水冷卻異丙苯換熱器的設計-化工原理課程設計 精品

成績課程計報題

目

水冷卻異丙苯換熱器的設計課程名稱

化工原理課程設計專

業(yè)

制藥工程班

級11制二班設計地點

東南大學成賢學院設計起止時間：2013年月2日至年913課程設計任務設計題目：

水冷卻異苯換熱器的計一、

設計條件處理能力設備型式操作條件

萬噸/列管式換熱器、

．異丙：入口溫度℃，出口溫度為℃．冷介質：自來水，入口溫度℃，出口溫℃．允許強降：不大于×．每按天，每天24小時連續(xù)運行設計項目a設計案簡介：對確定的工藝流程及換熱型式進行簡要論述。．換器的工藝計：確定換熱器的傳熱面積。．換熱的主要結構尺寸設計．主輔助設備選型。．繪制熱器總裝配圖。二設說書內目錄；設計題目及原始數據任務書；論述換熱器總體結構換熱器型式、主要結)的選擇；換熱器加熱過程有關計算(物料衡算、熱量衡算、熱面積、換熱管型號、殼體直徑等)；設計結果概(主要設備尺寸、衡算結果；主體設備設計計算及說明；一緒論

目錄..........................................................................................................................................4概論......................................................................................................................................4換熱器選型..........................................................................................................................固定管板式換熱器.浮頭式換熱器.5U型管換熱器.填料函式換熱器.二確定設計方三確定物性參

........................................................................................................................7........................................................................................................................71.定性溫度及物理特性.7四估算傳熱面

........................................................................................................................8熱流量..................................................................................................................................8冷卻水流量..........................................................................................................................計算平均傳熱溫差...............................................................................................................9估算總傳熱系數K五工藝結構尺

......................................................................................................................10管徑和管內流速10單程傳熱管數及總管數管的排列及分程11殼體內徑.折流擋板.六核算總對流熱系數

12核算管程對流傳熱數12核算殼程對流傳熱數13污垢熱阻.總傳熱系數........................................................................................................................傳熱面積.換熱器內流體的流動阻力15管程壓降.................................................................................................................殼程壓降.................................................................................................................七附件

接管....................................................................................................................................拉桿....................................................................................................................................八數據匯總

...............................................................................................................................181.換熱器主要結構尺寸和計算結18九附圖

chemCAD運圖.20AudoCAD排圖.22換熱器規(guī)格圖.十參考文獻

...............................................................................................................................23十一結致謝

