初选换热器 6.2.4 管程压降的计算 7.2.5计算管内给热系数 a 8.2.6冷凝给热系数 aO K值的计算 82.6.1 的计算8.2.6.2垢层热阻 9.2.6.3 K值的计算9.2.6.4 校核 tw 9.2.7 计算传热面积及安全系数 9.2.8 管束与壳体温差的计算 9.3、换热器 CAD 图1.14 / 111、选择条件换热器在常压下冷凝3600kg/h的纯乙醇蒸汽，冷凝液在冷凝温度下排出， 冷凝用水的入口温度为18C，出口温度为29C，冷凝水走管程，管程压降 不超过9.8X103p&试选用一适当型号的列管式换热

5、器达到上述要求。基本 数据及要求如下：1）乙醇冷凝量：Wi=1.0 kg/s；2）乙醇冷凝温度：T=783C；3）假设乙醇冷凝潜热：r=843 kj/kg ；4）选用 25X 2.5无缝钢管作为换热器管束；5） 冷凝水在管束内的流速：1.0 m/s；6） 乙醇蒸汽一水系统冷凝操作的传热系数K的初选值可取650W/（m2 C ）；7） 管子排列方式：组合排列法（见参考文献1, p209及表7-5）；8） 无缝钢管的绝对粗糙度： =0.15mm；9）管程结垢校正系数：F=1.5;10） 管束内外垢层热阻之和：R +尺=0.0006m2 C /W ；11）列管换热器选用水平安装方式。2、选择计算2.

6、1水耗量已知水的进口温度t2H=18C ;水的出口温度t2K=29C，则水的平均温度为:11tm 二-（t2k t2H）（29 18） = 23.5 C22在23.5C时，水的有关物理量如下表所示：密度：997.3 kg/m3热容：4.180 kJ/kg.C导热系数：0.6054W/（m. C）粘度：0.0009335Pa.s普兰特准数：6.454热负荷.Q 二汀二1.0 843 =84（kw）843W2 =Q=18.33(kg/s)水耗量： Cp(t2-t1)4.180(29 -18)2.2、估算传热面积与管子根数(T -t2H)-(T JQ (78.3-18)-(78.3-29)54.6l

7、n8T - t2k,78.3-18 In78.3 - 29C)乙醇蒸汽-水系统冷凝操作的传热系数K值范围为 450-1140W/ (m.C),初平均温度差为:7 / 11选 650W/ (m.C)。估算的传热面积为:23.7( m2)650 54.6单程管数为:n=4 18.33=2= 59(根):2 -、1.0 3.14 0.02997.3u. .di .4S23.75单程管长为:l5.128(m)nd59 3.14 0.025选定换热器管长l=3m，贝U管程数Np为:2=宀1.709选Np=2程，则总管数为：n =2n = 2 59 =118(根)2.3初选换热器根据S=23.75m2,n

8、=118根，Np=2,查列管式固定管板换热器基本参数表，选用G500-2 2540列管式换热器，其实际传热面积为 38.3m2，有关参数如 下：公称直径DN500mm公称压力PN2.5 106Pa传热面积S40/38.3m2管程数Np2管数n168管长13m管子规格 25 x 2.5mm管心距t32mm管子排列方式组合排列法2.4管程压降的计算管程雷诺准数为：Re3其中，u为选定换热器的实际操作流速，由下式计算:Vsjin. .d i4式中VsW _ 18.33P 9 97-0.1 8 sm3/s)nW= 84( 根)所以0.01838cm /、u0.7( m/s)兀2840.024故0.02

9、汉0.70沢997.34Re1.496 100.00093352由于钢管的绝对粗糙度0.0075-；=O.mm，故d，查，与Re及d的关系图，得=0.038,又取管程结垢校正系数Ft=1.5,故得管程压降为:?u2ip 2-(0.03830.023) 1.5 22997.3 0.7023= 6319.1(N/m 厂：9.8 10 (Pa)因此，压降满足要求25计算管内给热系数ai因为 Re=i.496 104 104，而且丨 3d100 时，取该系数；二。6。设壁温tw =57.6C，则平均膜温11Tw =丄仃 tw)二丄(78.357.6) = 67.95C22此温度下查得液态乙醇的物理量如

10、下：=0.1854W/(m.C)Q =7 4.0(kg/m3)“0.5136 10-3(Pa.s)：0= 2.02 0.6 0.18543740.52 3 1680.0007405 1.02= 1617.09W/(m .C)262垢层热阻乙醇蒸汽冷凝时，垢层热阻&较小，管内的垢层热阻Ri较大，取Ro + Ri=0.0006m2C /W。2.6.3 K值的计算do、di分别为加热钢管的外、内径，dm为平均管径，为管壁厚,管导热系数，则264校核twtw出R Ro:idiodm ：o0.0250.0025 0.02510.00061617.093210.8 0.022=599.01W/(m C)45 0.0225汀-汕=78.3- 599。1 54J 58.07(C)1617.09：o与假设值tw=57.6C相比较，仅相差0.47C，认为设计合理。2.7计算传热面积及安全系数按传热方程式计算的传热面积为：QK=tm84300025.78(m2)599.01 54.6实际换热器的传热面积为38.3m2,故安全系数为:38.325.78-1.48611/ 111.15故安全，表示选的合理。2.8管束与壳体温差的计算根据对流传热速率可得：Q itwTw)t+tw：iS8430003210.8