列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)化工原理課程設(shè)計(jì)實(shí)例

1、列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)者： 班 級(jí)：環(huán)境工程092 姓名 ： # # #學(xué)號(hào) ： #日期 ：2011年6月24日 指導(dǎo)教師 目錄一、方案簡(jiǎn)介32、 方案設(shè)計(jì)41、 確定設(shè)計(jì)方案42、 確定物性數(shù)據(jù)43、 計(jì)算總傳熱系數(shù)44、 計(jì)算傳熱面積55、 工藝結(jié)構(gòu)尺寸56、 換熱器核算73、 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表104、 對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述115、 附圖（主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）（詳情參見(jiàn)圖紙）6、 參考文獻(xiàn)127、 主要符號(hào)說(shuō)明12附圖一、方案簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)任務(wù)是利用冷流體（水）給硝基苯降溫。利用熱傳遞過(guò)程中對(duì)流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產(chǎn)中用到的列管式換熱器.選擇換熱器時(shí),要遵循經(jīng)濟(jì),

2、傳熱效果優(yōu),方便清洗,復(fù)合實(shí)際需要等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場(chǎng)合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)任務(wù)要求：將硝基苯液體從130冷卻到35。處理能力為16105噸/年。冷卻介質(zhì)采用水，入口溫度28。要求換熱器的管程和殼程的壓降不大于100kpa。試設(shè)計(jì)能完成上述任務(wù)的列管式換熱器。（每年按365天，每天2

3、4小時(shí)連續(xù)運(yùn)行）1確定設(shè)計(jì)方案 （1）選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體（硝基苯）進(jìn)口溫度135，出口溫度35冷流體。冷流體（冷卻水）進(jìn)口溫度28，假設(shè)值出口溫度38。從兩流體溫差為t-t=49.5（50），因此初步確定選用固定管板式換熱器。（2）流動(dòng)空間及流速的確定 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，硝基苯走殼程。同時(shí)，在此選擇逆流。選用252.5的碳鋼管，管內(nèi)流速假設(shè)選取ui=0.79m/。 2、確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 殼程硝基苯的定性溫度為：管程流體的定性溫度為： 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 冷卻水在20與40時(shí)定壓

4、比熱容cp、導(dǎo)熱系數(shù)、黏度分別為：20：998.2kg/m3 4174kj/(kg) 61.8w/(m)0.001004pas 40：992.2kg/m3 4.174kj/(kg) 0.635w/(m) 0.000653pas冷卻水在33下的物性數(shù)據(jù)： 密度 o=20 -(33-20)（20 -40）/（40-20）=94.65kg/m3定壓比熱容 cpo= cp 20 -(33-20)（cp 20 - cp 40）/（40-20）= 4.174 kj/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) o=20-(33-20)（20 - 40）/（40-20）= 0.6231 w/(m)黏度 o=20-(33-20)（20

5、- 40）/（40-20）=0.000757 pas查物性手冊(cè)德硝基苯在80、90時(shí)相關(guān)數(shù)，據(jù)根插值法可得硝基苯在82.5下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 i=1141.5 kg/m39定壓比熱容 cpi=1.710kj/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) i=0.125 w/(m)黏度 i=0.00075 pas 3計(jì)算總傳熱系數(shù) （1）熱流量 硝基苯質(zhì)量流量：wo=1610510003652436005.074kg/s熱負(fù)荷：qo=wocpoto=61.731710(130-35)= 694063.93w（2）逆流平均傳熱溫差 （3）冷卻水用量 /s（4）初步計(jì)算總傳熱系數(shù)k 管程傳熱系數(shù) 管程雷諾數(shù)20760.

6、2殼程傳熱系數(shù) 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)o=533w/(m2)； 污垢熱阻rsi=0.000176 m2/w , rso=0.000172 m2/w由查表并換算得82.5管壁的導(dǎo)熱系數(shù)：=42w/(m)初算總傳熱系數(shù)：4、估算傳熱面積 考慮 15的面積裕度s=1.15s=55.3519.24=63.65m25、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速及管長(zhǎng) 選用252.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=0.79m/s，選用管長(zhǎng)為6m（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定dan程傳熱管數(shù) 按單程管計(jì)算其流速為l=s/3.14du=63.653/3.14/0.02/0.79=11.924m該換熱器管

7、程數(shù)為 (管程)傳熱管總根數(shù) n1=682=136 (根)弓形部分管子數(shù)24，拉桿數(shù)4實(shí)際總管數(shù)為n=n1+24-4=156（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表。可得平均傳熱溫差（4）傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，則 t=1.2525=31.2532(mm)橫過(guò)管束中心線的管數(shù) （5）殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率0.7，則殼體內(nèi)徑為 圓整可取d600mm （6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25，則切去的圓缺高

8、度為h0.25600150mm，故可取h150 mm。 取折流板間距b0.3d，則b0.3600180mm，可取b為200mm。 折流板數(shù) nb=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距-1=6000/200-1=29(塊)折流板圓缺面水平裝配。 （7）接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)硝基苯流速為 u1.0 m/s（假設(shè)值），則接管內(nèi)徑為 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 mm mm。 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u1.5 m/s（假設(shè)值），則接管內(nèi)徑為 取 mm mm無(wú)縫鋼管。6換熱器核算 （1）熱量核算 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 殼程流通截面積 殼程流體流速及其雷

