内蒙古工业大学本科毕业设计说明书
冷却水用量为W水
?2342?14003??1046.75??2342?14003??2.68?23?225.2t/h W水?4.187?1000?20精馏工段总蒸汽消耗为W蒸，总冷却水消耗为W冷却水。 W蒸=4.160+9.076=13.24t/h
W冷却水=88.73+266.5+5.281+225.2=585.7t/h
第四章 水冷器的设备选型计算
4.1 水冷器的选型计算
水冷器中冷却水带走的热量Q冷却水=3.050×107kJ/h，气体的体积流量为
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1.482×105m3/h，Vs=41.17m3/s 。
?tm的计算
合成气140→40 ?t1=40-15=25℃ 水 35←15 ?t2=140-35=105℃
?t??t1105?25?tm?2??55.75℃
?t2105lnln25?t1流流体中心温度为T内、T外。
T内=（15+35）/2=25℃ T外=（140+40）/2=90℃
选用光滑型套管式换热器，用外径为219mm。壁厚ts为6mm的无缝钢管做内管，用外径为480mm，壁厚为10mm的无缝钢管做外管。管内侧界膜导热系数hi，内管面积为Si,管内流速为ui环形侧界膜导热系数ho
?3.14Si=Di?(0.219?2?0.06)?0.03364m2
443.642?105ui??3.007m/s
3600?0.03364?1000根据公式 hi=3373×（1+0.014×t）ui0.85
hi=3373×（1+0.014×25）3.0070.85=11608W/㎡·℃
4W4?56804G???4.429?105kg/m2?h 22?(D2?D1)3.14?(0.46?0.219)当量直径De=D2-D1=0.46-0.219=0.241m
在90℃下，混合物的粘度为?=6.674×10-5pa·s=0.2393kg/m·h
DeG0.241?4.429?105Re???4.460?105?10000
?0.2393ho=0.023k/De(DeG/?)0.8(Cp?/k)0.4(D2/D1)0.45 k为流体的导热系数k=0.07506W/m·℃ Cp微流体的比热=8.352kJ/㎡·℃
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ho=0.023×0.07506/0.241×(4.460×105)0.8×(8.532×0.2393/0.07506)0.4×(0.46/0.219)0.45=1240W/·m2·℃
管内测污垢系数ri=17197×10-4·m2℃/W,外侧污垢系数ro=8.598×10-5 m2·℃/W。金属热阻 ?=68.73 W/m·℃，传热面积S。
总传热系数为U
1/U=1/ho+Rso+bdo/kdm+Rsido/di+do/hidi
1/U=1/1240+8.59810-5+8.975×10-5+1.7197×10-4×0.219/0.217+0.219/11608×0.207
U=796.8W/m·℃
Q=3.050×107/3600=8472kW
Q8.472?106S???190.2m2
K?Tm796.8?55.95每米内管的外表面积为S外 S外=?D1L=3.14×0.219×1=0.6877m2 则所需的有效长度为L1 L1=S/S外=190.2/0.6877=276.3m
4.2 水冷器的压力核算
管壁温度为tw
tw?tc?tw?25?ho(Tc?tc) （4-1）
hiD2D1?ho1240?(90?25)?31.6℃
11608?0.2070.219?124031.6℃时的混合物粘度?w=9.832×10-4 Pa·s,冷却水粘度?水=8.005×10-4Pa·s,环形侧压力损失?Po。
f=0.076Re-0.25=0.076×(4.460×105)-0.25=0.002941
4fG2L?w0.14
（4-2） ?Pf???()2gc?De?33
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4?0.002941?(4.429?105)2109.832?10?40.14?Pf???()?10183Pa 8?40.2416.674?102?1.27?10?0.3833G2 （4-3） ?Pf?2gc?(4.429?105)2?Pf??25104Pa 82?1.27?10?0.3833?Po?(?Pf??PR)?N
?Po??2?10183?25104??28?1.273?106Pa
管内测压力损失，全弯头的曲率半径R=0.45m，则R/Di=0.45/0.207=2.174,查得a=9.8。
Le=2aD1=2×9.8×0.219=4.291m
Lt= (2×L+Le)N=(2×10+4.292×)28=680.2m
ws4?3.642?105质量流速ub???9.444m/s 2?A1000?(0.207)?3600Re?dub???0.207?9.444?10006?2.178?10 ?48.973?10查得f=0.0036
4fG2Lt??w???Pt?????2gc?Di????0.14 （4-4）
4?0.0036?(1.117?107)2?680.28.005?10?40.145?Pt??()?2.244?10Pa 8?42?1.27?10?1000?0.2078.973?10 压力损失在允许的范围内，可以使用。
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