挽风听你宁夏大学本科毕业设计 第三章 主要设备设计及选型 第三章 主要设备设计及选型
3.1 第一钛冷却器
3.1.1确定设计方案
从电解槽出来的氯气，一般温度较高，并伴有大量水蒸气及盐雾等杂质。这种湿氯气对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用，只有某些金属材料或非金属材料在一定条件下，才能耐湿氯气的腐蚀。所以决定选用钛材料的列管作换热管，冷却水走壳程，湿氯气走管程，并且采用逆流流向。
氯气进口温度80℃，出口温度46℃；
冷却水进口温度20℃，出口温度30℃。 3.1.2确定物性数据
1.流体平均温度Tm和tm
Tm1＝（Ti＋To）/2＝（80＋46）/2＝63℃ tm1＝（ti＋to）/2＝（20＋30）/2＝25℃ 2.平均温度下的物性数据
表3-1 物性数据
物料 水
项目 密度 粘度 导热系数 比热容
J/(g?℃)
4.1796
单位 g/cm3 pa?s W/(m?℃)
数据 0.99708 0.0008937 0.60825
物料 氯 气
水 蒸 气
密度 粘度 导热系数 比热容
Kcal/(kg?℃)
0.459
Kg/m3 Kgf?s/m2 Kcal/(m?h?℃)
0.1506 1.075×10-6 0.01895
不 凝 气 体
比热容
Kcal/(kg?℃)
0.243
密度 粘度 导热系数
Kg/m3 Kgf?s/m2 W/(m?℃)
1.016 2.059 0.02917
比热容
Cal/(mol?℃)
8.324
项目 密度 粘度 导热系数
单位 Kg/m3 p Kcal/(m?h?℃)
数据 57.84 1516.8×10-7 0.00819
μ平＝1516.8×10－7×0.1×81.53％+1.075×10－6×9.81×17.54％+2.059×10－
6×9.81×0.93％＝14.40×10－6pa?s
ρ平＝57.84×81.53％+0.1506×17.54％+1.016×0.93％＝47.193㎏/m3
宁夏大学本科毕业设计 第三章 主要设备设计及选型 λ平＝0.819×10－2×81.53％+1.895×10－2×17.54％+2.425×10－2×0.93％＝1.02×10－2kcal/(m?h?℃)＝1.186×10－2w/(m?℃)
Cp平＝8.324/1000×71×81.53％+0.459×17.54％+0.243×0.93％＝0.565kcal/(kg?℃)=2.365J/(g?℃) 3.1.3设计计算
1.计算依据：由《氯碱工业理化常数手册》中查知，第一钛冷却器的总传热系数范围在350—550 kcal/(m2??h?℃)，即407.05—639.65 w/(m2?℃) 2.热负荷Q
Q =(532899-117150)×150000/7920 =7874034kJ/h =2187.2kw
3. 假设k=520 w/(m2?℃)
则估算的传热面积为
A=Q/KΔtm (3-1)
其中，Q——换热器热负荷，W
K——总传热系数，W/(m2?℃) Δtm——对数平均温差，℃.
Δtm‘=
?t1??t2 ?t1ln?t2(80?30)?(46?20)
80?30ln46?20＝
＝36.7℃
则由式（3-1）有
A =2187.2×103/(520×36.7) =114.6㎡
考虑10％的面积裕度，则所需传热面积为：
A0 =1.1A =1.1×114.6 ?126㎡
4.选用Φ19.05×2㎜，6m长的Ti－0.3Mo－0.8Ni钛钢管，则所需管数
N=
A0 (3-2) ?dl其中， A0——传热面积，㎡ d——换热管外径，m l——换热管长度，m 。
15
宁夏大学本科毕业设计 第三章 主要设备设计及选型 N =
126
3.14?0.01905??6?0.1?=358根
参考碳钢Φ19排管图, 确定排管总数为360根，Dg 600mm，Ⅵ管程，管子采用三角形排管, 管心距 25㎜ 5.折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去圆缺高度为H＝0.25×600＝150㎜，折流板间距取B=0.8DG＝0.8×600=480㎜，折流板厚度16㎜
折流板数NB=
=
传热管长－1 (3-3)
折流板间距6000－1 480?12块
6. 拉杆
参考《钛制化工设备设计》知，拉杆数量为6，拉杆直径为10㎜ 7. 接管
(1) 壳程流体进出口接管
取接管内流体流速为u1＝2m/s，则接管内径为：
D1=
4V (3-4) ?u其中，V——流体的体积流量，m3/s
u——流体在接管中的流速，m/s。 D1＝
4?9947?150000?7920?3600?997.08?
3.14?2＝0.183m
(2) 管程流体进出口接管
取接管内流体流速为u2＝20 m/s则接管内径为：
D2 =
4V ?u4??874.75?188.153?10??150000?7920?3600?47.193?
3.14?20=
=0.087m
圆整后，取壳程流体进出口接管规格为：Ф273×8㎜，管程流体进出口接管规格为Ф133×6㎜。
宁夏大学本科毕业设计 第三章 主要设备设计及选型 3.1.4第一钛冷却器的核算 1.壳程流体传热膜系数αo 用克恩法计算
αo＝0.36（
??）Re0.55Pr1/3（）0.14 (3-5) de?w 其中，λ——导热系数，W/(m2·℃)，
de——公称直径，m，
Re——雷诺准数，无因次， Pr——普兰特准数，无因次。 (1) 当量直径：
4(32t2??4d2de＝
o)?d o4(3?0.0252?0.785?0.019052＝
2)3.14?0.01905
＝0.017m
其中，t——管间距，m， do——换热管外径，m (2) 壳程流通截面积
So ＝BD(1-dot) ＝0.48×0.6（1－0.01905/0.025） ＝0.07㎡
其中，B——折流板间距，m， D——壳体公称直径，m， (3) 壳程流体流速
uo＝Vs/So ＝9947?150000?7920?3600?997.08?0.07
＝0.750m/s
其中，Vs——流体在壳体的体积流量，m3/h。 (4) 雷诺数
Redo＝euo?? ＝
0.017?0.750?997.080.0008937
17
(3-6) (3-7) (3-8)
(3-9)
宁夏大学本科毕业设计 第三章 主要设备设计及选型 ＝14225
其中，uo——流体在壳程的流速，m/s， ρ——流体密度，kg/m3， μ——流体粘度，pa·s。 (5) 普兰特数
Pr＝＝
cp?? (3-10)
4.1796?0.0008937?1000
0.60825＝6.14
其中，Cp——流体比热，kJ/(kg·℃)。
粘度校正（
?）?1.05，则由式（3-5）得： ?wαo＝0.36×0.60825/0.017×142250.55×6.141/3×1.050.14 ＝4569 W/(m2·℃)
2.管内传热膜系数αi
αi＝0.023
?Re0.8Pr0.3 (3-11) di(1) 管程流体流通截面积
?2NSi＝di
4Np＝0.785×0.015052×360/6 ＝0.011㎡
(2) 管程流体流速
ui=Vs/Si
?874.75?188.153?10??150000?7920?3600?47.193?=
0.011＝10.9m/s
(3) 雷诺数
Rei＝＝
(4) 普兰特数
Pr＝
cp?deui??
0.01505?10.9?47.193
0.00001440＝537623
?
