1、福建農林大學食品科學學院課 程 設 計授課時間：20102011年度 第 1 學期題 目： 列管式換熱器設計 課程名稱： 化工原理課程設計 專業年級： 食品科學與工程2007級 學 號： 070941114 姓名： 何純點 成 績： 指導教師： 廖益強 2010年12月25日課程設計任務書食品科學學院班級：2007級食品科學與工程 課程名稱： 化工原理課程設計 填寫時間：2010年12月15日課程設計任務設計題目：列管式換熱器設計設計條件：設計一列管式換熱器，采用冷卻水將飽和水蒸汽冷凝。冷卻水進口溫度20，出口溫度40；冷卻水流量50000kg/h；蒸汽冷凝溫度130 ；蒸汽冷凝時的對流傳熱系

2、數4000 w/(m2k)。設計內容：管程數，管數，管長，殼體內徑學生姓名學號何純點 070941114參 考文 獻1 匡國柱. 化工單元過程及設備課程設計. 北京：化學工業出版社，20062 賈紹義，柴誠敬主編. 化工原理課程設計. 天津：天津大學出版社，20023 蘄明聰，程尚模，趙永湘. 換熱器. 重慶：重慶大學出版社，19904 聶清德編. 化工設備設計. 北京：化學工業出版社，19915 袁林根. 機械工程手冊（第二版）. 北京：機械工業出版社，19976 王順平. 燒堿蒸發系統的技術改造. 中國氯堿，2005，（1）：277 時鈞等主編. 化學工程手冊. 北京：化學工業出版社，19

3、96設計的基本要求、任務課程設計是本課程教學中綜合性和實踐性很強的環節，是理論聯系實際的橋梁。通過課程設計，要求學生能綜合運用本課程和前修課程的基本知識，進行融會貫通、獨立思考，在規定的時間內完成指定的化工單元操作的設計任務，從而得到工程設計的初步訓練。通過課程設計，要求學生了解工程設計的基本內容和設計步驟，掌握化工單元設計的程序和方法，具備分析和決工程實際問題的能力。完成設計方案的簡介、換熱器的工藝設計計算、繪制工藝流程圖設 計進 度安 排12月19日，布置任務，查閱、收集相關設計資料、參考文獻等；12月20日，完成設計計算；12月21日，完成設計說明書。指導教師（簽名）： 職稱： 系（教研

4、室）主任（簽名）： 主要符號說明（1）水蒸氣 汽化潛熱 r s1 kjkg-1 進口溫度 t1 出口溫度 t2 密度 1 kgm-3 比熱容 cp1 kjkg-1 -1 黏度 1 mpas 熱導率 1 wm-1k-1 （2）冷卻水流量 ms2 kgh-1 進口溫度 t1 出口溫度 t2 密度 kgm-3 比熱容 cp2 kjkg-1-1 黏度 2 mpas熱導率 1 wm-1k-1對流傳熱系數 k w/(m2k) 傳熱量 q kjh-1平均溫差 tm 體積流量 v mh 管程給熱系數 wm-2k-1殼程給熱系數 wm-2k-1 流速 u ms-1雷諾數 re潔凈河水的污垢熱阻 rs1 m2kw

5、-1飽和水蒸氣的污垢熱阻 rs2 m2kw-1目錄課程設計任務書1主要符號說明2目錄3設計說明書4一、設計題目4二、設計條件4三、設計內容4四、設計說明41.計算傳熱量q、對數平均溫差tm52.初定傳熱面積a53.初選換熱器型號54.校核傳熱系數k6（一）求和6（二）求傳熱系數k的值65.校核傳熱面積a07設備布置流程圖7參考文獻8評分表9 福建農林大學食品科學學院食科2007級化工原理課程設計說明書姓名 何純點 學號 070941114 一、設計題目列 管 式 換 熱 器 選 型 設 計二、設計條件1、設計一列管式換熱器，采用冷卻水將飽和水蒸汽冷凝。冷卻水進口溫度20，出口溫度40；冷卻水流

6、量50000kg/h；蒸汽冷凝溫度130 ；蒸汽冷凝時的對流傳熱系數4000 w/(m2k)。2、已知冷卻水走管程，飽和水蒸氣走殼程。（忽略熱損失）三、設計內容根據上述條件通過計算選擇一臺合適的列管式換熱器（需寫出換熱器的型號）。四、設計說明（1）飽和水蒸氣的物性數據近似按如下取值：汽化潛熱 r s1=1800 kjkg-1進口溫度 t1=130出口溫度 t2=130密度 1=934.8 kgm-3比熱容 cp1=4.266 kjkg-1 -1黏度 1=0.21810-3pas=0.218 mpas 熱導率 1 =0.686 wm-1k-1（2）水的物性數據近似按如下取值：流量 m s2=50

7、000kgh-1進口溫度 t1=20 出口溫度 t2=40密度 =（）/2=995.2 kgm-3比熱容 kjkg-1 -1黏度 2=(1.005+0.653)/2=0.829 mpas 熱導率 1 =(0.599+0.634)/2=0.617 wm-1k-11 計算傳熱量q、對數平均溫差tm(一)q的計算 q= mscpt =ms2cp2（t1t2 ）=500004.178（4020）=4178000kjh-1 =1160600w（二）tm的計算項目逆流ttttmt1=130t2=130 t2=40t1=20t= t1t290 tt2t1110tm（tt）/（lnt/t）99.67tm99.

