化工原理課程設計 作 者： 王書忍 學 號： 201006853 學 院： 化學與生物工程學院 專 業(yè)： 應用化學 題 目： 非標準系列管殼式氣體冷卻器的設計 指導者： 陶彩虹老師 　 1 1 蘭州交通大學畢業(yè)設計 化工原理課程設計任務書 一、設計題目：非標準系列管殼式氣體冷卻器的設計 二、設計條件 1.生產(chǎn)能力：混合氣體流量為6000/h，混合氣的相對分子質(zhì)量為17. 2.混合氣進口溫度為144.5℃，出口溫度為57℃，冷卻水入口溫度30℃，出口溫度36℃。 3．已知混合氣及冷卻水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： 密度 （Kg/） 粘度 （mPa.s） 比熱容 （KJ/Kg.） 導熱系數(shù) (W/(m.)) 混合氣 0．925 0.0155 1.9 0.058 冷卻水 994.7 0.757 4.174 0.622 4.兩流體均無相變。 三、設計步驟及要求 1.確定設計方案 （1）選擇列管式換熱器的類型 （2）選擇冷卻劑的類型和進出口溫度 （3）查閱介質(zhì)的物性參數(shù) （4）選擇冷熱流體流動的空間及流速 2.初步估算換熱器的傳熱面積 3.初選換熱器規(guī)格 4.校核 （1）核算換熱器的傳熱面積，要求設計裕度不小于10%，不大于20%。 （2）核算管程和殼程的流體阻力損失。 如果不符合上述要求重新進行以上計算 5.附屬結構如封頭、管箱、分程隔板、緩沖板、拉桿和定距管、人孔或手孔、法蘭、補強圈等的選型 四、設計成果 1.設計說明書（A4紙） （1）內(nèi)容包括封面、任務書、目錄、正文、參考文獻、附錄 （2）格式必須嚴格按照蘭州交通大學畢業(yè)設計的格式打印。 2.換熱器工藝條件圖（2號圖紙）（手繪） 五、時間安排 （1）第19周～第20周，于7月17號下午3點本人親自到指定地點交設計成果. 六、設計考核 （1）設計是否獨立完成； （2）設計說明書的編寫是否規(guī)范 （3）工藝計算與圖紙正確與否以及是否符合規(guī)范 （4）答辯 七、參考資料 1.《化工原理課程設計》 賈紹義 柴誠敬 天津科學技術出版社 2.《換熱器設計手冊》 化學工業(yè)出版社 3.《化工原理》 夏清 天津科學技術出版社 目錄 1.摘要 1 2.文獻綜述 2 2.1熱量傳遞的概念與意義 2 2.1.1熱量傳遞的概念 2 2.1.2. 化學工業(yè)與熱傳遞的關系 2 2.1.3.傳熱的基本方式 2 2.2換熱器簡介 3 2.2.1固定管板式換熱器 3 2.2.2浮頭式換熱器 3 2.2.3 U形管式換熱器 4 2.3 列管式換熱器設計一般要求 5 2.4 流體流徑的選擇 6 2.5管殼式換熱器 6 2.5.1工作原理 6 2.5.2主要技術特性 7 3.工藝計算 8 3.1 確定設計方案 8 3.1.1確定流體的定性溫度 8 3.1.2選擇列管式換熱器的形式 8 3.1.3確定流體在換熱器中的流動途徑 8 3.2設計參數(shù) 8 3.3計算總傳熱系數(shù) 8 3.3.1.熱流量 9 3.3.2冷卻水用量 9 3.3.3計算傳熱面積 9 3.3.4工藝結構尺寸 9 3.3.5傳熱計算 10 3.3.6換熱器內(nèi)流體的流動阻力 12 4.換熱器主要結構尺寸和計算結果 15 5.參考文獻 16 6.附錄 17 6.1英文字母 17 6.2 希臘字母 17 6.3下標 17 1.摘要 熱量傳遞不僅是化工、能源、宇航、冶金、機械、石油、動力、食品、國防等各工業(yè)部門重要的單元操作之一，它還在農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護等其他部門中廣泛涉及。作為該單元操作的設備——換熱器在化工、煉油裝置中所占的比例，在建設費用方面達20%-50%之多。因此，無論從能源的利用，還是從工廠的效益來看，合理地選擇和設計換熱器，都具有重要的意義。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對能源利用，開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益增強，換熱器的設計、制造、結構改進及傳熱機理等方面的研究也日益活躍。 