..........................................................................................................................24化工原理課程設計沈xx06211xxx一緒論1.概論換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設備，在生產中占有重要地位。由于生產規(guī)模、物料的性質、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點，性能各異。在換熱器設計中首先應該根據工藝要求選擇適合的類型，然后計算換熱器所需傳熱面積，并確定換熱管的結構尺寸。2.換熱器選型在化工生產中，經常要求在各種不同的條件下進行熱交換，因此對各種換熱器的要求必然是多種多樣的。而每種類型的換熱器都有其優(yōu)缺點，選擇時考慮的因素很多，例如材料、壓強、溫度、溫度差、壓強降、流動狀態(tài)、傳熱效果、結垢腐蝕情況、檢修和操作等。（1）固定管板式換器管殼式換熱器主要是由殼體、管束、管板、管箱及折流板等組成，管束和管板是剛性連接在一起的。所謂“固定管板”是指管板和殼體之間也是剛性連接在一起，相互之間無相對移動，具體結構如圖所示。這種換熱器結構簡單、制造方便、造價較低；在相同直徑的殼體內可排列較多的換熱管，而且每根換熱管都可單獨進行更換和管內清洗；但管外壁清洗較困難。當兩種流體的溫差較大時，會在殼壁和管壁中產生溫差應力，一般當溫差大于50℃時就應考慮在殼體上設置膨脹節(jié)以減小或消除溫差應力。固定管板式換熱器適用于殼程流體清潔，不易結垢，管程常要清洗，冷熱流體溫差不太大的場合。4化工原理課程設計沈xx06211xxx（2）頭式換熱器浮頭式換熱器的一端管板是固定的與殼體剛性連接另一端管板是活動的與殼體之間并不相連，其結構如圖所示?；顒庸馨逡粋瓤偡Q為浮頭，浮頭的具體結構如圖5-3所示浮頭式換熱器的管束可從殼體中抽出故管外壁清洗方便管束可在殼體中自由伸縮，所以無溫差應力；但結構復雜、造價高，浮頭處若密封不嚴會造成兩種流體混合且不易察覺。浮頭式換熱器適用于冷熱流體溫差較大質易結垢常需要清洗的場合在化工生產中使用的各類管殼式換熱器中浮頭式最多。（3）型管式換熱器U形管式換熱器不同于固定管板式和浮頭式，只有一塊管板，換熱管作成字形、兩端都固定在同一塊管板上；管板和殼體之間通過螺栓固定在一起，其結構如圖所示。這種換熱器結構簡單、造價低，管束可在殼體內自由伸縮，無溫差應力，也可將管束5化工原理課程設計沈xx06211xxx抽出清洗且還節(jié)省了一塊管板；但U形管管內清洗困難且管子更換也不方便，由于U形彎管半徑不能太小，故與其他管殼式換熱器相比布管較少，結構不夠緊湊。U形管式換熱器適用于冷熱流體溫差較大、管內走清潔不結垢的高溫、高壓、腐蝕性較大的流體的場合。（4）料函式換熱器填料函式換熱器與浮頭式很相似，只是浮動管板一端與殼體之間采用填料函密封，如圖所示。這種換熱器管束也可自由伸縮、無溫差應力，具有浮頭式的優(yōu)點且結構簡單、制造方便、易于檢修清洗，特別是對腐蝕嚴重、溫差較大而經常要更換管束的冷卻器，采用填料函式比浮頭式和固定管板式更為優(yōu)越；但由于填料密封性所限，不適用于殼程流體易揮發(fā)、易燃、易爆及有毒的情況。目前所使用的填料函式換熱器直徑大多在以下，大直徑用得很少，尤其在操作壓力及溫度較高的條件下采用更少。6二

化工原理課程設計沈xx06211xxx確定設計方案由于循環(huán)冷卻水容易結垢，為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，異丙苯走殼程。選用較小直徑的管子，可以提高流體的對流給熱系數，并使單位體積設備中的傳熱面積增大，設備較緊湊，單位傳熱面積的金屬耗量少，但小管子易結垢，不易清洗，可用于較清潔流體。大管徑的管子用于粘性較大或易結垢的流體。我國列管式換熱器常采用無縫鋼管，規(guī)格為外徑×壁厚，常用的換熱管的規(guī)格：φ×，φ25×2.5，38×3。在此項目設計中選擇換熱管的規(guī)格為25×2.5碳鋼管三．確定物性數1.定性溫度異丙苯：

c冷卻水：

202

30c7化工原理課程設計沈xx06211xxx2.物性參數溫度

密度

比熱Cp

導熱系數

黏度C

kg/

kJ

m

C）

異丙苯85.5

806.55

1.99

0.110560.0003877冷卻水30

995.7

4.174

四．估算傳熱積1.熱流量QC()

7330

1.99(12051)kJ/hkW2.冷卻水流量

Q(t)pc

1.0584.17420)

kg/h8化工原理課程設計沈xx06211xxx3.計算平均傳熱溫

（以逆流算）異丙苯冷卻水溫差

入口120℃20℃100℃

出口51℃40℃11℃

t

))21211逆Tlnln22T1140)(5151.6912040ln51120R13.45t21tp1T1202019估估化工原理課程設計沈xx06211xxx查表得溫度校正系數為

0.9

.8校正后的溫度為

51.6946.52選用單殼程的列管式換熱器4.估算總傳系數K設

設Q126.3mm

五．工藝結構寸1.管徑和管內流速

假為

10化工原理課程設計沈xx06211xxx2.單程傳熱管數

v

3600)

