化工原理课程设计Word文件下载.docx
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5.传热面积裕度....................................................................................................11六、换热器主要结构尺寸和计算结果...........................................................................11七、参考文献.....................................................................................................................13
一设计条件
1每小时66900kg的糖汁从90℃加热至120℃。
糖汁的浓度为16％，定压热容为3.77kJ/kg▪℃;
2加热蒸汽用锅炉房送出的饱和蒸汽，其压力为P=4.5kgf/cm2;
3列管用Φ33×
1.5的碳钢管，长3m,有效长2.93m;
4设计压力：
4.5kgf/cm2;
5流程安排：
从两物体看，饱和水蒸汽通入壳程，便于排出冷凝水；
糖汁入管程，便于提高流速，增大传热膜系数；
二确定定性参数
饱和水蒸汽的压力为4.5kgf/cm2时查知其温度为147℃
1定性温度
取进出口温度的平均值
饱和蒸汽：
T=（147+147）/2=147℃
糖汁：
t=（90+120）/2=105℃
2由定性温度得：
147℃饱和水蒸汽：
汽化潜热：
Lv=2125kJ/kg
密度：
p=2.415kg/m3
105℃浓度为16%糖汁：
密度:
ρ=10.66kg/m3
比热容：
C=3.77kJ/kg▪℃
粘度：
υ=1.5×
10-3Pa▪S
热导率：
=0.53W/（m▪K）
三估算传热面积
1热流量
Φ=qmcp
t
=66900×
3.77×
（120-90）
=7.566×
106kJ/h=2102KW
2平均传热温差
T1=T2=147℃t1=90℃t2=120℃
Δt1=T1-t1=147-90=57℃
t2=T2-t2=147-120=27℃
tm=
40℃
3传热面积
由于糖汁粘度，根据经验数据，传热系数K取500W/m2▪k
则传热面积：
A=Φ/k▪
=105.1m2
4蒸汽用量：
考虑到热损失，则Q2=1.05Q1
v=Φ/Lv=
=3756kg/h
四工艺尺寸结构
1管程
（1）管子数
n:
选Φ33×
1.5的碳钢管，管长3m
Sn=nπd均Ln
n=
=362.656≈363（根）
（2）管程数
因为传热管为3m，按经验符合要求，所以则可用2程,每程182根，则所需管数为364根。
（3）管子排列
采用正三角形排列
取管心距t=1.25d0,则
t=1.25×
33=41.25≈42（mm）
2壳体
（1）内径
采用多管程结构，进行壳体内径估算。
取管板利用率η=0.75，则壳体内径为：
D=1.05t
=1.05×
42×
=970mm
取壳体内径D=1000mm.
（2）壁厚
材料选用Q235，计算壁厚为
=
+C
取式中P设计压力，取P=1.6MPa
D=1000mm
Ф=0.7
[σ]=113MPa
=0.31mm
+0.31=10.53≈12mm
3封头壁厚
=
+0.31
=10.48≈12mm
则上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T4746---2002标准，封头为DN1000×
12，曲面高度h1=250mm，直边高度h2=40mm，材料选用20钢。
4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×
1000=250mm.
取折流板间距B=0.3D,厚度12mm则
B=0.3×
1000=300mm
折流板外径D=DNー12=988mm
折流板数NB:
NB=
ー1=
ー1=9块
5管板
选用固定式换热器管板，由固定式管板尺寸表查得管板厚度为56mm,b1=47mm.
固定管板外径：
mm
6拉杆及挡板：
根据换热器拉杆选择标准，本换热器壳体内径D=10000，可选用拉杆直径16，拉杆数6个。
壳程入口处，应设置防冲挡板。
7接管
管程流体进出口接管，取管内糖汁的流速v1=1.0m/s,则
接管内径：
D1=
=0.599m
圆整后可取管内径为600mm.
壳程流体进出口接管，取接管内流体流速v2=10m/s
D2=
=0.2345m
圆整后可取管内径为235mm.
8鞍座选用及安装位置确定：
鞍座选用JB/T4712-92鞍座BI1400-F/S；
安装尺寸如《化工单元过程及设备课程设计》（化学工业出版社出版）：
图4-44所示
其中：
取：
五换热器核算
1壳程流体传热系数
设换热器管外壁温tw=140℃，则冷凝液膜的平均温度：
（tw+ts）/2=（147℃+140℃）/2=143.5℃.
膜温在143.5℃下的物性参数：
P0=925kg/m3
=1.9×
10-5pa▪s
=0.684w/m.k
c=1.1（Nt）0.5=1.1×
（24）×
0.5=5.3889
=11.146×
103W/（m2▪K）
2管程流体传热系数：
管程流体流通截面积：
Si=
nd2=0.785×
364×
0.032=0.2572m2
管程流体流速：
υi=
=6.78m/s
雷诺数：
Rei=
=1445
普朗特数：
Pri=
=10.67
353.5W/（m2▪K）
3污垢热阻和管壁热阻：
经查得
管内侧污垢热阻Ri=1.72×
10-4m2℃/w
管壁热阻查得碳钢在该条件下的热导率为45w/（m·
K）。
所以
4传热系数
有：
Kc=
=295W/（m2▪K）
5传热面积裕度：
计算传热面积Ac：
AC=
=178.14m2
该换热器的实际传热面积为
：
AP=
=3.14×
0.033×
3×
364=113.15m2
该换热器的面积裕度为:
H=
=57.44％
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
六换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：
参数
管程
壳程
流率/（kg/h）
66900
3756
进/出口温度/℃
90/120
147
压力/Pa
2.37×
104
4.5×
105
物性
定性温度/℃
密度/（kg/m3）
10.66
2.415
定压比热容/[kJ/（kg•K）]
3.77
粘度/（Pa•s）
1.5×
热导率（W/m•K）
0.53
普朗特数
10.67
设备结构参数
形式
固定管板式
壳程数
1
壳体内径/㎜
1000
台数
管径/㎜
Φ33×
1.5
管心距/㎜
42
筒体壁厚
12
管板厚
56
封头厚
折流板厚
管程接管内径
600
拉杆直径
16
壳程接管内径
250
拉杆数量
6
管长/㎜
3000
管子排列
正三角形排列
管数目/根
364
折流板数/个
9
传热面积/㎡
105.1
折流板间距/㎜
300
管程数
2
材质
碳钢
主要计算结果
管程
流速/（m/s）
6.78
表面传热系数/[W/（㎡•K）]
353.5
污垢热阻/（㎡•K/W）
1.72×
热流量/KW
2102
传热温差/K
40
传热系数/[W/（㎡•K）]
295
裕度/%
57.44
七参考文献：
1.姚玉英.化工原理,上册,1版.天津:
天津大学出版社,1999
2.柴诚敬.化工原理课程设计.1版.天津:
天津大学出版社,1994
3.匡国柱.化工单元过程及设备课程设计.1版.北京:
化学工业出版社,2002
4.李功祥.常用化工单元设备设计.1版.广州:
华南理工大学出版社,2003
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