在諸多類型的換熱器中以間壁式的應用最為普遍。此類換熱器中，以管殼式應用最廣。本設計的任務就是完成一個滿足生產(chǎn)要求的管殼式換熱器的設計或選型。 管殼式換熱器設計或選型的核心是計算換熱器的傳熱面積，進而確定換熱器的其他尺寸或選擇換熱器的型號。由總傳熱速率方程可知，要計算換熱器的傳熱面積，得確定總傳熱系數(shù)和平均溫度差。由于總傳熱系數(shù)與換熱器的類型、尺寸、流體流道等諸多因素有關，而平均溫度差與兩流體的流向、輔助物料終溫的選擇等有關，因此管殼式換熱器設計或選型需考慮許多問題，通過多次試算和比較才能設計出適宜的換熱器。 換熱器的工藝設計計算有兩種類型，即設計計算和校核計算，包括計算換熱面積和造型兩方面。設計計算的目的是根據(jù)給定的工作條件及熱負荷，選擇一種適當?shù)膿Q熱器類型，確定所需的換熱面積，進而確定換熱器的具體尺寸。校核計算的目的則是對已有的換熱器校核它是否滿足預定要求，這是屬于換熱器性能計算問題。無論是設計計算還是校核計算，所需的數(shù)據(jù)包括結構數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)和物性數(shù)據(jù)三大類。其中結構數(shù)據(jù)的選擇在換熱器設計中最為重要。對于列管式換熱器的設計包括殼體形式、管程數(shù)、管子類型、管長、管子排列形式、折流板形式、冷熱流體流動通道等方面的選擇。工藝數(shù)據(jù)包括冷熱流體的流量、進出口溫度、進口壓力、允許壓力降及污垢系數(shù)。物性數(shù)據(jù)包括冷熱流體在進出口溫度或定性溫度下的的密度、比熱容、粘度、導熱系數(shù)等。 本設計針對乙醇冷凝的問題選擇一個滿足工藝要求的標準系列換熱器。通過對蘭州地區(qū)水資源情況、常年氣溫情況、水價、水質(zhì)等綜合考慮，最后確定冷卻水的用量、進出口溫差等。并根據(jù)工藝過程所規(guī)定的條件，如傳熱量、流體的熱力學參數(shù)以及在該參數(shù)下的物性進行熱力學和流體力學計算，然后進行標準系列換熱器的選型及校核。 2.文獻綜述 2.1熱量傳遞的概念與意義 2.1.1熱量傳遞的概念 熱量傳遞是指由于溫度差引起的能量轉移，簡稱傳熱。由熱力學第二定律可知，在自然界中凡是有溫差存在時，熱就必然從高溫處傳遞到低溫處，因此傳熱是自然界和工程技術領域中極普遍的一種傳遞現(xiàn)象。 2.1.2. 化學工業(yè)與熱傳遞的關系 化學工業(yè)與傳熱的關系密切。這是因為化工生產(chǎn)中的很多過程和單元操作，多需要進行加熱和冷卻，例如：化學反應通常要在一定的溫度進行，為了達到并保持一定溫度，就需要向反應器輸入或輸出熱量；又如在蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作中，都要向這些設備輸入或輸出熱量。此外，化工設備的保溫，生產(chǎn)過程中熱能的合理利用以及廢熱的回收利用等都涉及到傳熱的問題，由此可見；傳熱過程普遍的存在于化工生產(chǎn)中，且具有極其重要的作用?？傊?，無論是在能源，宇航，化工，動力，冶金，機械，建筑等工業(yè)部門，還是在農(nóng)業(yè)，環(huán)境等部門中都涉及到許多有關傳熱的問題。 應予指出，熱力學和傳熱學既有區(qū)別又有聯(lián)系。熱力學不研究引起傳熱的機理和傳熱的快慢，它僅研究物質(zhì)的平衡狀態(tài)，確定系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)變成另一個平衡狀態(tài)所需的總能量；而傳熱學研究能量的傳遞速率，因此可以認為傳熱學士熱力學的擴展。 2.1.3.傳熱的基本方式 根據(jù)載熱介質(zhì)的不同，熱傳遞有三種基本方式： （1）熱傳導（又稱導熱） 物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導。熱傳導的條件是系統(tǒng)兩部分之間存在溫度差。 （2）熱對流（簡稱對流） 流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對流。