华东理工化工原理课程设计Word格式文档下载.docx
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公称压力
PN/
MPa
管程数
N
管子根数
中心排
管数
管程流通面积/m2
换热管长度L/mm
管心距/mm
换热面积/m2
325
——
2
88
10
0.0078
3000
25
15.2
（2）离心泵的型号规格
型号
转速
n/（r/min）
流量
扬程
/m
效率
功率
必需气蚀量
（NPSH）r/m
质量（泵/底座）/kg
m3/h
L/s
轴功率
电机功率
IS65-
50-125
2900
15
4.17
21.8
58
1.54
3
2.0
50/41
6.94
20
69
1.97
2.5
30
8.33
18.5
68
2.22
3.0
（3）计算数据结果记录
项目
结果
单位
冷却剂出口温度
36
循环水定性温度
28
热负荷
393.606
kW
冷却水质量流量
5.894
并流对数平均温差
38.53
逆流对数平均温差
40.99
估算换热面积
14.77
管程流动面积
管内冷却水流速
0.759
管程给热系数
3891.74
摩擦系数
0.0358
管程压降
8741.72
Pa
壳程流动面积
0.0264
壳程有机物流速
0.659
当量直径
0.0144
m
壳程给热系数
1568.06
壳程压降
4903.46
核算传热系数
757.18
校核传热面积
12.68
冷却水流量
29.736
总局部阻力系数
18.65
阻力损失
4.57
压头（扬程）
16.236
四．计算过程
一．选择合适的换热器
1.确定物性数据
设计方案：
冷却水：
用温度t1=20℃的河水进行冷却，从Δtm>
10℃及防止水中盐类析出为原则，选择出口温度为36℃。
考虑到冬季使用时，其进口温度较低，换热器管壁温与壳体壁温之差较大；
夏季时河水的温度变化也不是很大，因此选用管壳式换热器。
从二种流体的物性来看，由于冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从综合考虑，应使冷却水走管程，有机液态化合物走壳程，并且保证冷却水的流速不宜过慢。
入口温度为t1=20℃，出口温度为t2=36℃
冷却水的定性温度为tm=（20+36）/2=28℃
两流体的温差Tm-tm=69-28=41℃
两流体在定性温度下的物性数据如下
物性
流体
温度
℃
密度
kg/m3
粘度
mPa·
s
比热容
kJ/（kg·
℃）
导热系数
W/（m·
有机物
997
0.6
0.16
循环水
995.7
0.8012
4.174
0.6171
2.计算热负荷
和
由热量衡算
换热器的总的换热量:
冷却水所需的流量：
3.计算温差
和估计传热系数
并流时，Δt1=T1-t1=78-20=58℃，Δt2=T2-t2=60-36=24℃
逆流时，Δt1=T1-t2=78-36=42℃，Δt2=T2-t1=60-20=40℃
由于在相同的流体进出口温度下，逆流流型具有较大的传热温差，所以选择逆流。
由于水与中有机物的传热系数K在290～698之间,故取总传热系数K现暂取：
4.估算换热面积
5.根据条件选取合适的换热器
根据
可以选择下述标准换热器（查附录得）：
Ⅰ.传热管排列与分程方法：
采用组合排列法，即每程内均按照正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。
取管心距l=1.25d0则l=1.25*19=23.75mm取l=24mm
隔板中心到离其最近一排管中心距离为：
S=l/2+6=24/2+6=18mm则各程相邻管的管心距为36mm
管束的分程方法，每程各有传热管44根，其前后管箱中隔板设置和介质的流通顺序按书上图所示
Ⅱ.壳体内径：
采用多壳程结构，其壳程内径：
取管板利用率η=0.7则D=282.55mm按卷制壳体的进级挡可取D=300mm
Ⅲ.折流板间距：
挡板的间距对壳程的流动有重要的影响，间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外给热系数下降；
