循环水冷却器.docx
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循环水冷却器
化工原理课程设计
设计题目:
循环水冷却器设计—
设计时间:
2013.6.23-2013.7.丄
设计班级:
食安班
设计者:
学号:
2010
指导教师:
设计成绩:
1设计任务书3
2设计摘要0
3主要物性参数表1
3.1循环水1
3.2冷却水1
4估算传热面积5
4.1换热器的热负荷5
4.2平均传热温差5
4.3冷却水用量6
4.4传热面积6
5工程结构尺寸6
5.1管径和管程流速4
5.3平均传热温差校正及壳程数5
5.4传热管排列和分程方法5
5.5壳体内径5
5.6折流板6
5.7附件8
5.8接管8
6换热器的核算9
6.1传热能力核算9
6.1.1管城传热膜系数9
6.1.2污垢热阻和管壁热阻9
6.1.3壳程对流传热膜系数10
6.1.4总传热系数K10
6.1・5传热面积11
6・2换热器内流动的流动阻力11
6.2.1管程流动阻力11
6.2.2壳程阻力12
7换热器主要结构尺寸和计算结果表12
8设备参数计算14
8.1壳体壁厚14
8.2接管法兰14
8.3设备法兰14
8.4封头管箱14
8.5设备法兰垫片14
8.6管法兰用垫片14
8.7管板15
8.8支垫15
8.9设备参数总表15
9学习心得16
10参考文献17
11重要符号说明18
化工原理课程设计任务书
1.设计任务书
设计题目:
循环水冷却器设计
设计条件:
1.设备处理量:
74T/ho
2.循环水:
入口:
55°C,出口:
40°Co
3.冷却水:
入口:
20°C,岀口:
30°Co
1.常压冷却,热损失:
5%o
5.两侧污垢热阻0.00017m2・°C/wo
6.初设K=900w/m2・°C。
设计要求:
1.设计满足以上条件的换热器并写出设计说明书。
2.根据所选换热器画出设备装配图。
2.设计摘要
传热过程是因温度差而产生热量从高温区向低温区的转移。
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备,是使热量山较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到流程规定的指标,以满足过程工艺条件的需要,同时也提高能源利用率的主要设备之一。
化工生产过程中存在的极其普遍的过程,实现这一过程的换热设备,却种类繁多,样式多样。
按换热设备的传热方式划分主要有直接接触式、蓄热式和间壁式三类。
虽然直接接触式和蓄热式换热设备具有结构简单,制造容易等特点,但山于在换热过程中,有高温流体和低温流体相互混合或部分混合,使在应用上受到限制。
因此工业上所有的换热设备工业上所有的换热设备以间壁式换热器居多。
管式换热器的类型也是多种多样的,从其结够上大致可分为管式换热器和板式换热器。
管式换热器主要包括蛇管、套管和列管式换热器;板式换热器主要包括板式、螺旋板式、板壳式换热器。
不同类型的换热器各有自己的优点和使用条件。
其中以列管式换热器应用的更为广泛。
烈管式换热器的类型是多种多样,列管式换热器可以分为固定管板式、U形管式和浮头式等。
在这次实验设计中我们选择的是固定管板式换热器。
它单位体积的传热面积极大,结构简单,加工制造比较容易,结构坚固,性能可靠,适应面广。
在现代的化工生产中应用最为广泛,而且设计资料和数据较为完善,技术上比较成熟。
本设计是一列管换热器的设计。
该换热器应具备的功能可以将循环水曲55°C冷却至40°Co换热器所用的冷却介质是初始温度为20°C的冷水,并要求冷水出口温度为30°C。
此换热器乂称循环水冷却器。
根据所给的任务,我们综合考虑。
首先确定了流体流径。
我们选择冷却水通入管内,而循环水通入管间。
其次,我们确定两流体的定性温度,山于温度引起的热效应不大,可以选择固定管板式换热器。
初算时利用暂定的总传热系数和算出的热负荷,初算换热器的换热面积,换热器的根数和长度,确定管程数。
进而我们可以查阅相关资料。
在《固定管板换热器系列标准中》,我们初步选择最接近计算值最符合的换热器,然后进行校核验算是否符合要求。
有了初步的换热器后,我们便要对其设备参数进行校核,对其附件进行选择和
匹配。
包括换热器壳体、封头、管箱、管板、法兰的选用,折流板、隔板、支座形式的选用等。
在选择这些附件的同时,不仅应当使其与所选换热器能够很好的匹配,并要使换热器既造价低廉乂坚固耐用,且要兼顾经济的效果。
3.纱表
3.1循环水
对于黏度较低的流体,其定性温度可取流体进出口温度的平均制,故循环水的定性温度为:
t定循二(55+40)/2二47.5°C
根据定性温度,分别查处有关的物性参数如下:
密度比热容导热系数粘度
Ph二989.1kg/m3;
Cph二4.174kj/kg・°C
Xh二0.6443W/m・°Cuh=0.000648Pa•s
3.2.冷却水
对于黏度较低的流体,其定性温度可取流体进出口温度的平均制,故冷却水的定性温度为:
tm二(20+30)/2二25°C
根据定性温度,分别查处有关的物性参数如下:
密度比热容导热系数粘度
Pi=996.9kg/m3
Cpi=4.179kJ/(kg・°C)
Xi=o.6083W/(m>°C)
Hi=0.0009025P&•s
表1物性参数表
物性
壳程(循环水)
管程(冷却水)
符号
数据
符号
数据
密度kg/m3
Ph
989.125
Pc
996.95