熱對流僅發(fā)生在流體中，產(chǎn)生原因有二：一是因流體中各處溫度不同而引起密度的差別，使流體質(zhì)點產(chǎn)生相對位移的自然對流；二是因泵或攪拌等外力所致的質(zhì)點強制運動的強制對流。此外，流體流過固體表面時發(fā)生的對流和熱傳導聯(lián)合作用的傳熱過程，即是熱由流體傳到固體表面（或反之）的過程，通常稱為對流傳熱。 （3）熱輻射 因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。熱輻射的特點是：不僅有能量的傳遞，而且還有能量的轉移。 2.2換熱器簡介 換熱器就是用于存在溫度差的流體間的熱交換設備，換熱器中至少有兩種流體，溫度較高則放出熱量，反之則吸收熱量。換熱器依據(jù)傳熱原理和實現(xiàn)熱交換的方法一般分為間壁式、混合式、蓄熱式三類。其中間壁式換熱器應用最廣。它又可分為管式換熱器、板式換熱器、翅片式換熱器、熱管換熱器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管殼式等）換熱器應用最普遍。列管式和板式，各有優(yōu)點，列管式是一種傳統(tǒng)的換熱器，廣泛應用于化工、石油、能源等設備;板式則以其高效、緊湊的特點大量應用于工業(yè)當中。 2.2.1固定管板式換熱器 一般適用于殼體與管束間的溫度差低于50℃，殼程壓力小于6kgf/cm2的情況。這種換熱器具有結構比較簡單、造價低廉的優(yōu)點；但其缺點是因管束不能抽出而使殼程清洗困難，因此要求殼程的流體應是較清潔且不易結垢的物料。固定管板式換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結構簡單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管較多，比較緊湊；由于這種結構使殼側清洗困難，所以殼程宜用于不易結垢和清潔的流體。當管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時，常會使管子與管板的接口脫開，從而發(fā)生介質(zhì)的泄露。為此常在外殼上焊一膨脹節(jié)，但它僅能減小而不能完全消除由于溫差而產(chǎn)生的熱應力，且在多程換熱器中，這種方法不能照顧到管子的相對移動。由此可見，這種換熱器比較適合用于溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的場合。 2.2.2浮頭式換熱器 其優(yōu)點是，當殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時，管束連同浮頭就可在殼體內(nèi)自由伸縮，而與殼體無關，從而解決熱補償問題。另外，由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的，因此管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修，所以浮頭式換熱器應用較為普遍，其缺點是結構比較復雜，金屬消耗量多，造價較高。 2.2.3 U形管式換熱器 這種型式換熱器結構較簡單，重量輕，適用于高溫和高壓的情況。其主要缺點是管程清洗比較困難，且因管子有一定彎曲半徑，管板利用率較低，管程不易清洗，因此管程流體必須清潔。列管式換熱器的設計資料較完善，已有系列化標準。目前我國列管式換熱器的設計、制造、檢驗、驗收按“鋼制管殼式（即列管式）換熱器”（GB151）標準執(zhí)行。列管式換熱器的設計和分析包括熱力設計、流動設計、結構設計以及強度設計。其中以熱力設計最為重要。不僅在設計一臺新的換熱器時需要進行熱力設計，而且對于已生產(chǎn)出來的，甚至已投產(chǎn)使用的換熱器在檢驗它是否滿足使用要求時，均需進行這方面的工作。 列管式換熱器的工藝設計主要包括以下內(nèi)容： （1）根據(jù)換熱任務和有關要求確定設計方案； （2）初步確定換熱器的結構和尺寸； （3）核算換熱器的傳熱面積和流動阻力； （4）確定換熱器的工藝結構。 