间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。
一般取挡板间距为壳体内径的0.2～1.0倍。
故取B=240mm
6.计算管程压降Δрt及给热系数
根据标准换热器提供的参数管程流动面积:
管内冷却水流速:
：
取钢的管壁粗糙度ε为0.1mm，则
管程压降：
7.计算壳程压降Δрs及给热系数
壳程中有机物被冷却，
其大于估算的K值,故可行。
管束中心线管数
壳程流动面积：
因
管子排列为三角形，F=0.5，fs=1.15
壳程压降：
8.计算传热系数
污垢热阻和管壁热阻：
管外侧污垢热阻
管内侧污垢热阻
取钢管壁厚
，热导率
9.校核传热面积
所选换热器：
所以选择的换热器符合要求。
二．安排管路和选择合适的离心泵
1．管径初选
初取水合适流速
由于71.36mm不是标准管径，因此确定d=73mm壁厚3mm的热轧无缝钢管
符合经济流速范围
故确定：
d=73mm壁厚3mm
2.压头He
在水槽液面及压力表处列柏努利方程
取
，
查图得
局部阻力：
底阀一个
标准90°
弯头3个
球心阀1个（全开）
另外：
突然减小
=0.5，突然增大
=1.0
故
换热器压降
对泵的压头安全系数取1.1，
=1.1
14.76=16.236m
对流量的安全系数取1.4，qve=1.4
21.24=29.736
3.泵的选择
因为是输送河水，并且根据
以及IS型离心泵系列特性曲线可以选用清水泵，由以上数据查表得取泵：
IS65-50-125
其参数为：
转速：
2900r/min流量30m3/h
扬程：
H=18.5m效率：
68%
轴功率：
2.22kW必需汽蚀余量:
3m
五．附录
（1）相关流体的物理性质
（2）计算使用的物理数据
管外侧污垢热阻：
管内侧污垢热阻：
钢管热导率：
六．符号说明
主要符号说明
符号
意义
计量单位
A
面积
m2
定压比热容
d
管径
g
重力加速度
m/s2
单位重量流体的机械能损失
l
管路长度
质量
kg
虚拟压强
p
流体压强
pa
大气压
B
挡板间距
T
周期时间
t
时间
u
流速
m/s
qv
体积流量
m3/s
qm
质量流量
Kg/s
绝对粗糙度
mm
局部阻力系数
动力黏度
Kg/m3
He
有效压头
D
换热器壳径
f
校正系数
f0
壳程流体摩擦系数
K
传热系数
NT
管子总数
Q
热流量
W或J/S
给热系数
热导率
数群
Gr
格拉私霍夫数
Nu
努塞尔数
Pr
普朗特数
Re
雷诺数
下标
气体的
平均
w
壁面的
壳程的
管程的
有
有机物的
七．设计说明
需要冷却的有机物走壳程，冷却剂走管程；
有机物可以采取逆流的方式；
换热器说明：
1.采用光滑管
光滑管结构简单，制造容易。
缺点是它强化传热的性能不足。
为了提高换热器的传热系数，可采用结构形式多样化的管子，如异性管，翅片管，螺纹管等。
2.选用
的换热管。
3.本设计中采用3米长的换热管。
4.管子的排列形式：
本设计中采用正三角形错列的排列方式，而在隔板两侧采用正方形直列。
5.采用多管程，故管板中间要留有隔板的位置。
6.允许折流板的间距与管径有关，取折流板间距B=0.15m
管路布置如图所示：
（1）管路选择73mm×
3mm的钢管，至少使用下列零件：
底阀1个；
弯头3个；
球心阀1个。
（2）由于计算所得有效压头为14.76m，（安全压头为16.236m）；
有效流量为21.24m3/h（安全流量为29.736m3/h），根据离心泵特性曲线和工作点，选取型号为IS65-50-125的离心泵。
八．参考文献
[1]陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋化工原理第三版（上册）化学工业出版社
[2]王元文，陈连.管壳式换热器的优化设计[J].贵州化工，2005，30
（1）：
27-31.
[3]匡国柱，史启才。
化工单元过程及设备课程设计2002版
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