毕业设计-传热传质学课程设计

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1、专业课程设计固定管板式换热器设计院（系、部）：机械工程学院专业：过程装备与控制工程班级：过063姓名：岑学学学号：060345指导老师:雷俊勇、王中辉2010年1月5日·北京目录一设计参数2二、热工艺设计21.估算传热面积22.工艺结构尺寸3三、结构设计63.1结构尺寸参数63.2采用原件材料及数据73.3折流板73.4接管73.5壳体和封头的设计83.5管板与换热管83.6壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接103.7其他各部件结构11四、强度的计算与校核134.1圆筒计算134.2压力实验应力校核134.3最大工作压力和计算应力134.

2、4封头设计计算134.5管板设计计算144.6接管、接管法兰以及开孔补强174.7鞍座强度校核19参考文献21一设计参数-壳程管程设计压力（MPa）2.61.7操作压力（MPa）2.21.0/0.9（进口/出口）设计温度（℃）25075操作温度（℃）220/175（进口/出口）25/45（进口/出口）流量（kg/h）40000选定物料（-）石脑油冷却水程数（个）12腐蚀余度（mm）3-定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程石脑油的定性温度为=(220+175)/2=197.5℃管程流体的定性温度

3、为t=(45+25)/2=35℃查《石油化工设计手册》得设计温度下物料的物理性质参数如下表(其中石脑油按汽油算)：石脑油的物性参数(T=197.5℃)水的物性参数（t=35℃）密度：ρ1=0.71×103kg/m3定压比热容:Cp1=2.13J/(kg•K)导热率：λ1=0.218W/(m•K)密度：ρ2=993.95kg/m3定压比热容:Cp2=4.174J/(kg•K)导热率：λ2=0.625W/(m•K)粘度：μ1=0.64×10-3Pa•s粘度：μ2=0.727×10-3Pa•s二、热工艺设计1.估算传热面积1.1计算两流体的平均温

4、度差先按单壳程、2或2n管程进行计算，其逆流时的平均温度差为：Δt===162.18kP===0.102,R===2.25按单壳层，双管程查温差修正系数表得:εΔt=0.99故有效平均温差Δtm=εΔtΔtm逆=0.99×162.18=160.56K1.2计算热流量及冷却水的流量热流量:Φ=qm1cp1Δt1=4000×2.13×(220-175)=3.834×106kJ/h=1065kw取热损失系数ηC=0.97,则冷却水吸收的热量：Φ2=ηCΦ=3.834×106×0.97=3.719kJ/h=1033kw冷却水用量：qm2=Φ2/cp

5、2Δt2=3.719×106/[4.174×(45-25)]=44549.59kg/h1.3估算传热面积初选K=680W/(m2•K),由稳态传热基本方程得传热面积:A估=Φ/KΔtm=1033000/(680×160.56)=9.46m22.工艺结构尺寸2.1选择管径和管内流速选用φ25×2.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），查《换热器设计手册》表1-2-7得：公称直径DN（mm）管程数nt（个）管子根数Nt（根）中心排管数管程流通面积（m2）换热面积（m2）换热管长度L(mm)400294110.014821.43000排列形式：正三角形

6、管间距：=32mm折流板间距：2.2计算实际换热面积实际换热面积A实际=πd(L-2δ-0.006)n=3.14×0.025×(3-2×0.05-0.006)×94=21.35m22.3计算总传热系数管内冷却水速度：ui=Qi/ρAi=44549.59/(3600×993.95×0.0148)=0.84m/s换热管内经di=d0-2δ=0.025-2×0.0025=0.02m雷诺数：Rei=uidiρ/μ=0.84×0.02×993.95/0.000727=22968.86对于湍流，由Dittus–Boelter关系式，有传热膜系数：普朗特

7、数：=4174×0.000727/0.625=4.86由于冷却水要被加热,故取n=0.4管内传热膜系数αi=0.023×0.625/0.02×22968.860.8×4.860.4=4170.07W/(m2•K)管外传热膜系数换热管呈正三角形排列，根据Kern法当量直径：=流体流过管间最大截面积是壳体内径估算为=0.37=0.216.7=40000/(3600×710×0.0167)=0.94m/s雷诺数：Re=uodoρ/μ=0.94×0.025×710/0.00064=26070普朗特数：=2130×0.00064/0.218=6.25

8、壁温可视为流体平均温度，即：0.55αo=0.36×(0.218/0.02)×(0.02×0.64×710/0.00064)0.55×6.251/3=1389.25W/(m2•K