表1——換熱器結構分類 類　 型 特　 點 間 壁 式 管 殼 式 列管式 固定管板式 剛性結構 用于管殼溫差較小的情況（一般≤50℃），管間不能清洗 帶膨脹節(jié) 有一定的溫度補償能力，殼程只能承受低壓力 浮頭式 管內(nèi)外均能承受高壓，可用于高溫高壓場合 U型管式 管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難 填料函式 外填料函 管間容易泄漏，不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓力較高的介質(zhì) 內(nèi)填料函 密封性能差，只能用于壓差較小的場合 釜式 殼體上部有個蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮 雙套管式 結構比較復雜，主要用于高溫高壓場合和固定床反應器中 套管式 能逆流操作，用于傳熱面較小的冷卻器、冷凝器或預熱器 螺旋管式 沉浸式 用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱 噴淋式 只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝 板面式 板式 拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體間換熱 螺旋板式 可進行嚴格的逆流操作，有自潔的作用，可用作回收低溫熱能 平板式 結構緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，要求流體干凈 板殼式 板束類似于管束，可抽出清洗檢修，壓力不能太高 混合式 適用于允許換熱流體之間直接接觸 蓄熱式 換熱過程分階段交替進行，適用于從高溫爐氣中回收熱能的場合 2.3 列管式換熱器設計一般要求 列管式換熱器的設計資料較完善，已有系列化標準。目前我國列管式換熱器的設計、制造、檢驗、驗收按“鋼制管殼式（即列管式）換熱器”（GB151）標準執(zhí)行。 列管式換熱器的設計和分析包括熱力設計、流動設計、結構設計以及強度設計。其中以熱力設計最為重要。不僅在設計一臺新的換熱器時需要進行熱力設計，而且對于已生產(chǎn)出來的，甚至已投產(chǎn)使用的換熱器在檢驗它是否滿足使用要求時，均需進行這方面的工作。 2.4 流體流徑的選擇 哪一種流體流經(jīng)換熱器的管程，哪一種流體流經(jīng)殼程，可以根據(jù)以下方法選擇（固定管板式換熱器） 1、不潔凈和易結垢的流體易走管內(nèi)，以便于清洗管子。 2、腐蝕性的流體易走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 3、壓強高的流體易走管內(nèi)，以免殼體受壓。 4、飽和蒸汽易走管間，以便于及時排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關系不大。 5、可利用外殼向外散熱的作用，以增強冷卻效果。 6、需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體易走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。 7、粘度大的液體或流量較小的流體，易走管內(nèi)，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。 在選擇流體流徑時，上述各點常不能同時兼顧，應視具體情況抓住主要矛盾。 2.5管殼式換熱器 管殼式換熱器是目前應用最為廣泛的一種換熱器。它包括:固定管板式換熱器、U 型管殼式換熱器、帶膨脹節(jié)式換熱器、浮頭式換熱器、分段式換熱器、套管式換熱器等。管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構成。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導熱元件，決定換熱器的熱力性能。另一個對換熱器熱力性能有較大影響的基本元件是折流板（或折流桿）。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運行的安全可靠性。 2.5.1工作原理 管殼式換熱器和螺旋板式換熱器、板式換熱器一樣屬于間壁式換熱器，其換熱管內(nèi)構成的流體通道稱為管程，換熱管外構成的流體通道稱為殼程。