食工原理课程设计参考Word格式.docx
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6.编制说明书
7.主体设备工艺条件图图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表
一、设计依据及指导思想---------------------------------------------------------4
二、主要参数说明-------------------------------------------------------------------5
三、设计计算-------------------------------------------------------------------------5
1、确定设计方案------------------------------------------------------------------6
2、确定物性数据------------------------------------------------------------------7
3、计算总传热系数---------------------------------------------------------------7
4、计算传热面积------------------------------------------------------------------8
5、工艺结构尺寸------------------------------------------------------------------8
6、换热器核算---------------------------------------------------------------------10
1）热量核算--------------------------------------------------------------------10
2）换热器内流体的流动阻力-----------------------------------------------12
3）换热器主要结构尺寸和计算结果总表------------------------------14
四、设计心得-------------------------------------------------------------------14
五、参考文献--------------------------------------------------------------------------15
一、设计意义
二、主要参数说明
英文字母R——热阻，
B——折流板间距，
;
因数
C——系数，无量纲;
Re——雷诺数；
d——管径，m；
S——传热面积，m2；
D——换热器外壳内径，m；
t——冷流体温度，℃；
f——摩擦系数；
管心距，m；
F——系数;
T——热流体温度，℃；
h——圆缺高度，m；
u——流速，m/ｓ；
K——总传热系数，W/（m·
W——质量流量，kg/s；
L——管长，m；
希腊字母
m——程数；
a——对流传热系数，
n——指数；
Δ——有限差值；
管数；
λ——导热系数，
；
程数；
μ——粘度，Pa.s；
N——管数；
ρ——密度，kg/m3；
φ——校正系数；
NB——折流板数；
下标
Nu——怒赛尔特准数；
c——冷流体；
P——压力，Pa；
h——热流体；
因数i——管内；
Pr——普兰特准数m——平均;
q——热通量，W/m2；
o——管外；
Q——传热速率，W；
s——污垢；
r——半径，m；
三、设计计算
1.热力设计
1.1根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运行参数，并进行传热计算。
1.2计算出总传热系数、传热面积。
2、流动设计
计算压降，为换热器的辅助设备提供选择参数
3、结构设计
根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸
4、强度设计
应力计算。
考虑换热器的受力情况，特别是在高温高压下换热器的受压部件应按照国家压力容器的标准设计。
5、工艺设计
5.1根据换热任务和有关要求确定设计方案
5.2初步确定换热器的结构和尺寸
5.3核算换热器的传热面积和流体阻力
5.4确定换热器的工艺结构
1.确定设计方案
工艺要求：
某油厂用0℃的水将大豆油从135℃冷却到45℃，水的出口温度为10℃。
流程：
（1）选择换热器的类型
两流体温度变化情况：
热流体进口温度135℃，出口温度45℃，冷流体（循环水）进口温度0℃，出口温度10℃。
（2）流动空间及流速的确定
由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，大豆油走壳程。
选用
的碳钢管，管内流速取
=0.1m/ｓ。
2．确定物性数据
定性温度：
可取流体进口温度的平均值。
壳程大豆油的定性温度为T=
=90（℃）
管程循环水的定性温度为t=
=5（℃）
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
毛油在90℃下的有关物性数据如下：
密度
=825kg/m3
定压比热容
=2.22kJ/（kg·
℃）
导热系数
=014W/（m·
粘度
=7.15mPa·
s
循环冷却水在5℃下的物性数据：
密度 =999.8kg/m3
定压比热
容
=4.202kJ/（kg·
导热系数
=0.563W/（m·
粘度
=1.55mPa·
3．计算总传热系数
（1）热流量
Qo=WocpoΔto=6000/3600×
1.199×
（135-45）=333.06（kW）
（2）平均传热温差
72.73（℃）
（3）冷却水用量
（kg/h）
（4）总传热系数K
管程传热系数
Re=
W/（m
·
壳程传热系数
假设壳程的传热系数
=1200W/（m2·
污垢热阻
=0.000172m2·
℃/W,
=0.000172m2·
℃/W
管壁的导热系数λ=45W/（m·
4．计算传热面积
考虑20％的面积裕度.S=1.2×
S′=1.2×
7.58=9.096（m2）。
5．工艺结构尺寸
（1）管径和管内流速
选用ф25×
2.5mm传热管（碳钢），取管内流速ui=0.1m/s。
（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
按单程管计算，所需的传热管长度为
按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
现取传热管长L=3m，则该换热器管程数为
传热管总根数N=25×
2=50（根）
（3）平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
按单壳程，二管程结构，温差校正系数应查有关图表，可得φΔt=0.83
平均传热温差Δtm=φΔt
=0.83×
73.74=61.2（℃）
（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，隔板两侧采用正方形排列。
取管心距t=1.25
，则t=1.25×
25≈32（mm）
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η＝0.6，则壳体内径为
圆整可取350mm
（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25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×
350＝87.5（mm），故可取h＝90mm。
取折流板间距B＝0.3D，则B＝0.3×
350＝110（mm）则可取B为110
折流板数
=传热管长/折流板间距-1=3000/110-1=27（块）
折流板圆缺面竖直装配。
（7）接管
壳程流体进出口接管：
取接管内大豆油流速为u＝2m/s，则接管内径为
取标准管径为38mm。
管程流体进出口接管：
取接管内循环水流速u＝1.5m/s，则接管内径为
取为83mm
6．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，可采用公式
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
普兰特准数
③传热系数K
④传热面积S
该换热器的实际传热面积Sp
该换热器的面积裕度为
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
管程压降
Ns=1,Np=2,Ft=1.4
由Re＝13114，传热管相对粗糙度0.01/20＝0.005，查莫狄图得λi＝0.039W/m·
℃，
流速
＝0.980m/s，ρ＝999.8kg/m3，所以
故管程压降在允许范围内。
②壳程阻力
∑ΔPo=（ΔP′1+ΔP′2）FtNs
Ns＝l，Ft＝l
流体流经管束的阻力
流体流过折流板缺口的阻力
B=0.12mD=0.4m
故
所以，
壳程流动阻力也比较适宜。
（3）换热器主要结构尺寸和计算结果
换热器主要结构尺寸和计算结果见下表
换热器主要结构尺寸和计算结果如下表
换热管形式：
U形管式换热器
换热面积：
9.75m2
工艺参数
名称
管程
壳程
物料名称
循环水
大豆油
操作压力Mpa
操作温度℃
0\10
135\45
流量，kg/h
28548
6000
流体密度kg/m3
999.8
825
流速m/s
0.502
0.1435
传热量kw
192.5
总传热系数W/（m2•℃）
302.65
对流传热系数W/（m2•℃）
601.89
402.82
污垢系数m2•℃/W
0.000172
阻力降Mpa
0.0042497
0.00306755
程数
2
1
推荐使用材料
碳素钢
管子规格
Φ25×
2.5mm
管数
50
管长mm
3000
管间距mm
32
排列方式
正三角形
折流板形式
上下
折流板间距mm
110
折流板切口高度
25%
壳体内径mm
350
四、设计心得
五．参考文献
1.《换热器设计手册》钱颂文主编，北京：
化学工业出版社，2002.8
2.《化工设备设计》潘国昌.郭庆丰编著---北京.清华大学出版社.1996
3.《化工原理》（上册）姚玉英主编---2版（修订版）.天津科学技术出版社
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