化工原理课程设计
??t?m???t.?tm?43.72℃ 2.3 估算换热面积
根据壳内为乙醇，管内为水，总传热系数范围在200~700W/?m2?℃? 初选：k=380w/(m2.℃) 估算换热面积：
A?Q?/?K??t?m??=4.31×105/(380×43.72)=25.94m2
3. 初选换热器规格
表5 立式固定管板式换热器规格【3】
公称压力: 0.6 MPa 管子尺寸： ?25mm?2.5mm 公称面积: 30.7 m2 管中心距：32mm 公称直径：450 mm 管程数：1 管长: 3000 m 中心排管数： 13 管子总数: 135 管子排列方法： 正三角形
4. 校核换热器的传热面积
4.1 换热器的实际换热面积
A0?nπd0(L?0.1)=135×3.14×0.025×(3-0.1)=30.73m2
该换热器所要求的总传热系数KQ?4.31?1050?At??320.80w/(m2?℃) 0?m,逆30.73?43.72 11
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4.2 校核总传热系数
4.2.1计算管程对流传热系数?i
Vsi?Ms2?2?8.58?8.61?10?3m3/s
996.2289?n???2??135??3.1422??d??0.02?0.042 Ai??m ??????i?N?4??1??4??P??Vsi8.61?10?3u???0.205m/s iA 0.042i Rei?diui?i?iCpi?i?0.020?0.205?996.2289?4952?400(0湍流) ?30.8248?10 Pri??i4.1803?103?0.8248?10?3??5.63
0.6122 故?i?0.023?idiRe0.8Pr0.4?0.023?0.6122?49520.8?5.630.4?1269.46W/m2?℃ 0.0204.2.2计算壳程对流传热系数?0
因为立式列管换热器壳程为乙醇饱和蒸汽冷凝为饱和液体后离开冷凝器，故可按蒸汽在垂直管外冷凝的计算公式计算?0
?g?2?3??0?1.13???L?t?????1/4
现设管外壁温tw=50℃，则冷凝液膜的平均温度为：
?ts?tw???75?50??62.5℃，这
22与饱和温度75℃很接近，故在平均膜温62.5℃下的物性可沿用饱和温度75℃下的数据，在层流下：
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?1/4 ?013???g?2?3?1.??L?t????
?9.81?748.152?0.1/4 ?1.13???16523?849.7826?103???0.5215?10?3?3??75?50???
?967.71W/m2?℃
4.2.3确定污垢热阻
Rs0?1.72?10-4m2?℃/w（有机液体） Rs2i?3.44?10?4m?℃/w（井水）
4.2.4总传热系数K0
1K?1?Rs?bd0?Rsd01d00i? 0?0?mdmdi?idi ?1967.71?1.72?10-4?0.002545?2522.5?3.44?10-4?2520?11296.64?2520 =2.6611×10-3m2?℃/w
∴ K0=375.78w/m2?℃>320.80w/m2?℃
所选换热器的安全系数为[(375.78-320.80)/320.80]×100%=17.14% 10%<17.14%<20%
表明该换热器的传热面积裕度符合要求。
4.2.5核算壁温与冷凝器流型
（1）核算壁温
T?tw?tw?tm75?tw?371??Rs11?tw1?tw?50.32℃?0?Rsi0?i967.71?0.0001721269.64?0.000344
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这与假设相差不大，可以接受，所以壁温为50℃。 （2）核算流型： 冷凝负荷：M?Ms1b?0.533.14?0.025?135?0.05kg/m?s Re?4M?4?0.05?0.000825?242.42?200（符合层流假设）0 5. 计算压降
5.1 计算管程压降
??Pi?(?P1??P2)FtNpNs
其中：?p1,?p2—分别为直管弯道中因摩擦阻力引起的压强降 Ft— 结垢校正因数
Np— 管程数 NS— 壳程数
取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm,则?/d?0.1/20?0.005,而Rei=4952,于是：0.23 ??0.1???68??d?Re???0.1??0.168?0.23?20?4952??=0.04
?PL?u23996.2289?0.20521??d?0.04?0.020?2?125.60Pa i2 ?P2?0Pa
对Ф25mm×2.5mm的管子，有Ft=1.4，且Np=1，Ns=1 ??Pi?(125.60?0)?1.4?1?1?175.84Pa 5.2 计算壳程压降
??P0???P1???P2??FSNS
其中，FS?1.15，NS?1, ?P1??Ff0nc?NB?1??u202
管子为正三角形排列，F?0.5,
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nc?1.1n?1.1?135?13 取折流板间距 h?300mm，则
L3000 NB??1??1?9
h300 壳程流通面积 A0?h?D?ncd0??0.3??0.45?13?0.025??0.0375m2 uS0?VA?0.5261748.15?0.0375?0.0187m/s 0 Re?d0u0??0.025?0.0187?748.150?0.5215?10?3?670.68?500 f0?5.0Re?0.2280?5.0?670.68?0.228?1.13
∴ ?P5?1.13?13??9?1??748.15?0.018721??0.2?7.69pa ?2h??u2?2?0.3?748.15?0.01872 ?P2??NB??3.5?D?0?2?9???3.5?0.45???2?2.55pa ??P0??7.69?2.55??1.15?11.78pa
由以上计算可得，管程和壳程的压降均符合设计要求。
6. 管程和壳程的管口设计
6.1 冷流体进出口接管直径计算
令冷却水的流速u1=1.2mm d4Vs14?8.61?10?31??u?3.14?1.2?1000?96mm，圆整为100mm，
1 则冷流体进出口的直径均为100mm。
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