9、諾數(shù)分別為 粘度校正 管程對(duì)流傳熱系數(shù) 管程流通截面積管程流體流速 普蘭特準(zhǔn)數(shù)傳熱系數(shù)k總傳熱系數(shù)偏差值w=k-k1/k=(376.49-375.8)/376.49=0.018%（符合總傳熱系數(shù)偏差2%以內(nèi)要求）傳熱面積s該換熱器的實(shí)際傳熱面積sp該換熱器的面積裕度為 (符合裕度030%的要求)傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 （2）換熱器內(nèi)流體的壓力降 管程流動(dòng)阻力 pi=(p1+p2)ftnsnpns=1, np=2, ft=1.4由re20574.043，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01/200.005，查莫狄圖得i0.025 w/m， 流速ui0.414m/s，994 .3kg/m

10、3，所以 管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。殼程壓力降流體流經(jīng)管束的阻力 流體流過(guò)折流板缺口的阻力 殼程壓力降也比較適宜。 三、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表?yè)Q熱器形式：固定管板式換熱面積（m2）:72.74工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱冷卻水硝基苯操作壓力，pa30kpa100kpa操作溫度，進(jìn)28出38進(jìn)130出35流量，kg/h21945.313889流體密度，kg/m3994.651141.5流速，m/s0.7830.169傳熱量，kw694.064總傳熱系數(shù)，w/m2k376.49傳熱系數(shù)，w/（m2）3877.0533.12污垢系數(shù)，m2k/w0.0001760.000172阻力降，pa12036.3262

11、2.07程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格252.5管數(shù)156管長(zhǎng)mm:6000管間距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距，mm200切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm600保溫層厚度，mm未知表格 1四、對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述初次接觸化工原理課程設(shè)計(jì)，還荒謬地以為是像其他課程一樣是實(shí)驗(yàn)類的，聽(tīng)課的時(shí)候也一頭霧水，根本不知道該做什么，該怎么做，無(wú)從下手，只是覺(jué)得好難。有一段時(shí)間都在觀望。所以自己設(shè)計(jì)的時(shí)候只能是根據(jù)老師提供的模板，用新的數(shù)據(jù)代替舊的數(shù)據(jù)，其他的公式完全照抄，花了一天時(shí)間，終于把計(jì)算部分完成了。裕度15，在合理范圍內(nèi)，但是，一看壓力降，徹底崩潰了，12多千帕，天啊，完全不合理。再細(xì)看模

12、板和自己的設(shè)計(jì)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，我的設(shè)計(jì)根本是行不同，果真用這設(shè)計(jì)的話，也是謀財(cái)害命。所以我決定重新來(lái)過(guò)。這時(shí)離交作業(yè)還有三天，做出來(lái)的裕度居然一直都在50以上，重新分析計(jì)算的過(guò)程中也出現(xiàn)了幾次錯(cuò)誤，由于急于求成，算出來(lái)后的結(jié)果偏離太多，檢查才發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，而且老師給的模板里面也有一些錯(cuò)誤，這樣照搬下去的一些公式就除了問(wèn)題了，只好靜下來(lái)認(rèn)真地理解和消化原有的一些公式，這樣又一次重新算過(guò)。因此，有花了一天的時(shí)間在計(jì)算上。那么接下來(lái)就是畫(huà)圖了，由于學(xué)過(guò)機(jī)械制圖，以為畫(huà)圖比較簡(jiǎn)單，5個(gè)小時(shí)左右可以完成，誰(shuí)知道，畫(huà)圖更難，這主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，沒(méi)有兼顧考慮到畫(huà)圖，因此設(shè)計(jì)出來(lái)的管數(shù)

13、很難安排，冥思苦想了好久，換了好多方案，查了好多資料，換了多種排列方法，還是行不通。最終，只好把管數(shù)安排成易于排列的數(shù)目，才解決了這個(gè)問(wèn)題。其實(shí)，在整個(gè)過(guò)程中，雖然遇到了很多問(wèn)題，也犯了不少錯(cuò)誤，但是自己真的學(xué)到了很多東西，比如word文檔公式的運(yùn)用，比如如何使自己的設(shè)計(jì)更加合理，這就要求自己在設(shè)計(jì)前要詳細(xì)的考慮各種可能出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法，才能達(dá)到事半功倍的效果。我覺(jué)得，如何查找數(shù)據(jù)也很重要，假如自己查不到數(shù)據(jù)，接下來(lái)的工作完全沒(méi)辦法做，假如查的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，那設(shè)計(jì)出來(lái)的東西也是錯(cuò)誤的，而且很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。六、參考文獻(xiàn)化工原理，王志魁 編，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.化工設(shè)備設(shè)計(jì)，潘國(guó)呂，郭慶豐 編著，清華大學(xué)出版社，1996.化工物性算圖手冊(cè)，劉光啟等 編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.生物工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)，尹亮，黃儒強(qiáng) 編.石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) 化學(xué)化工工具書(shū)等.七、主要