3.按單程換熱計算束長度L

Sns

d

126.30.025

按單管程設計，傳熱管過長，現取傳熱管l6m，則該換熱器的管程數為：L=l4.傳熱管總根數為T5.管的排列

t1.25d

t1.2532mm6.橫過管束中心線管數N18.27根)m11化工原理課程設計沈xx06211xxx7.殼體內徑取管板利用率

D

n

276700mm0.7l8.57700

所以換熱器平放8.折流擋板采用弓形折流（水平圓缺弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的，則切去的圓缺高度為0.25取折流板間距

BB700300mm折流板數

NB

六．核算總對傳熱系數（1核算管程對流熱數管程流通截面積i

2n0.020

212ii化工原理課程設計沈xx06211xxx流速ui

1.27

995.7)

值i

管程普朗特系數i

4174

管程對流傳熱系數0.023i0.80.4di6708.6（2核算殼程對流熱數當量直徑

由正三角排列得

4t240.03220.025222413

0.020doo1oerdoo1oer化工原理課程設計沈xx06211xxx殼程流通截面積0.025S2t0.032流速

/(3300.0459375

0.58m/s值

0.02

殼程普朗特系數Pr殼程對流傳熱系數0.360.5530.3624132.0978.55

0.55

（3污垢熱阻根據化工原理附錄，可取14siso計siso計化工原理課程設計沈xx06211xxx管外側自來水的污垢熱阻

2i管內側異丙苯的污垢熱阻

0.00018m

（4總傳熱系數

1dd1oodiiim10.0250.0250.0250.000210.000180.0200.02978.55K584計==1.168K500估（5傳熱面積

（1.15~1.25）Q2938.93Am46.52

Al3.140.025130m實o實=1.19108.2計（6.換熱器內流體的流動阻力管程壓降

Ni2t

s15oDoD化工原理課程設計沈xx06211xxx取換熱管的管壁粗糙度為0.1mm，

d

=Re1i

L2i0.02285170.022i

1.61i2

Pa

25

F且NpNi1tp3871.469375Pa殼程壓降)FsNso21.15,Re0.5009f0.228ou(N1c

0.5B)

0.58

2

12910.70.30.58(3.5)0.7)2

6812.2Pa(12910.7Pa

Pa16化工原理課程設計沈xx06211xxx七．附件（1接管1.管程流體進出口接管：取接管內異丙苯流速為接管內徑為

ud

v4995.7)3.14

取標準管徑為

200mm2.殼程流體進出口接管：取接管內循環(huán)水流速為接管內徑為

0.58m/s

4v7806.55)

取標準管徑為

300mm（2拉桿查表得，拉桿直徑最小拉桿數6。17322222322222化工原理課程設計沈xx06211xxx八數匯1.換熱器主要結構寸和計算結果參數流率kg/h)進口溫度℃出口溫度℃壓力物定性溫度℃性密度/（kg/m）參數定壓比熱容（?℃）]粘度/（Pa?s熱導率（W/m℃）普朗特數設形式備殼體內徑結管徑/mm構參管長/mm數管數/根傳熱面積管程數圓缺高度接管/mm

