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化工课程设计说明书

massachusettsinstituteoftechnology

一.目的

培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基础理论和基本知识去完成某项单元操作设备设计任务的实践能力。

二.目标

设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的。三.题目

固定管板式冷却器的设计四.设计条件

管程和壳程的压力均不大于0。6MPa，管程和壳程的压力降均不大于30KPa。被冷却的物料为己烷，物料从正常温度(T1)被冷却，出口温度(T2)自定。冷却剂为自来软水，进口温

度为30oC(t1)，出口温度(t2)自定。

五.设计步骤

1.方案设计

(1)冷却剂的选用：自来软水

(2)换热器型式的选择：固定管板式

(3)流体壳程的选择：自来软水走管程，己烷走壳程

(4)流体流动方向的选择：双管程+单壳程

2.工艺设计

(1)查出己烷的正常沸点(进口温度)T1=68.74OC

(2)选定己烷的出口温度T2=44OC

(3)选定冷却剂的出口温度t2=38OC

(4)计算逆流传热的平均温度差

(5)校正传热平均温度差

由φ=(R,P)查表得φ=0.93，因为0.850.930.95，满足要求。由此得：

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Δtm折=φgΔtm逆=0.93×21.28=19.79oC

(6)计算定性温度Tm和tm

Tm=（T1+T2）=（68.74+44）=56.37oC

m2122t=1（t-t）=

m2122

(7)查出物料和冷却剂的物性参数

物料名称

己烷

质量流量

qm1=1400t/d

比热容

Cp=2428.34Jgkggk—1

粘度

μ=0.00023pags

密度

ρ=624.89kg/m3

导热系数

λ=0.1047wgm—1gk—1

查出冷却剂的物性参数

密度

ρ=994.3kg/m3

粘度

μ=0.00074pags

比热容

Cp=4174Jgkg—1k—1

导热系数

λ=0.6248wgm—1k—1

(8)计算热负荷

Q=qm1cp1（T1-T2）=×2428.34×（68.74-44）=973473.64J/S

(9)根据总传热系数K的大致范围，初选总传热系数K0=470W/(m2gk)

(10)初算传热面积S0

(11)根据工艺条件，选取公称压力PN=1.0MPa

(12)根据流体物性，选定换热管材为：碳素钢

(13)由初算传热面积S0和选定的公称压力PN，根据管壳式换热器行业标准JB/T4715-92，初定换热器的工艺尺寸：

1.从行标中直接查取计算换热面积：S=109.3m2

2.公称直径DN取600mm(卷制圆筒，圆筒内径为公称直径)

3.管长L=4500mm

4.管壁×壁厚Фd0×bmm：：Φ19×2mm

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5.总管数：n=416

6.中心排管数：Nc=23

7.管程流通面积Ai=0.0368m2

8.管子排列方式：正三角形

9.管心距：t=25mm

10.管程数：NP=2

11.壳程数：NS=1

12.折流板间距：h=300mm

13.折流板型式：25﹪圆缺形

14.计算冷却剂的流量

15.计算管程流速ui

因为0.50.79673m/s，所以满足要求。16.计算管程对流传热系数ai

Nu=0.023Re0.8Prn

自来水被加热，n取0.4，代入数值：

=4197.87w/（m2.k）

17.计算壳程当量直径de和流速u0

A0=h(D—Nc×d0)=0.3×(.6—23×.019）=0.0489m2

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因为0.20.531.5m/s，所以满足要求。18.计算壳程对流传热系数a0

Nu=0.36ReRe0.55Pr1/3（）0.14。物料被冷却，（）0.14取0.95，将数值代入上式：

a0=0.36de()

a0=0.36de()()(μw）0.14

=0.360.1047（0.01727×0.53×624.89）0.55×（2428.34×0.00023）13×0.950.017270.000230.1047

=947.726w/(m2gk)