水冷却液体设备设计

1、化工原理课程设计任务书一、 设计题目： 水冷却液体设备设计二、设计条件1、某种液体处理量2.5 Kg/s2、进换热器液体的进口温度175，出口温度为453、冷却水进口水温30，出口自己选定4、管子外径d1=25mm，内径d2=20mm，t=32mm，等边三角形排列 5、 液体污垢热阻Rs2=0.18m2./Kw，水侧污垢热阻Rs1=0.4m2./Kw，管壁导热系数 w=0.045 Kw/（ m.）6、水的物性按定性温度计算，液体的物性数据近似按如下数据计算 =1200Kg/m3，=2.0Pa.S ，= 0.15W/（m.k），Cp=1.50KJ/(Kg.K) 7、 流体的流径自己选定，设备按双

2、管程（1-2折流）情况进行设计。三、设计任务 完成浮头式列管换热器的工艺设计（流程叙述，物料、热量计算及特性尺寸计算）及有关附属设备（泵、接管等）的设计和选用，编写设计说明书目录一、前言.1二、生产条件的确定 .2各项已知条件及田间的确定 .2三、换热器的设计计算 .3 （一）确定设计方案 3 （二）确定物性数据 3四、设计结果列表 10五、设计结果的讨论与说明11六、设计心得 12七、参考文献. 14化工原理课程设计说明书一、前言在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各换热器，且它们是这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提

3、高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器大的机构尺寸。列管式换热器的应用已有很悠久的历史。在化工、石油、能源设备等部门，列管式换热器仍是主要的换热设备。列管换热器的设计资料已较为完善，已有系列化标准。目前我国列管换热器的设计、制造、检验、验收按“钢制管壳式（即列管式）换热器”（GB151）标准执行。列管式换热器主要有固定管板式换热器

4、、浮头式换热器、U型管换热器和填料函式换热器等。固定管板式换热器有结构简单、排管多等优点。但由于结构紧凑，固定管板式换热器的壳侧不易清洗，而且当管束和壳体之间的温差太大时，管子和管板易发生脱离，故不适用与温差大的场合。浮头式换热器针对固定管板式换热器的缺陷进行了改进。两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端可相对与壳体移动。故这种换热器的管束膨胀不受壳体的约束，而且易于清洗和检修，所以能适用于管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易于结垢的场合。但其结构复杂、笨重、造价高限制了它的使用。U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上。这类换热器的特点有：管束可以自由伸缩，热补偿性能好；双管程，流程

5、长，流速高，传热性能好；承压能力强；管束可以从壳体中抽出，且结构简单，造价低。但其管数少且易短流。故仅适用于管壳壁温差较大，或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的情形。填料函式换热器也只有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封。它的管束也可自由膨胀，结构比浮头式简单，造价较低。但填料函易泄露，故壳程压力不宜过高，也不宜用于易挥发、易燃、易爆、有毒的场合。列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及前度设计。其中以热力设计最为重要。不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的，甚至已投入使用的换热器在检验它是否满足使用要求，均需进行这方面的工

6、作。热力设计是指，根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。流动设计主要是计算压降，其目的就是为换热器的辅助设备。结构计算指的是根据传热面积的大小计算器主要零部件的尺寸，例如管子的直径、长度、根数、壳体的直径、折流板的长度和数目及布置以及连接管的尺寸，等等。列管式换热器的工艺设计主要包括以下内容：1. 根据换热任务和有关要求确定设计方案；2. 初步确定换热器的结构和尺寸；3. 核算换热器的传热面积和流体阻力；4. 确定换热器的工艺结构。二、生产条件的确定 设计一浮头式列管式水冷却换热器，完成冷却2.5 Kg/s某液体的任务，具体要求如下：该液体进口温度17

7、5，出口温度45；冷却水进口温度30，出口温度50 。三、换热器的设计计算（一）确定设计方案1、选择换热器类型两流体温度变化情况：热流体进口温度175，出口温度45；冷流体进口温度30，出口温度50。由于该换热器的管壁温度和壳体温度有较大温差，故选用浮头式换热器。2、流动空间及流速的确定实际生产中，冷却水一般为循环水，而循环水易结垢，为便于清洗，应采用冷却水走管程，该液体走壳程。选用25×2.5的碳钢管，管内流速设为ui=0.8m/s。本热交换器采用逆流操作。（二）确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程液体的定性温度：T=110（） 管程水的定性温度： t=40()根

