化工設備基礎課程設計列管式換熱器設計

1、列管式換熱器設計說明書列管式換熱器設計說明書設計者： 班級：姓名 ：學號 ：日期 ： 指導教師 設計成績 日期 目錄一、方案簡介·······································&#

2、183;························32、 方案設計························

3、········································41、 確定設計方案········&#

4、183;·················································&#

5、183;··42、 確定物性數(shù)據(jù)·············································

6、3;···············43、 計算總傳熱系數(shù)·································

7、;··························44、 計算傳熱面積······················&

8、#183;······································55、 工藝結(jié)構(gòu)尺寸·········

9、83;·················································

10、83;·56、 換熱器核算···············································

11、················73、 設計結(jié)果一覽表································&

12、#183;·························104、 對設計的評述······················&#

13、183;·····································115、 附圖（主體設備設計條件圖）（詳情參見圖紙）········

14、·························6、 參考文獻························

15、;········································127、 主要符號說明········

16、··················································

17、··12附圖···············································&#

18、183;··························一、方案簡介本設計任務是利用冷流體（水）給硝基苯降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，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,要遵循經(jīng)濟,傳熱效果優(yōu),方便清洗,復合實際需要等原則。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

19、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)簡單、堅固、制造較容易、處理能力大、適應性大、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計基礎。二、方案設計某廠在生產(chǎn)過程中，需將硝基苯液體從93冷卻到50。處理能力為1×105噸/年。冷卻介質(zhì)采用自來水，入口溫度27，出口溫度37。要求換熱器的管程和殼程的壓降不大于10kPa。試設計能完成上述任務的列管式換熱器。（每年按300天，每天24小時連續(xù)運行）1確定設計方案 （1）選擇換熱器的類型兩流

20、體溫度變化情況：熱流體進口溫度93，出口溫度50冷流體。冷流體進口溫度27，出口溫度37。從兩流體溫度來看，估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會很大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。（2）流動空間及流速的確定 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。另外，這樣的選擇可以使硝基苯通過殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時，在此選擇逆流。選用25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/。 2、確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 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物性數(shù)據(jù)。 硝基苯在71.5

21、下的有關物性數(shù)據(jù)如下： 密度 o=1154 kg/m3定壓比熱容 cpo=1.558kJ/(kg·)導熱系數(shù) o=418.4×30.9×10-50.129 W/(m·)粘度 o=0.000979 Pa·s冷卻水在32下的物性數(shù)據(jù)： 密度 i=994.3kg/m3定壓比熱容 cpi=4.24 kJ/(kg·)導熱系數(shù) i=0.618 W/(m·)粘度 i=0.000818 Pa·s 3計算總傳熱系數(shù) （1）熱流量 Wo=1×105×1000÷300÷2413889kg/hQo=

22、Wocpoto=13889×1.558×(93-50)=930479.7 kJ/h=258.5 kW（2）平均傳熱溫差 （3）冷卻水用量 （4）總傳熱系數(shù)K 管程傳熱系數(shù) 殼程傳熱系數(shù) 假設殼程的傳熱系數(shù)o=290 W/(m2·)； 污垢熱阻Rsi=0.000344 m2·/W , Rso=0.000172 m2·/W管壁的導熱系數(shù)=45 W/(m·)4、計算傳熱面積 考慮 15的面積裕度，S=1.15×S''=1.15×19.24=22.12m25、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速及管長 選用2

23、5×2.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=0.5m/s，選用管長為3m（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 按單程管計算其流速為按單管程設計，流速過小，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。則該換熱器管程數(shù)為 (管程)傳熱管總根數(shù) N=94 (根)（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)應查有關圖表?？傻闷骄鶄鳠釡夭睿?）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=1.25×25=31.2532(mm)橫過管束中心線的管數(shù)得到各程之間可排列11

24、支管，即正六邊形可排6層。則實際排管數(shù)設為102根，其中4根拉桿，則實際換熱器為98根（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D400mm （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，則切去的圓缺高度為h0.25×400100mm，故可取h100 mm。 取折流板間距B0.5D，則B0.3×400200mm，可取B為200。 折流板數(shù) NB=傳熱管長/折流板間距-1=3000/200-1=14(塊)折流板圓缺面水平裝配。 （7）接管 殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)硝基苯流速為 u1.0 m/s，則接管內(nèi)徑為 取標準管徑

25、為108 mm×11mm。 管程流體進出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u1.5 m/s，則接管內(nèi)徑為 取76mm×6.5mm無縫鋼管。6換熱器核算 （1）熱量核算 殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當量直徑，由正三角形排列得 殼程流通截面積 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 普蘭特準數(shù) 粘度校正 管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積管程流體流速 普蘭特準數(shù)傳熱系數(shù)K傳熱面積S該換熱器的實際傳熱面積Sp該換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務。 （2）換熱器內(nèi)流體的壓力降 管程流動阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft

26、=1.5由Re10064.6，傳熱管相對粗糙度0.01/200.005，查莫狄圖得i0.037 W/m·， 流速ui0.414m/s，994 .3kg/m3，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 流體流過折流板缺口的阻力 殼程壓力降也比較適宜。 三、設計結(jié)果一覽表換熱器形式：固定管板式換熱面積（m2）:22.2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，Pa未知未知操作溫度，27/3793/50流量，kg/h21945.313889流體密度，kg/m3994.31154流速，m/s0.4140.191傳熱量，kW258.5總傳熱系數(shù)，W/m2·

27、K347.5傳熱系數(shù)，W/（m2·）2402.3866.6污垢系數(shù)，m2·K/W0.0003440.000172阻力降，Pa2185.51800.8程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格25×2.5管數(shù)98管長mm:3000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，mm400保溫層厚度，mm未知表格 1四、對設計的評述初次接觸化工原理課程設計，還荒謬地以為是像其他課程一樣是實驗類的，聽課的時候也一頭霧水，根本不知道該做什么，該怎么做，無從下手，只是覺得好難。有一段時間都在觀望。所以自己設計的時候只能是根據(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，花了一天時間，終于把計算部分完成了。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