课程设计-列管式换热器设计(共14页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上设计（论文）题目： 列管式换热器的设计 专心-专注-专业目 录1 前 言32 设计任务及操作条件33 列管式换热器的工艺设计33.1换热器设计方案的确定33.2 物性数据的确定43.3 平均温差的计算43.4 传热总系数的确定43.5 传热面积A的确定63.6 主要工艺尺寸的确定63.6.1 管子的选用63.6.2 管子总数n和管程数Np的确定63.6.3 校核平均温度差Dtm及壳程数Ns73.6.4 传热管排列和分程方法73.6.5 壳体内径73.6.6 折流板73.7 核算换热器传热能力及流体阻力73.7.1 热量核算73.7.2 换热器压降校核94 列管式换热器

2、机械设计104.1 壳体壁厚的计算104.2 换热器封头选择104.3 其他部件115 课程设计评价115.1 可靠性评价115.2 个人感想116 参考文献11附表 换热器主要结构尺寸和计算结果121 前 言换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。列管式换热器工业上使用最广泛

3、的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。 列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器等。设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，然后进行机械设计。2 设计任务及操作条件2.1 设计题目：用水冷却甲苯的列管式换热器设计2.2 设计任务

4、及操作条件某生产过程中，用循环冷却水冷却柴油。1、甲苯入口温度： 80 ，出口温度： 50 2、甲苯流量： 33125 kg/h，压力： 0.40.6 MPa 3、循环冷却水压力： 0.40.6 MPa，入口温度： 30 ，出口温度： 40 已知甲苯的有关物性数据：密度1=867kg/m3；定压热比容cp，1=1.85kJ/(kg)；热导率1=0.126W/(m)；黏度1=3.7510-4 Pas3 列管式换热器的工艺设计3.1 换热器设计方案的确定甲苯入口温度80，出口温度50，冷却水入口温度30，出口温度40。壳体和管束壁温差较大，且考虑到冷却水易结垢，需要清洗，故选用浮头式换热器。冷却水

5、走管程，甲苯走壳程。因逆流时的平均温度差最小，传热推动力大，可节省冷却介质的用量，操作无特殊要求，故流动方式选逆流。选用252.5的碳钢管，管内流速设为ui=1.5m/s。3.2 物性数据的确定定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程甲苯的定性温度：管程冷却水的定性温度：壳程甲苯65物性数据：密度 1=867kg/m3；定压热比容 cp，1=1.85kJ/(kg)；热导率 1=0.126W/(m)；黏度 1=3.7510-4 Pas管程冷却水35时物性数据：查化工原理附表可知密度 2=994.3kg/m3；定压热比容 cp，2=4.174kJ/(kg)；热导率 2=0.62W/(m)；黏度 2

6、=7.4310-4 Pas3.3 平均温差的计算 1、对于逆流换热过程，其平均温差可按式（31）进行计算： （31）式中，t1、t2分别为大端温差与小端温差。当t1/t22时，可用算术平均值： t1=80-40=40 t2=50-30=20 t1/t2=23.4 传热总系数的确定用式（32）进行值核算。 （32） 式中：a给热系数，W/m2； R污垢热阻，m2W； 管壁厚度，mm； 管壁导热系数，W/m；下标、分别表示管内、管外和平均。A0=d02=252=490.63mm2Ai=di2=202=314.16mm2mm2查化工原理附表可知Rsi=5.1610-4 m2/WRso=1.7210-

7、4 m2/W=50 W/m管程Re=40146.6管程传热系数ai可由公式（33)计算 ai=0.8n （33)冷却水被加热，取n=0.4ai=0.02340146.60.80.4=412.6W/（m2）假设取壳程传热系数为600W/（m2）用公式（34）对K计算 （34）式中：a给热系数，W/m2.； R污垢热阻，m2.W； 管壁厚度，mm； 管壁导热系数，W/m.；下标、分别表示管内、管外和平均。 =179.5W/m2.3.5 传热面积A的确定换热器的传热量Q=Whcph(T1-T2)=331251.85(80-50)=1.84106kJ/h=511kwm2考虑15%的面积裕度，A=1.1

8、598.68=113.48m23.6 主要工艺尺寸的确定3.6.1 管子的选用选用252.5传热管（碳钢），取管内流速ui=1.5m/s3.6.2 管子总数n和管程数Np的确定先按单管程计算单程传热管数ns，由式（35）进行计算。 （35） 式中Vs管程流体体积流量，m3/s； di管子内径，m； u管内适宜流速，m/s。 冷却水用量 按单程管计算，所需的传热管长度 管长l过长则采用多管程，此时管长一般多选6m（L=6m）。该换热器管程数为传热管总根数n=nsNp=279=243(根）3.6.3 校核平均温度差Dtm及壳程数NsP=R=按单壳程多管程（Np）查图得jt=0.93 ，jt0.8

