西北大学化工原理课程设计
列管换热器优化设计
一,设计内容
1 根据生产任务的要求确定设计方案 (1)换热器类型的选择 (2)换热器内流体流入空间的选择 2 化工计算 (1)传热面积的计算 (2)管数,管程数及管子排列,管间距的确定 (3)壳体直径及壳体厚度的确定 3 换热器尺寸的确定及有关构件的选择 4 换热器流体阻力的计算及其输送机械的选择 5 绘制流程图及换热器的装配图 6 编写说明书
二,设计要求:
1 在确定设计方案时既要考虑到工艺,操作的要求又要兼顾经济和安全上的要求. 2 在化工计算时要求掌握传热的基本理论,有关公式,要知道查哪些资料,怎样使用算 图以及怎样选择经验公式,并进行优化设计. 3 要求根据国家有关标准来选择换热器的构件 4 要求一部分学生利用计算机来辅助设计及优化设计方案 5 要求必须掌握固定管板式或浮头式列管换热器的设计 要求将某种物性和空气相近的加压气体由 90℃冷却到 40℃.已知气体的流率为 3kg/s,
三,具体条件
以进口温度为 20℃的冷却水作为冷却介质,试根据下述条件设计一列管换热器. 1.换热流程和有关规定 (1)冷却水走壳程,壳程装有弓形折流板; (2)气体走管程,气体压力取为 106Pa; (3) 管子外径d0=25mm,内径 di=20mm,管子中心距t=32mm,等边三角形排列; ( 4 ) 气 侧 污 垢 热 阻 Rsi=0.3 m2℃/kW , 水 侧 污 垢 热 阻 Rso m2℃/kW , 管 壁 导 热 系 数 λw=0.045kW/(m℃).
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2.经济参数 (1)拟用浮头式换热器,换热器的回归系数分别为a=276 ,b=0.8,换热器的压力校正系 数 f1=1,材质校正系数 f2=6.5; (2)换热器的使用年限为 8 年,相应的年折旧率Fc=1/8; (3)冷却水费用(不包括动力费)为 7×10-4元/kg,电费为 0.5 元/(kWh); (4)换热器年工作时间为 7200h/a. 3.流体的物性数据 (1)根据气体的定性温度Tm=(90+40)/2=65℃,查得空气(因为该气体物性与空气相近) 的λi=2.935×10-5 kW/(m℃),cpi=1.009kJ/(kg℃),μi=2.035×10-5Pas,根据气体的定性温度 和压力可确定ρi=10.31kg/m3; (2)水的出口温度在优化计算过程是变化的,因而水的定性温度tm也是不断变化的.编 程时可根据水的定性温度按以下各式求水的物性: ρ0=1005.34-0.32733tm cp0=4.178+1.7603×10-4tm λ0=5.9354×10-4+9.287×10-7tm
μ0 = 1.0 × 10 × 10
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1 1 658.25 273.15 + t 283.16 m
式中
tm——水的定性温度, tm =(t1+t2)/2,℃; ρ0——水的密度,kg/m3; cp0 ——水的比热,kJ/(kg℃); λ0 ——水的导热系数,kW/(m℃); μ0——水的粘度,Pas.
根据优化设计的数学模型,采用复合形法求解.分别按单管程(逆流换热)和双管程(1-2 折流换热)两种情况进行优化设计.
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