管程和殼程分別通過兩不同溫度的流體時，溫度較高的流體通過換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體，溫度較高的流體被冷卻，溫度較低的流體被加熱，進而實現(xiàn)兩流體換熱工藝目的。 2.5.2主要技術特性 一般管殼式換熱器與其它類型的換熱器比較有以下主要技術特性： 1、耐高溫高壓，堅固可靠耐用； 2、制造應用歷史悠久，制造工藝及操作維檢技術成熟； 3、選材廣泛，適用范圍大。 2.5.3管板式換熱器的優(yōu)點 (1) 換熱效率高,熱損失小 在最好的工況條件下, 換熱系數(shù)可以達到6000W/ m2K, 在一般的工況條件下, 換熱系數(shù)也可以在3000～4000 W/ m2K左右,是管殼式換熱器的3～5倍。設備本身不存在旁路,所有通過設備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流,進行充分的換熱。完成同一項換熱過程, 板式換熱器的換熱面積僅為管殼式的1/ 3～1/ 4。 (2) 占地面積小重量輕 除設備本身體積外, 不需要預留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為0. 6～0. 8mm。同樣的換熱效果, 板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。 (3) 污垢系數(shù)低 流體在板片間劇烈翻騰形成湍流, 優(yōu)秀的板片設計避免了死區(qū)的存在, 使得雜質(zhì)不易在通道中沉積堵塞,保證了良好的換熱效果。 (4) 檢修、清洗方便 換熱板片通過夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起,當檢修、清洗時, 僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進行沖刷清洗。 (5) 產(chǎn)品適用面廣 設備最高耐溫可達180 ℃, 耐壓2. 0MPa , 特別適應各種工藝過程中的加熱、冷卻、熱回收、冷凝以及單元設備食品消毒等方面, 在低品位熱能回收方面, 具有明顯的經(jīng)濟效益。各類材料的換熱板片也可適應工況對腐蝕性的要求.當然板式換熱器也存在一定的缺點, 比如工作壓力和工作溫度不是很高, 限制了其在較為復雜工況中的使用。同時由于板片通道較小,也不適宜用于雜質(zhì)較多,顆粒較大的介質(zhì)。 3.工藝計算 3.1 確定設計方案 3.1.1確定流體的定性溫度 冷卻劑為自來水，取入口溫度為30℃，出口溫度為36℃. 混合氣：入口溫度為144.5℃（g），出口溫度為57℃（g）. 水的定性溫度：tm=（30+36）/2=33℃. 混合氣的定性溫度：Tm=（144.5+57）/2=100.75℃. 兩流體的溫度差：Tm - tm=100.75-33=67.75℃. 3.1.2選擇列管式換熱器的形式 兩流體的溫差較大，故選用板管式換熱器. 3.1.3確定流體在換熱器中的流動途徑 由于氣體的壓強高，則混合氣走管程，冷卻水走殼程。. 3.2設計參數(shù) 確定物性參數(shù) 混合氣的定性溫度：T=(57+144.5)/2=100.75 ℃      密度          ρi＝0.925kg/m3 定壓比熱容    Cpi＝1.9kJ/kg℃ 熱導率        λi＝0.058W/m℃ 粘度          μi＝0.0155mPa﹒s 水的定性溫度：t=(36+30)/2=33℃ 密度          ρo＝994.7kg/m3  定壓比熱容    Cpo＝4.174kJ/kg℃ 熱導率        λo＝0.622W/ m℃ 粘度         μi＝0.757m Pa﹒s 3.3計算總傳熱系數(shù) 3.3.1.