比热容kj/kg・°C
Cph
4.174
Cpc
4.179
粘度Pa.s
Mh
576.05x10-6
uc
906x10-6
导热系数W/m・°C
Xh
644.3X10-3
Xc
608.25x10-3
进口温度°C
T1
55
tl
20
出口温度°C
T2
10
t2
30
椀面积
4.1换热器的热负荷:
Qh=mh'Cph'卜1
=74000X4.174X(55-40)X95%=4.401X106kj/h
=1222.5kw
4.2平均传热温差(对流传热):
“一必
“2
.(55-30)-(40-20)彳
0.223•
4.3冷却水用量:
4.4传热面积:
由已知K二900W/ni•°Co
S一K必-
=12225X103=6O.5W
900x22.42
考虑到估计性质的影响,根据经验范圉,取实际传热面积为估计值的1・15倍。
S二60.59X1.15=69.68m2
5.工S结构尺寸5.1管径和勰極:
选用025X2.5传热管,取内管流速1.2m/s5.2管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程管传热管数
V105312.3°
==;=77.9/zr
£du996.9x3600x0.785x0.022xl.2
4f
所以ns=78(根)
按单管程计算,传热总管长度为:
现在取传热管长1二6m,则该换热器的管程数为:
耳二二耳J1.89q2(管程)
I6
传热管总根数:
N二78X2二156(根)
5.3.平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数n冷流体的温升30-20门“
F===U
两流体的最初温差55-20亠
按单壳程双管程结构,查表得:
£At=0.81
平均传热温差:
Atmi=64,“=0.81x22.42=18.16C
山于平均传热温差校正系数大于0.8,同时壳程流体流量较大故取单壳程合适。
5.4.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,隔板两侧釆用正方型排列,取管心距t=l.25d
则t二1.25X25=31.25^32(mm)
隔板中心到离其最近一排管中心距离:
s二t/2+6mm
二32/'2+6二22nun
隔板两侧相邻管心距为:
a=2s=44mm
通过管束中心线的管数:
nc=1.19、俪=1」9、殛=15(根)5.5壳体内径
釆用多管程结构,取管板利用率0=0.7,则壳体内径为:
D=1.05t=1.05x32J156/0.7=501.6(/wn)
圆整可取:
D二600(mm)
采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内经的25%,则切去的圆缺高度为:
20.25X600=150(mm)
取折流板间距B二0.3D,则B=0.3X600=180(mm)
可取B二200(mm)
折流板数:
“传热管长|6000[m
“折流板间距200
5.7附件
选取拉杆直径为12mm,拉杆数量为4根,壳程入口应设置防冲挡板。
5.8接管
管程流体进出口接管:
取接管内冷却水流速为:
u=2m/s
则接管内径:
壳程流体进出口接管:
取接管内循环水流速为:
u=2m/s
即接管内径;
所以取标准管:
壳程接管:
0127X4.5,管程接管:
0146X4.5。
4V4x74000
一加-3.14x0.1152x996.9x3600
经校核,符合标准
6.换热器的核算
6.1传热能力核算
6.1.1管程传热膜系数:
a:
二0.O23ReosPr04Xi/d:
管程流速截面积:
s.=-dr^=20.785x0.022x—=0.0245/n2
472
管程流体速度:
105312.3
996.9x3600x0.0245
=26466.2
0.02x1.198x996.9
~~0.0009025
4.179x103x0.903x10-3三
=0.2
0.6083
%=0.023x26466.2°-86.204x0.6083/0.02二5011VV/m2■C
6.1.2污垢热阻和管壁热阻
污垢热阻:
R:
i=0.00017(m=oC)/W
R:
。
二0.00017(m:
°C)/W管壁导热系数:
X=50W/m・°C
R(=—=00025=0.00005m2-°C/Wa入50
6.1.3壳程对流传热膜系数:
%=0.36-Re0055-Pr5(―)°14
de%
当量直径:
4(—x0.0322-—x0.0252)
/=一24=0.020zn
3.14x0.025
壳程流通面积:
S。
=3・£)(1一二)=0.20x0.60(1
pr=4.174x0.000648xl0-=42
0.6443
粘度校正
吗皿6x豁X24I78叫4.2—819.4
6.1.4总礎系数K
K=)
A_+&血+処+R+丄addt列''a。
_1
0.025nnnni^0.0250.0025x0.025nnnni^1__
+0.00017X++0.00017+5011x0.020.02050x0.02254819.4
W
=1107・3r°C
nr
6.1.5传热面积:
S=-^―=——空兰——=61.6沪K△/1132.4x17.936
实际传热面积:
Sp=nd0LNt=3.14X0.025X6
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- 循环 水冷