9、符合要求=0.9328.85=26.833.6.4 传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距，则t=1.2525=31.25mm横过管束中心线的管数nc=1.19(根）3.6.5 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径圆整可取3.6.6 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，则切去的圆缺高度为取折流板间距，则取B=300mm折流板圆缺水平装配。3.7 核算换热器传热能力及流体阻力3.7.1 热量核算(1) 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采取克恩公式当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积壳程流体流速及其雷诺

10、数分别为普兰特准数粘度校正=1.035(2） 管程传热系数管程Re=40146.7管程传热系数ai可由公式（36)计算 ai=0.8n （36)冷却水被加热，取n=0.4ai=0.02340146.70.80.4=412.57W/（m2）管程流体流通截面积：=m2(3) 传热面积校核计算传热面积A：=98.68m2实际传热面积A：=105.5m2A/A=105.5/98.68=1.07 换热器设计合理3.7.2 换热器压降校核(1）管程阻力 传热管相对粗糙度查莫狄图得，流速，所以管程流动阻力在允许范围之内。（2） 壳程阻力 流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力总阻力壳程流动阻力也比较合

11、适。4 列管式换热器机械设计4.1 壳体壁厚的计算 以公式（41）计算壁厚 （41）式中 P设计压力（表压)， MPa； D壳体内径，mm； 焊缝系数； t壳体材质在设计温度时的许用应力，MPa。 取P=0.101MPa D=700mm 采用双面焊的对接接头局部无损检测，=0.85按标准GB 912 选材用Q235-B碳素钢，100时，查化工原理下册附录9，取t=113 MPa查化工原理下册P97 表4-9取C1=0.25mm C2=2mmC=C1+C2=2.25mm圆整后取=3.0mm，符合材料的最小厚度。4.2 换热器封头选择根据标准JB/T 4746-2002，选择标准椭圆封头。封头厚度

12、为取圆整值2.0mm。4.3 其他部件为固定折流板，需要设拉杆和定距管。换热器壳体直径为700mm时，拉杆数可取4，其直径是10mm。定距管直径一般与换热器尺寸相同，即700mm。5 课程设计评价可靠性评价 此次课程设计按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。同学之间相互联系，讨论，整体设计基本满足使用要求，但是在设计指导过程中也发现一些问题。理论的数据计算不难，困难就在于实际选材，附件选择等实际问题。这些方面都应在以后的学习中得以加强与改进。个人感想第一次做课程设计，刚开始我脑袋里都是大问号，不知从何下手，如何动手。还记得老师宣布课程设计做换热器时，同学们面面相觑的表情。是啊，都没见过实

13、体，刚学了理论就直接上战场了。还好有老师的悉心指导和同学的热情帮助，我们按课程设计步骤一步步做了起来。前三天，我拿着计算器在寝室里算数据，从吃完早餐开始，到快晚查房了结束。一遍遍的核查、重设数字、运算，直到最终修正出一个范围内合理的结果。接着，用之前算出的数据，准备画图了。按课程设计要求，图得作在标准绘图纸上。这时，大家都犯难了，由于CAD是大二学的，经过1年的洗礼，基本都把CAD忘光了！现在我们都是大学生了，自学能力多少都有些吧。先在网上下了个CAD，开始摸所起来。经过几天的拼凑，终于把CAD搞定！从这次的课程设计中我学习了很多，发现学校学的东西都是基础，我们以后还要在这些基础上不断前进！6

14、 参考文献1夏清，陈常贵.化工原理.天津：天津大学出版社，2007.2刁玉玮，王立业，喻健良.化工设备机械基础.大连：大连理工大学出版社，2006.3孙培先.画法几何与工程制图.北京：机械工业出版社，2004.参数管程壳程流量/(kg/h)6743.733125进（出）口温度/30（40）80（50）压力/MPa0.40.60.40.6物性定性温度/3565密度/(kg/m3)994.3867定压比热容/kJ/(kg4.1741.85黏度/Pas7.4310-43.7510-4热导率/W/(m0.620.126设备结构参数型式浮头式列管换热器壳程数1壳体内径/mm700台数1管径/mm252.5管心距/mm32管长/mm6000管子排列正三角形管数目/根243折流板数/个110传热面积/m2105.5折流板间距/mm300管程数9材质Q235-B碳素钢主要计算结果管程壳程流速/(m/s)0.930.247表面传热系数/W/(m2412655污垢热阻/(m2/W)5.1610-41.7210-4阻力/MPa0.410.316热流量/kW511传热温差/28.85传热系数/W/(m2180裕度/%0.3