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1、一、设计条件1.处理能力：10.125104吨/年（年开工天数 300 天，每天开工 24 小时）2.操作条件：温度：苯：入口温度：80出口温度：40水：入口温度：25 出口温度：30（25+510）允许压力：不大于 60KPa3.设备型式：列管式换热器二、设计方案1.估算传热面积，初选换热器型号1)确定出口温度一般来说，设计时冷却水两端温度差可取为510。缺水地区选用较大的温度差，水资源丰富地区选用较小的温度差。哈尔滨地处北方，水资源相对缺乏，故选择冷却水较大的温度差10，即冷却水的出口温度为 35。2)基本物理性质数据冷却介质为循环水，取入口温度为：25，出口温度为：35苯的定性温度：Tm
2、=(8040)2=60水的定性温度：=(2535)2=30两流体的温差：Tm=60 30=30查表，知两流体在定性温度下的物性数据如下：表表 1.1.苯和水在定性温度下的物性数据苯和水在定性温度下的物性数据流体名称苯水密度/m3836.6996.35比热 KJ/()1.8284.176粘度 mPas0.3810.852导热系数 W/(m)0.1510.6133)计算热负荷（不计热损失）苯的质量流量1热负荷Q=11(1 2)=14062.5 1.828 103(80 40)=2.86 105360010.125 104 103=14062.5Kg h300 24冷却水消耗量24)确定流体的流径2
3、.86 105 3600=2.47 104Kg h32(2 1)4.176 10 (35 25)该设计任务的热流体是苯，冷流体为水，本换热器处理的是两流体均不发生相变的传热过程，为使苯通过壳壁面向空气中散热，提高冷却效果，且水易结垢，令苯走壳程，水走管程。5)计算平均温度差暂按单壳程、双管程考虑，先求逆流时平均温差。苯80401=(1 t2)=80 35=45冷却水35252=(2 t1)=40 25=15145=3 2215故逆=计算 R 和 PR=(1 2)(80 40)(2 1)(35 25)=4P=0.18(2 1)(35 25)(1 1)（80 25）t1t2tln1t2=(1t2)
4、(2t1)tln122t1=(8035)(4025)ln80354025=27.31由图 4-25（a）查得温度校正系数=0.90，又 0.8，故单壳程、双管程可行，其平均温度差如下=逆=0.9027.31=24.5796)选取总传热系数，估算传热面积参考表 4-7，选用总传热系数估=500/(2 K)，则估7)初选换热器型号由于两流体温差Tm=60 30=30 50，且允许压强降不大于 50kPa，故可选择固定管板式换热器。流程的选定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，选定循环水走管程；为了便于苯的散热，减少冷却剂用量，选定苯走壳程。流体流速的选择由书上表4-9、表4-10可知：水为易结
5、垢液体，且在定性温度下，水的粘度=0.852mPas 104(湍流)取管壁粗糙度=0.1mm，1=0.120=0.005，由Re关系图中查得=0.036，所以226996.351.151=0.036=7.12Pa120.0222996.351.152=3=3=1.98222管程压强降：=（1+2）=(7.12+1.98)1.4 4 1=50.96 60故管程压强降50.96 500（湍流）0.2280.228故壳程流体摩擦因数：0=5.0 0=5.0 8783.2=0.63所以20836.6 0.161=0(+1)=0.4 0.63 10 (29+1)=809.5622流体流经折流板口的阻力2
6、2 02 0.2836.6 0.162=(3.5)=29(3.5)=776.3620.42壳程压强降：0=(1+2)=(809.56+776.36)1.15 1=1823.81 6022故壳程压强降1823.81 60，符合工艺要求。计算表明，管程和壳程的压强降都能满足设计的要求。2.核算换热器总传热系数1)管程对流传热系数i已算出=2.69 104故=4.1761030.8521030.613=5.8040.80.613=0.0230.80.4=0.023(2.69 104）5.8040.40.02=4982.54 2 12)壳程对流传热系数10.550=0.363()0.14已算出0=87
7、83.2故0=1.8281030.3811030.15110.14=4.61粘度校正(w)10.1510.025故 0=0.36 0.553()0.14=0.368783.20.554.611/3 10.14=534.052 13)参考教材附录管内、外侧污垢热阻分别取为=0.26 1032 10=0.176 1032 14)总传热系数忽略管壁热阻时，总传热系数如下：=1100+00=110.0250.025+0.176 103+0.26 103+0.024982.54 0.02534.05=381.05(W 2 1)由前面的计算知，在规定的流动条件下，计算出的=381.05(W 2 1)，而所
8、选用换热器的总传热系数为K=选=2.861053524.579=332.46(W 2 1)，故所选择的换热器是合适的。其安全系数为381.05332.46332.46 100%=14.62%（满足要求，在范围之内：10%25%）3.核算换热器传热面积A=与原估值基本相符，且选=2.86 105381.05 24.579=30.542=30.54=1.15，即与所选换热器的面积选=352相比较，有 15%的35裕量。满足要求，在范围之内：10%25%。计算表明，所选换热器的规格可用。四、设计结果一览表换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果参数流量/(kg/h)进/出口温度/压强
9、降 MPa定性温度/密度/（kg/m）3管程（冷却水）2.471025/354壳程（苯）1.411040/804 60kPa30996.354.1760.8521030.613固定管板式1460007632上下25%管程1.1560836.61.8280.3811030.151传热面积/壳体内径/管径/管子排列管心距/材质间距，mm折流挡板数/块壳程0.16534.050.0001761823.8135400252.5正方形错列32不锈钢20029物性定压比热容/kJ/（kgC）黏度/（Pas）导热系数/（W/mC）形式壳程数设备结构参数主要计算结果流速/（m/s）表面传热系数/W/（C）污垢热阻/（C/W）压强降/Pa热流量/kW传热系数/W/（K）安全系数/%管程数管长/管子总数/根管间距，mm折流挡板型式切口高度4982.540.0002650.96 286381.0514.62
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