熱流量 Q=WhCp h(T1-T2)=6000×0.925×1.9×(144.5-57) kJ/h=256302.1W 平均傳熱溫差 △tm1=(△t1-△t2)/㏑(△t1/△t2)=(108.5-27)/㏑(108.5/27) 式中：△t1 =T1-t2=108.5℃ ,△t2 =T2-t1=27℃ 求得△tm=58.59℃ 3.3.2冷卻水用量 W0=Q/△t Cp o＝36842.66(kg/h) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 按單殼程，奇數(shù)管程結構，溫差校正系數(shù)查有關圖表，可得 ψ△t=0.0.98 平均傳熱溫差 △tm=ψ△t △tm1=0.98×58.59=57.42℃ 3.3.3計算傳熱面積 求傳熱面積需要先知道K值，根據(jù)資料查得混合氣和水之間的傳熱系數(shù)取K值為125W/(㎡.℃)計算 由Q=KS`△tm 得 設實際的面積S=1.2 S,=42m2 3.3.4工藝結構尺寸 在決定管數(shù)和管長時，首先要選定管內(nèi)流速ui，按書中表6-1冷卻水走管程的流速為5—30m/s，取流速為ui=27m/s，設所需單管程數(shù)為ns，選用¢ 25mmX2.5mm傳熱管（碳鋼）的內(nèi)徑為0.020m，從管內(nèi)體積流量 計算求得： 管長 則取3m 管程 所以 此換熱器是的總管數(shù) 根） ( 197 197 1 = ´ = n 管子采用正三角形排列，相鄰兩管中心距 t =1.25 d0 =0.03125m, 橫過管束中心線的管數(shù) b, =1.2×d0=0.03m 殼體內(nèi)徑D 折流板間距 B=0.5D = 265mm 折流板數(shù) NB =3÷0.25-1=11（塊） 殼程流體進出口接管，取u=1.0m/s 3.3.5傳熱計算 （1）管程給熱系數(shù)。 32094.5 0000155 . 0 925 . 0 89 . 26 02 . 0 Re = ´ ´ = = m r i i u d 計算： 普蘭特準數(shù) c m w d i ° = ´ ´ = ´ = 2 3 . 0 8 . 0 3 . 0 8 . 0 i / 3 . 219 508 . 0 32094 02 . 0 058 . 0 023 . 0 Pr Re 023 . 0 l a 管程傳熱系數(shù) （2）殼程傳熱系數(shù)， 流體通過管間的最大截面積 A=BD(1-d0/h)=0.265×0.53×0.2=0.026m2 流體的流速 u0=V0/A0=0.0103÷0.026=0.4m/s 水利半徑 雷諾準數(shù) 9460.8 000757 . 0 7 . 994 40 . 0 02 . 0 Re 0 = ´ ´ = = m r u d e 普蘭特準數(shù) 粘度校正 ()≈1.05 即 取Rsi=1.8×10-4 W/(㎡.℃); Rs0=3.4×10-4W/(㎡.℃) 總傳熱系數(shù)K＇ K＇= 9 . 3451 1 10 4 . 3 20 25 10 8 . 1 8 . 213 02 . 0 025 . 0 1 4 4 + ´ + ´ ´ + ´ - - =152W/(㎡.℃) 在1.15到1.25之間，滿足要求。 傳熱面積S 2 5 . 29 13 . 57 0 . 152 1 . 256302 m t K Q S m = ´ = D = 該換熱器的實際傳熱面積Sp Sp=πd0L(n-nc)=3.14×0.0265×(3-0.06)×(197-16)=41.8m2 ° ° = - = - = / 40 . 29 8 . 41 5 . 29 8 . 41 p p S S S 裕度 與換熱器列出的面積S=29.5㎡比較，有29.40%的裕度。 3.3.6換熱器內(nèi)流體的流動阻力 （1）管程流動阻力 管程流通面積 2 2 2 062 . 0 197 02 . 0 4 14 . 3 4 m N n d A p i i = ´ ´ = ´ = p 管程流體流速 s m A V u i i i / 89 . 26 062 . 0 667 . 1 = = = 由Re=32094.5 傳熱管相對粗糙度， 查莫狄圖得摩擦系數(shù) c m W o i / 035 . 0 = l , 結構校正因數(shù)： 管程流動阻力 上式中：， Np=1,1.4，， 所以 Pa p 7 . 1755 2 89 . 26 925 . 0 02 . 0 3 034 . 0 2 1 = ´ ´ ´ = D 滿足要求 （2）殼程流動阻力 取折流板間距B=0.265m 計算截面積 流體流速 s m u / 31 . 0 0330 . 0 0103 . 