化工原理课程设计之换热器

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1、（一）设计任务和设计条件： 某生产过程的流程如图所示，出混合器的混合气体经过与进料物流换热后，用循环冷却水将其从 110进一步冷却至 60之后，进入吸收塔吸收其中可溶组分。已知混合气体的流量为 227801kg/h,压力为 6.9Mpa,循环冷却水的压力为0.4Mpa，循环水入口温度 29，出口温度为 39，试设计一台列管式换热器，完 成 该 生 产 任 务 。 已 知 混 合 气 体 在 85 下 的 物 性 数 据 如 下 ： 35 90105.10 2 7 9.02 9 7.3mkgsPaCmWCkgkJCooopo （二）确定设计方案： 1.选择换热器的类型：该换热器用循环冷却水冷却，

2、冬季操 作时，进口温度会降低，考虑这一因素，估计该换热器的管壁温与壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。 (原因：固定管板式换热器适用于壳程流体清洁，不易结垢，或者管外侧污垢能用化学处理方法除掉的场合，同时要求壳体壁温与管子壁温温差不能太大。 ) 浮头式换热器能在较高的压力下工作，适用于壳体壁温与管壁温差较大或壳程流体易结垢的场合。 U 型管式换热器适用于壳程易结垢，或壳体壁温与管壁温差较大的场合，但要求管程流体较为清洁，不易结垢。 ) 2.流程安排：从物流操作压力上来看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但 由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使传热器的

3、传热能力下 降 ，从总体上来看，应使循环水走管程，混合气体走壳程。 （三）确定物性参数： 定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取进出口温度平均值。 故混合气体的定性温度为 CT 852 60110 管程流体的定性温度为 Ct 342 2939 查表确定冷却水在 34 下的物性数据： 33 3.9 9 4107 4 2.06 2 4.01 7 4.4mkgsPaKmWKkgkJCiiipi （四）估算传热面积： 1.热流量： 2.平均 传热温差： 先 按纯逆流计算 （一般逆流优于并流，在工程上若无特殊需要，均按逆流考虑） )(3.482960391 1 0ln2960391 1

4、0ln12211221 KtTtTtTtTtm 逆 3.传热面积： 由于 壳程气体压力较高，故选取较大的 K 值。假设 K 估 =313W/(m2.K)，则估算的传热面积为 23 6903.48313 101 0 4 3 1 mtK QAm 估估 4冷却水的用量： )/(8 9 9 6 5 5)/(9.2 4 9)2939(101 7 4.4 101 0 4 3 1 3 3, hkgskgtc Qqipicm （五）工艺结构尺寸： 1.管径和管内流速： 选用 高级冷拔传热管（碳钢），并取管内流速 ui=1.3m/s。 我国国标换 热器中常见的换热管规格有 以及 流速的选择应使流体处于稳定的湍流状态，即雷诺数大于 10000。对于传热热阻较大的流体或易结垢的流体 选取较大流速，以利于增加表面传热系数，降低结垢程度与速度。并要考虑 合适的流速下，换热器有适当的管长和管程数。 2.管程数与传热管数： )(6167.6153.102.0785.0 3.994/9.249422 根 udqnivs )(1 0 4 3 1/1 0 776.3)601 1 0(2 9 7.32 2 7 8 0 1 kWhkJtCqQ opomo mmmm 5.225 mmmm 5.225 mmmm 219