贵州***学院 化工原理课程设计报告 （化学工程学院）
设 计 题 目： 专 业 班 级： 指 导 教 师： 学 生 姓 名：
学 生 学 号：
设 计 日 期：
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目录
前言 ........................................................................ 3 第一章 设计任务.............................................................. 4 第二章 试设计方案论述 ........................................................ 4
1.1确定流体通入的空间 ........................................................................................................ 4 1.2计算传热热负荷Q ............................................................................................................. 4 1.3计算平均传热温差 ............................................................................................................ 4 1.4选K值，估算传热面积 .................................................................................................... 5 第三章 传热系数校核 .......................................................... 5
3.1管程的对流传热系数αi ................................................................................................. 6 3.2壳程对流传热系数αo ..................................................................................................... 6 3.3确定污垢热阻 .................................................................................................................... 6 3.4计算总传热系数 ................................................................................................................ 6 第四章 计算所需传热面积 ...................................................... 6 第五章 计算阻力损失 .......................................................... 6
5.1管程阻力损失 .................................................................................................................... 6 5.2壳程阻力损失 .................................................................................................................... 7 第六章 附属设备类型 .......................................................... 7
6.1设备类型............................................................................................................................. 7 6.1.1管法兰 ............................................................................................................................ 7 6.1.2放空管 ............................................................................................................................ 7 6.1.3排污管 ............................................................................................................................ 7 6.1.4支座 ................................................................................................................................ 7 6.1.5管板、管箱平盖 ............................................................................................................ 7 6.1．6封头 .............................................................................................................................. 8 第七章 设计计算结果汇总表 .................................................... 8 第九章 评述、分析与讨论 ...................................................... 9
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前言
化工行业是国民生产的经济基础和前提保障，是国家的经济命脉，因此化工行业的发展往往决定着国家的发达程度。而换热器是化工行业中较为常见设备，是化工、石油、轻功等工业生产中的重要装置，根据换热目的的不同可以分为加热器、冷却器、冷凝器及再沸器，无论是哪种换热器，高传热效率、低流动阻力、合理紧凑的结构、可靠的强度、低制作成本，安装维修方便是衡量换热器性能的基本标准。按照传热方式的不同，换热设备可以分为：混合换热器、蓄热换热器、间壁式换热器。
管壳式换热器属于间壁式换热器的一种，又称列管式换热器，本节内容选取管壳式换热器中的浮头式换热器来进行年产量29万吨甲醇冷却器的设计，过程具体讲解了设计方法，设计要求，换热器的初选，传热系数的校核，裕度的核算，阻力损失的核算，附属设备说明，计算结果汇总，参考文献，结语。
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第一章 设计任务
29万吨/年甲醇冷却器的设计： 热流体: 甲醇 进口温度：64.4 出口温度：40 允许压降：100KPa 排列方式：正方形错45o 冷流体: 自来水 进口温度：19 出口温度：35 工作时间：290天 在下列各式中下角标为i的均为管程甲醇参数及其计算公式，为o的均为壳程水的参数及其计算公式。 物料物性查询: 热流体：甲醇 参数：进口温度64.5℃ 出口温度40℃ 定性温度Ti=（64.5+40）/2=24.5℃
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密度ρi=780.67Kg/m 比热容Cpi=2.57kj/(kg·℃) 热导率λi=207.5mw/(m·k) 粘度μ
-3
i=0.428x10Pa·s
冷流体：自来水 参数：进口温度19℃ 出口温度35℃ 定性温度T2=（19+35）/2=27℃ 密度ρo=996.55 比热容Cpo=4.178 kj/(kg·℃) 热导率λo=606.4735 mw/(m·k) 粘度μ
-3
o=0.8545x10 Pa·s
管、壳内允许压降不超过100KPa
第二章 试设计方案论述
1.1确定流体通入的空间
甲醇气体有毒，适宜走管程，可以降低有毒气体泄漏的风险，水走壳程
1.2计算传热热负荷Q
按甲醇所需热量计算：
Wi=（290000/290/24）x1000=41666.67Kg/h
Q=WiCpi(T1-T2)= 41666.67x2.579x24.5=2632729.38W 忽略热损失，则水的处理量可通过热量衡算求得
Wo= WiCpi(T1-T2)/Cp2(t2-t1)= 2632729.38 /(4.178*16)=39383.8167Kg/h
1.3计算平均传热温差
计算逆流平均温差： T1 甲醇：64.5℃ t2
T2 40℃ t1 4
自来水：35℃ 19℃5 温差： 29.5 21℃ Δtm1=(29.5+21)/2=25.25℃
P=(t2-t1)/T1-t1=(35-19)/(64.5-19)=16/45.5=0.325 R=(T1-T2)/(t2-t1)=(64.5-40)/(35-19)=24.5/16=1.5321
查表得温差校正系数Ф=0.89，因Ф>0.8，所以此设计方案可行。 两流体平均温差为：Δtm=ФΔtm1=0.89x25.25=22.47℃
1.4选K值，估算传热面积
为求得传热面积A，需要选取总的传热系数K，而K值又和对流传热系数、污垢热阻等因素有关，在换热器得直径、流速等参数未确定时，对流传热系数也无法进行计算，所以需要进行试算：甲醇的K值在280——850[W/(m2·℃)]，初选K值为7500.进行试算
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估算面积A=Q/KΔtm=2632729.38/(750x22.47)=154.610m (5)初选换热器型号
。
由于两流体温差不太大，为了方便清洗壳程，选用管程正方形错45排列的浮头式换热器。其主要参数如下 项目 外壳直径D/mm 公称面积/m管程数Np 管子排列方式 管程流通面积S/m2 2 参数 800 162.1 4 正方形旋转45 0.0276 。项目 管子尺寸/mm 管长L/m 管数N 中心管数nc 参数 Ф25x2.5 6 352 14 ① 管程：ui=W1/(3600xρxS)= 41666.67/(3600X780.67x0.0276)=0.54m/s
-3
Rei=uiρidi/u=0.54x780.67x0.02/(0.428x10)=195958 Rei>10000
② 壳程：折流版间距h取0.3
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Ao=(D-nodo)h=(0.8-14x0.025)x0.3=0.135m
uo=W2/3600ρoAo=39383.8167/(3600x996.55x0.135)=0.0643m/s
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D=4x(t-π/4do)/πdo=4x(0.032-0.785x0.025)/3.14x0.025=0.0814
-3
Reo=uoρodo/μo=0.0643x996.55x0.0814/(0.8545x10)=6104 因为Reo>500
初步计算符合要求
第三章 传热系数校核
上述已选定的换热器还要核算K值和传热面积才能最终确定能否使用
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换热器课程设计
