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目 录 目 录 1 设计条件及主要物性参数表 1 设计题目 1 操作条件 2 概述与设计方案简介[1] 2 冷却剂出口温度的确定[ 2] 2 流动空间的选择[3,2] 2 管程和壳程数的确定[3] 2 设备结构的选择 3 工艺设计计算[ 4] 3 计算和初选换热器的规格 3 核算压力降 4 核算总传热系数 4 辅助设备的计算和选型 5 管径初选 5 压头He 5 设计结果汇总表 6 设计评述 6 参考文献： 6 设计条件及主要物性参数表 设计题目 某制药厂在生产工艺过程中，需将乙醇液体从 75℃ 冷却到 45℃ ，乙醇的流量为 W kg/h。冷却介质采用 21℃ 的河水。要求换热器的管程和壳程压降不大于 30 kPa，试设计并选择管壳式换热器。 操作条件 乙 醇： 入口温度 75℃ 出口温度 45℃ 冷却介质：河水 入口温度 21℃ 出口温度 27℃ 允许压降：不大于 30 kPa 定性温度（乙醇 60℃，水 24℃）下流体物性： 密度（Kg/m 密度（Kg/m 3） 比热容 (KJ/Kg.℃) 粘度(Pa.s) 导 热 系 数 (W/m.℃) 乙醇 765.7 2.758 0.601×10 -3 0.1696 河水 997.2 4.18 0.923×10 -3 0.6064 概述与设计方案简介[1] 换热器的选择涉及因素很多，如介质的腐蚀性及其它特性、操作温度与压力、换热器的热负荷、管程与壳程的温差、检修与清理要求等。具体选择时应综合考虑各方面因素。对每种特定的传热工况，通过优化选型会得到一种最适合的设备型号；如果将这个型号的设备应用到其他工况，则传热效果可能会改变很大。因此，针对具体工况选择换热器类 型，是很重要和复杂的工作。对管壳是换热器的设计，应从下方面考虑。 冷却剂出口温度的确定[2] 在水作为冷却剂时，为便于循环操作、提高传热推动力、冷却水的进、出口温差一般控制在 5℃~10℃左右。在本次设计中将出口温度设计为 27℃。 流动空间的选择[3,2] 确定流动空间的基本原则： 不洁净和易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗比较方便。 腐蚀性的流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管程便于检修与更换。 压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。 被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果。 饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，一般不需清洗。 有毒易污染的流体宜走管程，以减少泄漏量。 流量小或粘度大的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程中流动，由于流速和流向的不断改变，在低 Re（Re100）下即可达到湍流，以提高传热系数。 若两流体温差较大，宜使对流传热系数大的流体走壳程，因壁面温度与 α 大的流体接近，以减小管壁与壳壁的温差，减小温差应力。 根据以上原则可以确定河水走管程，乙醇走壳程。 管程和壳程数的确定[3] 当换热器的换热面积较大而管子又不能很长，为提高流体在管内的流速，需将管束分程。但程数过多，导致管程流动阻力和动力能耗增大，同时使平均传热温差下降，设计时应权衡考虑。管壳式换热器系列标准中管程数有 1、2、4、6 四种。在本次设计选用了管 程为 2。 当温差校正系数Φ 了单壳程。  小于 0.8 时应采用多壳程。然而在本次设计中Φ =0.97，采用 △t △t 设备结构的选择 根据本次题目的要求应当选用管壳式换热器。 工艺设计计算[4] 乙 醇： 入口温度 75℃ 出口温度 45℃ 冷却介质：河水 入口温度 21℃ 出口温度 27℃ 允许压降：不大于 30 kPa 定性温度（乙醇 60℃，水 24℃）下流体物性： 密度（Kg/m 密度（Kg/m 3） 比热容 (KJ/Kg.℃) 粘度(Pa.s) 导 热 系 数 (W/m.℃) 乙醇 765.7 2.758 0.601×10 -3 0.1696 河水 997.2 4.18 0.923×10 -3 0.6064 计算和初选换热器的规格 计算热负荷和冷却水流量： Q =W C h (T ph 1 Q ? T ) =20000×2.758×10 3 ×(75-45)÷3600=459666.7 W 2 459666.7 ? 3600 W ? c C (t ph 2 ? t ) = 4.18?103 ?（27 - 21 =65980.9 Kg/h ）1 ） 计算两流体的平均温度差。暂按单壳程，多管程计算，逆流时平均温度差为： ?t ? ?t （45 - 21）（- 75 - 27） ?t / ? m 2 ?t 1 = 45 - 21 ? 34.6 ℃ ?In 2 In ? t 1  75 - 27 t ? t 而：P= 2 1 27 ?