管程0.18015浮頭式

殼程77020.20.138770.11056殼程數臺數管心距mm管子排列折流板數個折流板間距材質拉桿直徑及數量

三角形碳鋼主要計算結果流速（）表面?zhèn)鳠嵯?（?℃）]污垢熱阻（℃/W

管程

殼程管壁熱阻（

?℃/W）

阻力熱流量KW溫度校正系數傳熱溫差℃總傳熱系數k（?℃]o

86.7199

22.6813．18化工原理課程設計沈xx06211xxx2.報告中符號及意字母T12t1

意義熱流體進口溫度熱流體出口溫度冷流體進口溫度

單位℃℃℃t2

冷流體出口溫度密度

℃kg

3

p

定壓比熱容

kJ

粘度

N

2whwc

導熱系數熱流量熱流體的質量流量冷流體的質量流量按逆流情況求得的對數平均溫差溫度校正系數平均傳熱溫差傳熱面積

wkJkg℃℃m2

流體的流量

m

3

hd

ip

管子內徑管程數

mLlNDtNsNBs0si

按單程計算的管長選定的每程管長換熱器的總根數殼體內徑管心距殼程數折流板數折流板間距當量直徑殼體流通截面積管程流通截面積19

mm2m2ttu0uiRePr0iRsiRs

殼體流體流速管程流體流速雷諾系數普朗特數殼程對流傳熱系數管程對流傳熱系數冷卻水的污垢熱阻異丙苯的污垢熱阻管壁的熱導率管壁的厚度

化工原理課程設計沈xx06211xxxsmwwmmwmww

i

管程總壓力降

Pa12FFsFf0Nc

0

單程直管阻力單程局部阻力污垢校正系數殼程總壓力降流體流過管束的壓力降流體流過折流板缺口的壓力降結垢校正系數管子排列方式對壓力降的校正因數殼程流體的摩擦系數橫過管束中心線管子數九附圖

PaPaPa1.chemCAD運圖TABULATEDANALYSIS------------------OverallData:AreaTotalm2130.06%Excess25.83AreaRequiredm291.44UCalc.W/m2-K586.3720化工原理課程設計沈xx06211xxxAreaEffectivem2115.06UServiceW/m2-K466.02AreaPerShellm2115.06HeatDutyMJ/h9.98E+003WeightLMTDC51.69LMTDCORRFactor1.0000CORRLMTDC51.69ShellsideData:CrossflowVel.m/sec1.0E+000EndZoneVel.7.4E-001WindowVel.2.6E-001FilmCoef.W/m2-K978.55Reynold's30468AllowPress.DropkPa34.47Calc.Press.DropkPa5040.31InletNozzleSizem0.03Press.Drop/InNozzlekPa4017.22OutletNozzleSizem0.03Press.Drop/OutNozzlekPa733.06MeanTemperatureC30.00RhoV2kg/m-sec23531071.19Press.Drop(Dirty)kPa8568.53StreamAnalysis:SAFactors:A21.55B66.09C0.84E11.51F0.00IdealCrossVel.m/sec1.56IdealVel.m/sec0.39TubesideData:FilmCoef.W/m2-K6708.60Reynold's12410AllowPress.DropkPa34.47Calc.Press.DropkPa1230.48InletNozzleSizem0.03Press.Drop/InNozzlekPa956.85OutletNozzleSizem0.03Press.Drop/OutNozzlekPa369.37Interm.NozzleSizem0.00MeanTemperatureC85.50Velocitym/sec0.31MeanMetalTemperatureC70.60ClearanceData:Bafflem0.0048OuterTubeLimitm0.6850TubeHolem0.0008OuterTubeClear.m0.0150BundleTopSpacem0.0000PassPartClear.m0.0000BundleBtmSpacem0.0000BaffleParameters:NumberofBaffles166BaffleTypeSingleSegmentalInletSpacem0.044CenterSpacem0.032OutletSpacem0.044BaffleCutpercent25.000BaffleOverlapm0.050BaffleCutDirectionHorizontalBaffleCutBasisDiameterNumberofBaffles0BaffleThicknessm0.003Shell:hellO.D.m0.73OrientationVShellI.D.m0.70ShellinSeries1BonnetI.D.m0.70ShellinParallel1TypeAENMax.HeatFluxBtu/ft2-hr0.00Imping.PlateImpingementPlateSealingStrip5ubes:Number276TubeTypeBareLengthm6.00FreeInt.FlAream20.00TubeO.D.m0.025FinEfficiency0.000sssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssubeI.D.m0.020TubePatternTRI60TubeWallThk.m0.003TubePitchm0.175No.TubePass121化工原理課程設計沈xx06211xxxInnerRoughn