0 0 = = 雷諾準數(shù) 8410 10 757 . 0 7 . 994 31 . 0 02 . 0 Re 3 0 0 = ´ ´ ´ = = - m r u d e Re0＞500 摩擦系數(shù) 殼程阻力損失 流經(jīng)管束的阻力 ，NB =11,u0=0.32m/s F=0.5 故， Pa P 2937 2 31 . 0 7 . 994 ) 1 11 ( 16 64 . 0 5 . 0 2 ' 1 = ´ ´ + ´ ´ ´ = D 流體流經(jīng)折流板口的阻力 上式中：B=0.265m,D=0.53m 故， 總阻力損失 Pa P 5530 15 . 1 ) 1872 2937 ( 0 = ´ + = D å 總的阻力損失大于5245Pa小于設計壓力30KPa，壓力降合適。 4.換熱器主要結構尺寸和計算結果 參數(shù) 管程 殼程 操作條件 物料名稱 混合氣 冷卻水 流量（kg/h） 5550 36842.66 操作溫度（進/出）(℃) 144.5/57 30/36 操作壓力（Mpa） 0.01 0.01 物性參數(shù) 定性溫度(℃) 100.75 33 密度（kg/m3） 0.925 994.5 黏度 (mPa·s) 0.0155 0.757 比熱容(kJ/kg·℃) 1.9 4.17 導熱系數(shù)（W/(m·℃)） 0.058 0.622 主要工藝性能參數(shù) 流速 （m/s） 26.89 0.4 對流傳熱系數(shù)（W/(m2·℃)） 219.3 3451.9 污垢熱阻（(m2·℃)/ W） 0.00018 0.00034 阻力損失（Mpa） 3862.6 5530 熱負荷（W） 156302.1 總傳熱系數(shù)（W/(m2·℃)） 152 傳熱面積（m2） 29.5 設計裕度（%） 29.4℅ 設備結構參數(shù) 換熱器型式 管板式 材質(zhì) 碳鋼 碳鋼 程數(shù) 1 1 管子規(guī)格 Φ25×2.5mm 殼體內(nèi)徑 520mm 管長（mm） 3000 折流擋板型式 上下 管心距（mm） 30 折流擋板數(shù)目（塊） 16 管子排列方式 正三角形 折流擋板間距（mm） 265 管子數(shù)目（根） 197 5.參考文獻 [1] 賈紹義,柴誠敬主編.化工原理課程設計[M].天津:天津大學出版社,2002:47—51． [2] 柴誠敬主編.化工原理（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2005:209—271. [3] 申迎華,郝曉剛主編.化工原理課程設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009:86—89. [4] 劉光啟,馬連湘,劉杰主編.化學化工物性數(shù)據(jù)手冊:有機卷［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2002:599－ 600． [5] 周濤主編.化工原理.北京：科學出版社，2010.6. 6.附錄 6.1英文字母 17 ——污垢熱阻 ——平均傳熱溫差 W——質(zhì)量流量 ——定壓比熱容 (KJ/Kg·℃) T——熱流體溫度 t——冷流體溫度 P , R——因數(shù) S ——傳熱面積 Q——傳熱速率 W A——傳熱面積 n——管數(shù) ——結構校正系數(shù) ——殼程壓強降的結垢校正系數(shù) F——管子排列方法對壓強降的校正系數(shù) ——串聯(lián)的殼程數(shù) N——程數(shù) d——管徑 m ——體積流量 u——流速 ——傳熱系數(shù) F——校正系數(shù) B——擋板間距 m h——折流板圓缺高度 m K——總傳熱系數(shù) (W/m2·K) L——長度 m P——壓強 Pa ——當量長度 m D——換熱器內(nèi)徑 mm Re——雷諾準數(shù) Pr——普朗特準數(shù) 6.2 希臘字母 ——對流傳熱系數(shù) (W/m2·K) ——導熱系數(shù) (W/m2·K) ——粘度 Pa·s ——密度 6.3下標 ——熱流體 ——冷流體 ——管內(nèi) ——管外 s——污垢 t——傳熱 ——溫度