华东理工化工原理课程设计.docx

华东理工大学2010级化工原理课程设计温乐斐复材101一．前言1.换热器的相关说明换热器（heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。是进行热交换操作的通用工艺设备。被广泛应用于化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，根据使用目的可分为冷却器、加热器、冷凝器和汽化器；根据结构材料可分为金属材料换热器和非金属材料换热器；尤其是根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。据统计,这类换热器占总用量的99 %。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。如何确定最佳的换热器,是换热器优化的问题。2．泵的评价与选用泵的性能参数主要有流量和扬程，此外还有轴功率、转速和必需汽蚀余量。流量是指单位时间内通过泵出口输出的液体量，一般采用体积流量；扬程是单位重量输送液体从泵入口至出口的能量增量，对于容积式泵，能量增量主要体现在压力能增加上，所以通常以压力增量代替扬程来表示。3.设计任务书的作用本设计书对指定有机物进行冷却，如何选择合适的换热器，如何合理安排操作管路以及如何选择合适的离心泵作出详细的计算说明。二．设计任务一．工艺要求要求将温度为78℃的某液态有机物冷却至60℃，此有机物的流量为9.85kg/s。现拟用温度为t1=20℃的冷水进行冷却。要求换热器管壳两侧的压降皆不应超过0.1Mpa。已知有机物在69℃时的物性数据如下：二．流程： 管路布置如图（右方参考图），已知泵进口段管长L进=5米，泵出口段管长L出=15米，（均不考虑局部阻力损失）要求选用一个合适的换热器合理安排管路选用一台合适的离心泵三．计算结果明细表管壳式换热器的规格公称直径DN/mm公称压力PN/MPa管程数N管子根数N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/m2325——288100.007830002515.2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）/kgm3/hL/s轴功率电机功率IS65-50-1252900154.1721.8581.5432.050/41256.9420691.972.5308.3318.5682.223.0（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393.606kW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0.0078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8741.72Pa壳程流动面积0.0264壳程有机物流速0.659当量直径0.0144m壳程给热系数1568.06壳程压降4903.46Pa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4.57m压头（扬程）16.236m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Δtm10℃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699970.62.220.16循环水28995.70.80124.1740.61712.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