8、67。2初定傳熱面積a蒸汽冷凝時的對流傳熱系數750 w/(m2k)。則所須傳熱面積為 a=q/（ktm）=1160600/(75099.67)=15.52m23初選換熱器型號由于兩物體的溫差較大，以采用浮頭式列管為宜。為了讓飽和水蒸氣更好地散熱，飽和水蒸氣應該走殼程，水走管程。在決定管數和管長時，首先要選定管內流速u2。按表611p203可查得冷卻水作為管程時的流速范圍為13.5 ms-1。取u21.0 ms-1，設所需單程管數為n，管徑為25mm2.5mm，管內徑為0.02m。根據熱量衡算式q=ms1r s1ms2cp2（t2 t1）得 m s1=q/ r s1=4178000/1800=

9、2321.11kjh-1=644.75w v2= ms2/=50000/995.2=52.35mh由管內體積流量得 v2nd22u2ms2/2 即n0.0221.0360052.35 mh得 n46.31 取n47 即單程管數為47根又由傳熱面積an dol15.52m2得單程管長l a/ndo15.52/(473.140.025) m=4.2m待添加的隱藏文字內容3選用3m長的管，2管程，則一臺換熱器的總管數為47294根。查附錄十九1p277得相近浮頭式換熱器的主要參數如下表：項目數據項目數據殼徑d(dn)500mm管尺寸25mm2.5mm管程數np（n）2管長l（l）3m管數n124管排

10、列方式正方形旋轉45中心排管數nc8管心距t32mm管程流通面積s20.0194 m2傳熱面積a28.3m2對表的數據進行核算（1）每程管數n1 每程管數n1=總管數n/管程數=124/2=62 管程的流通面積sid22n10.022620.01947m2 與查得的數據相符合（2）傳熱面積aa doln3.140.025312429.2m229.2m2與所查得的28.3m2相比，稍大，這是由于管長的一小部分需用于在管板上固定管子。以查得的28.3 m2的為準。（3）中心排管數nc 查得nc8，若按圖613（c）1p203排列,n最多為25。以下按正方形排列 nc=1.19=1.19=13.25

11、，取nc=144校核傳熱系數k(一) 求和（1）求管程給熱系數流速 ui= vi /(3600si)=40.2/(36000.0194)=0.576 ms-1雷諾數 reidiuii/i0.020.576995.2/(0.82910-3)=13829pri=cpii /i4.2661030.21810-3/0.617=1.36作為粗略估計，用re104的公式算出值 由公式nu=0.023 re20.8pr2n ，且管內流體被加熱,n取0.4 得nu1=0.023138290.81.360.4=53.43故 =nuii/di=53.430.686/0.02=1832.6 wm-2k-1(2)殼程

12、給熱系數=4000 wm-2k-1（二）求傳熱系數k的值以管外的表面積為基準又查表551p145知 井水的污垢熱阻 rs1 =0.5810-3m2kw-1飽和水蒸氣的污垢熱阻 rs2=0.05210-3 m2kw-1得 1/1832.6(0.025/0.02)+0.58/1000(0.025/0.02)+0.052/1000+1/4000 1.7110-3m2k w-1故 ko=585wm-2k-15校核傳熱面積a0 所需的傳熱面積 a0=q/（kotm）=1160600/(58599.67)19.9m2 與換熱器列出的面積a28.3m2比較，從阻力損失和傳熱面積的核算看，原選的換熱器型號合適

13、。參考文獻：1化工原理.上冊/譚天恩,竇梅,周明華等編著. 3版. 北京：化學工業出版社,2006.42 賈紹義，柴誠敬主編. 化工原理課程設計. 天津：天津大學出版社，20023 蘄明聰，程尚模，趙永湘. 換熱器. 重慶：重慶大學出版社，19904 聶清德編. 化工設備設計. 北京：化學工業出版社，19915 袁林根. 機械工程手冊（第二版）. 北京：機械工業出版社，19976 王順平. 燒堿蒸發系統的技術改造. 中國氯堿，2005，（1）：277 時鈞等主編. 化學工程手冊. 北京：化學工業出版社，19968 匡國柱. 化工單元過程及設備課程設計. 北京：化學工業出版社，2006福建農林大學食品科學學院課程論文(設計)評分表學生姓名： 何純點 學號： 070941114填表日期：_2010_年_12_月_27_日題目列管式換熱器設計評價內容評價指標評分權值評定成績工作量工作量飽滿，能獨立查閱文獻0.1