山东轻工业学院化工原理课程设计列管式换热器设计.doc

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1、 列管式换热器设计说明书目录一、方案简介3二、 方案设计41、 确定设计方案42、 确定物性数据43、 计算总传热系数44、 计算传热面积55、 工艺结构尺寸56、 换热器核算7三、 设计结果一览表10四、 对设计的评述11五、 附图（主体设备设计条件图）（详情参见图纸）六、 参考文献12七、 主要符号说明12附图一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给硝基苯降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器

2、，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。二、方案设计某厂在生产过程中，需将硝基苯液体从93冷却到50。处理能力为1105吨/年。冷却介质采用自来水，入口温度27，出口温度37。要求换热器的管程和壳程的压降不大于10kPa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按300天，每天24小时连续运行）1确定设计方案 （1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：

3、热流体进口温度93，出口温度50冷流体。冷流体进口温度27，出口温度37。从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。（2）流动空间及流速的确定 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷却水走管程，硝基苯走壳程。另外，这样的选择可以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用252.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/。 2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程硝基苯的定性温度为：管程流体的定性温度为： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 硝基苯在71.5下的有关物性数据如下： 密度

4、 o=1154 kg/m3定压比热容 cpo=1.558kJ/(kg)导热系数 o=418.430.910-50.129 W/(m)粘度 o=0. Pas冷却水在32下的物性数据： 密度 i=994.3kg/m3定压比热容 cpi=4.24 kJ/(kg)导热系数 i=0.618 W/(m)粘度 i=0. Pas 3计算总传热系数 （1）热流量 Wo=110510003002413889kg/hQo=Wocpoto=138891.558(93-50)=.7 kJ/h=258.5 kW（2）平均传热温差 （3）冷却水用量 （4）总传热系数K 管程传热系数 壳程传热系数 假设壳程的传热系数o=29

5、0 W/(m2)； 污垢热阻Rsi=0. m2/W , Rso=0. m2/W管壁的导热系数=45 W/(m)4、计算传热面积 考虑 15的面积裕度，S=1.15S=1.1519.24=22.12m25、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速及管长 选用252.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s，选用管长为3m（2）管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 按单程管计算其流速为按单管程设计，流速过小，宜采用多管程结构。则该换热器管程数为 (管程)传热管总根数 N=94 (根)（3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图

6、表。可得平均传热温差（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t=1.25 d0，则 t=1.2525=31.2532(mm)横过管束中心线的管数得到各程之间可排列11支管，即正六边形可排6层。则实际排管数设为102根，其中4根拉杆，则实际换热器为98根（5）壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率0.7，则壳体内径为 圆整可取D400mm （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25，则切去的圆缺高度为h0.25400100mm，故可取h100 mm。 取折流板间距B0.5D，则B0.3400200mm，可取B为

7、200。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=3000/200-1=14(块)折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为 u1.0 m/s，则接管内径为 取标准管径为108 mm11mm。 管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u1.5 m/s，则接管内径为 取76mm6.5mm无缝钢管。6换热器核算 （1）热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 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数分别为 普兰特准数 粘度校正 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数传热系数K传热面积S该换热器的实际传

8、热面积Sp该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re10064.6，传热管相对粗糙度0.01/200.005，查莫狄图得i0.037 W/m， 流速ui0.414m/s，994 .3kg/m3，所以 管程压力降在允许范围之内。壳程压力降流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 壳程压力降也比较适宜。 三、设计结果一览表换热器形式：固定管板式换热面积（m2）:22.2工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水硝基苯操作压力，Pa未知未知操作温度，27/3793

9、/50流量，kg/h21945.313889流体密度，kg/m3994.31154流速，m/s0.4140.191传热量，kW258.5总传热系数，W/m2K347.5传热系数，W/（m2）2402.3866.6污垢系数，m2K/W0.0.阻力降，Pa2185.51800.8程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格252.5管数98管长mm:3000管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm200切口高度25%壳体内径，mm400保温层厚度，mm未知表格 1六、参考文献化工原理，王志魁 编，化学工业出版社，2006.化工设备设计，潘国吕，郭庆丰 编著，清华大学出版社，1996.化工物性算图手册，刘光启等 编著，化学工业出版社，2002.生物工程专业课程设计，尹亮，黄儒强 编.石油化工基础数据手册 化学化工工具书等.七、主要符号说明硝基苯的定性温度T冷却水定性温度t硝基苯密度o冷却水密度i硝基苯定压比热容cpo冷却水定压比热容cpi硝基苯导热系数o冷却水导热系数i硝基苯粘度o冷却水粘度i热流量Wo冷却水流量热负荷Qo平均传热温差总传热系数管程雷诺数温差校正系数管程、壳程传热系数 初算初始传热面积传热管数初算实际传热面积S管程数壳体内径D横过中心线管数折流板间距B管心距t折流板数NB接管内径 管程压力降当量直径壳程压力降面积裕度H表格 2