哈工大化工原理课程设计大作业.docxVIP

设计条件 处理能力：10.125×104吨/年（年开工天数300天，每天开工24小时） 操作条件：温度：苯：入口温度：80℃? 出口温度：40℃ 水：入口温度：25℃? 出口温度：30℃（25+5～10℃） 允许压力：不大于60KPa 设备型式：列管式换热器 设计方案 估算传热面积，初选换热器型号 确定出口温度 一般来说，设计时冷却水两端温度差可取为5℃～10℃。缺水地区选用较大的温度差，水资源丰富地区选用较小的温度差。哈尔滨地处北方，水资源相对缺乏，故选择冷却水较大的温度差10℃，即冷却水的出口温度为35℃。 基本物理性质数据 冷却介质为循环水，取入口温度为：25℃，出口温度为：35℃ 苯的定性温度：Tm=80+402=60℃ 水的定性温度：tm=(25+35)2=30℃ 两流体的温差：Tm-tm=60-30=30℃ 查表，知两流体在定性温度下的物性数据如下： 表1. 苯和水在定性温度下的物性数据 流体名称密度㎏/m3比热KJ/(㎏·℃)粘度 mPa·s导热系数W/(m·℃)苯836.61.8280.3810.151水996.354.1760.8520.613计算热负荷（不计热损失） 苯的质量流量qm1=10.125×104×103300×24=14062.5Kg∕h 热负荷 Q=qm1cp1T1-T2=14062.53600×1.828×103×80-40=2.86×105W 冷却水消耗量 qm2=Qcp2(t2-t1)=2.86×105×36004.176×103×35-25=2.47×104Kg∕h 确定流体的流径 该设计任务的热流体是苯，冷流体为水，本换热器处理的是两流体均不发生相变的传热过程，为使苯通过壳壁面向空气中散热，提高冷却效果，且水易结垢，令苯走壳程，水走管程。 计算平均温度差 暂按单壳程、双管程考虑，先求逆流时平均温差。 苯 80℃ 40℃ ?t1=T1-t2=80-35=45℃ 冷却水 35℃ 25℃ ?t2=T2-t1=40-25=15℃ ?t1?t2=4515=32 故 ?tm逆=?t1-?t2ln?t1?t2=T1-t2-(T2-t1)lnT1-t2T2-t1=80-35-(40-25)ln80-3540-25=27.31 计算R和P R=T1-T2t2-t1=80-4035-25=4 P=(t2-t1)(T1-t1)=(35-25)（80-25）=0.18 由图4-25（a）查得温度校正系数ψ=0.90，又ψ0.8，故单壳程、双管程可行，其平均温度差如下 ?tm=ψ?tm逆=0.90×27.31=24.579℃ 选取总传热系数，估算传热面积 参考表4-7，选用总传热系数K估=500W/(m2?K)，则 A估=QK估?tm=2.86×105500×24.579=23.27m2 初选换热器型号 由于两流体温差Tm-tm=60-30=30℃50℃，且允许压强降不大于50kPa，故可选择固定管板式换热器。 流程的选定 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，选定循环水走管程；为了便于苯的散热，减少冷却剂用量，选定苯走壳程。 流体流速的选择 由书上表4-9、表4-10可知：水为易结垢液体，且在定性温度下，水的粘度 μw=0.852mPa?s1mPa?s，故流速取值范围为1m/s~2.4m/s，取流速为u1=1.8m/s 换热管规格和排列方式 管径的选取 由于水易结垢，考虑管束的清洗方便，且为了避免管子堵塞，选定管径为Φ25mm×2.5mm的热交换用普通无缝钢管。 其内径d1=0.025-2×0.0025=0.02m，外径d2=0.025m 管子根数的计算 由冷却水的消耗量qm2=2.47×104Kg∕h，可知冷却水的体积流量为qv=qmρ=2.47×104996.35=24.79m3/h 又qv=nπ4d12u1=n×π4×0.022×1.8×3600=24.79m3/h 可求得n=13根 管长的计算 由管子根数和估算的传热面积可求管长为 L=A估nπd2=23.27π×13×0.025=23m 若用4管程，则每管程的管长选用l=6000mm。 管子的排列方法 考虑管外清洗方便，且传热效果较好，选用正方形错列，即将管束斜转45°安装。管中心距t=32mm。 折流挡板的选定 折流挡板间距取 h=200mm，故折流挡板数NB=lh-1=60.2-1=29块。 初选换热器型号 由换热器系列标准初选固定管板式换热器的管总数N=76根，故每管程的管数n=76/4=14根。传热面积 A选=35m2。 其主要参数如下 表2. 初选固定管板式换热器的主要参数 壳径DN