8、据定性温度，分别插取壳程和管程流体的有关物性数据。 液体在110的有关物性数据如下：密度 =1200kg/m3定压比热容 Cpo=1.50kJ/(kg*)导热系数 =0.15W/(m*)粘度 =0.00020Pa*s 冷却水在35的有关物性数据如下：密度 =992.2kg/m3定压比热容 Cpi=4.174kJ/(kg*)导热系数 i=0.634W/(m*)粘度 =0.000653Pa*s（三）计算总传热系数1、热流量 =moCpoto=2.5*1.50*（175-45）=487.5kW2、平均传热温差=58.76()3、冷却水用量=5.84（kg/s）4、总传热系数1)管程传热系数= =24

9、311.18 =10113.462)壳程传热系数 假设壳程的传热系数 W/（m2*） 污垢热阻Rsi=0.00040m2*/WRso=0.00018m2*/W 管壁的导热系数 = =205.54 (四)计算传热面积=40.36考虑15%的面积裕度，S=1.15*S=1.15*40.36=46.414（m2）（五）工艺结构尺寸1、管径和管内流速选用25*2.5传热管（碳钢），取管内流速2、管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数=23.424（根） 按单程管计算，所需的传热管长度 = 按双程管设计,管程数为4， =6.15 传热管总根数 N=24*4=96(根) 3、平均传热温差校

10、正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，四管程结构，温差校正系数为 =0.729 平均传热温差=0.079*58.76=42.844、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。 因管心距t=32mm, 横过管束中心线的管数（根）5、壳体内径采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径圆整可取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径的，则切去的圆缺高度为。取折流板间距，则折流板数 块折流板圆缺水平装配。7、接管壳程流体进出口接管：取接管内循环油品流速为，则接管内径为取标准管径为。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为，则接管内径为取标

11、准管径为。(六)换热器核算1、 热量核算1)壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采取克恩公式当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积壳程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数粘度校正 2)管程对流传热系数管程流通截面积管程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数3)传热系数 4)传热面积 该换热器的实际传热面积 该换热器的面积裕度传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。2、换热器内流体的流动阻力（1）管程流动阻力，由，传热管相对粗糙度，查莫狄图得，流速，所以， 管程流动阻力在允许范围之内。（2）壳程阻力，流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力，总阻力壳程流动阻力也比较合适。四、设计结果列表换热

12、器主要结构尺寸和计算结果换热器类型：浮头式换热器管口表换热面积（M2）：198.6符号尺寸用途连接形式工艺参数aDN50循环水入口平面名称管程壳程bDN50循环水出口平面物料名称循环水液体cDN50液体入口凹凸面操作压力，MpadDN50液体出口凹凸面操作温度，30/50175/45流量，kg/h210249000附图：流体密度，kg/m3992.21200流速，m/s0.7810.0794传热量，kW487.5总传热系数，W/(m2*K)128.21对流传热系数，W/(m2*K)4134.9165.45污垢系数，m2*K/W0.000400.000180阻力降，Mpa0.0284690.00

13、25133程数41使用材料碳钢碳钢管子规格25*2.5管数 96管长，mm615管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm200切口高度25%壳体内径，mm400保温层厚度，mm五、设计结果的讨论与说明（一）设计结果的讨论换热器的种类繁多，不同的换热器由其各自的优点和使用局限。本课程设计中选用浮头式换热器，这种换热器相比其他换热器有以下几点明显的优势：1. 管束可抽出，以方便清洗管、壳程；2. 介质间温差不受限制；3. 可在高温、高压下工作；可用于结垢比较严重的场合；4. 可用于管程易腐蚀的场合。但同时也有一些缺点，例如，造价高、结构复杂等等。本设计中，浮头式换热器的总换热面积为

14、，而任务要求的换热面积，故设计出的换热器裕度为16.00%。（二）设计中使用的符号与公式说明英文字母 t冷流体温度，；A流通面积，m2；t管心距，m；b厚度，m；T热流体温度，；c常数，m；u流速，m/s；cp定压比热容，kJ/(kg*)；W质量流量，kg/s。d管径，m；D换热器壳径，m；希腊字母h挡板间距，m；对流传热系数，W/(m2*)；K总传热系数，W/(m2*)；导热系数，W/(m*)；l长度，m；粘度，Pa*s；L长度，m；密度，kg/m3n管数；表面张力，/m。N程数；p压强，Pa；下标Q传热速率或热负载，W；i管内；r半径，mm；m平均；R热阻，m2*/W；o管外；S传热面积，m2；t温度差；六、设计心得： 课堂上有很多部分知识不太清楚，但通过这次设计于是我又不得不边学边用。由于水平有限，难免会有错误，希望老师见谅。因为水平很差，所以这次设计的内容做得相当差，有些数据数凑出来的，希望老师不要介意。再次感谢一下在我做设计帮助我的同学，特别是张龙佳同学，感谢老师给的指