《管式换热器课程设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管式换热器课程设计.doc（12页珍藏版）》请在点石文库上搜索。

　　1、热工原理课程设计一设计任务和设计条件某生产过程的流程如图所示，反应器的混合气体经与进料物流患热后，用循环冷却水将其从90进一步冷却至30之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。循环水的入口温度为30，出口温度为50 ，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。物性特征：煤油在60下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度 定压比热容 =2.22kj/kg 热导率 =0.14w/m粘度 循环水在40 下的物性数据： 密度=992.2/m3定压比热容=4.174kj/kg 热导率 =0.64w/m粘度 二 确定设计方案1 选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度90 出口温度30；冷流

　　2、体进口温度30，出口温度为50，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。2 管程安排从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下贱，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。三 确定物性数据 1定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取煤油进出口温度的平均值。故壳程煤油的定性温度为 T= =60 管程流体的定性温度为t=2物性数据根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数

　　3、据。对煤油来说，*可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出煤油的物性数据。 煤油在60下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度 定压比热容 =2.22kj/kg 热导率 =0.14w/m粘度 =8.6610-4Pas循环水在40 下的物性数据： 密度=992.2/m3 定压比热容=4.174kj/kg 热导率 =0.64w/m粘度 =0.-3Pas四 估算传热面积1 热流量 Q1=.42.22(90-30)/3.4 =.43kw2.平均传热温差 先按照纯逆流计算，得 =3.传热面积 由于

　　4、壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值。假设K=320W/(k)则估算的传热面积为 Ap=4.冷却水用量 m=五 工艺结构尺寸1管径和管内流速 选用252.5较高级冷拔传热 管（碳钢），取管内流速u1=1m/s。2管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数下 Ns=按单程管计算，所需的传热管长度为 L=按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=6m，则该换热器的管程数为 Np=传热管总根数 Nt=295=1453.平均传热温差校正及壳程数 平均温差校正系数按式（3-13a）和式（3-13b）有 R= P=按单壳程，双管程结构，查

　　5、图3-9得 平均传热温差 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。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。见图3-13。 取管心距t=1.25d0，则 t=1.2525=31.2532隔板中心到离其*.近一排管中心距离按式（3-16）计算 S=t/2+6=32/2+6=22各程相邻管的管心距为44。管数的分成方法，每程各有传热管27根，其前后关乡中隔板设置和介质的流通顺序按图3-14选取。5壳体内径 采用多管程结构，壳体内径可按式（3-19）估算。取管板利用率=0.7 ，则壳体内径为 D=1.05t按卷制壳体

　　6、的进级档，可取D=500mm6折流板 采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为 H=0.=125m，故可取h=150mm取折流板间距B=0.4D，则 B=0.4500=200mm，可取B为200mm。折流板数目NB=折流板圆缺面水平装配，见图3-15。7其他附件 拉杆数量与直径按表3-9选取，本换热器壳体内径为1400mm，故其拉杆直径为12拉杆数量不得少于10。壳程入口处，应设置防冲挡板，如图3-17所示。8接管壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为u1=10m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为300mm。管程流体进出口接管：取接管内液体流速u2

　　7、=1.5m/s，则接管内径为圆整后去管内径为80mm六 换热器核算1 热流量核算（1）壳程表面传热系数 用克恩法计算，见式（3-22） 当量直径，依式（3-23b）得 =壳程流通截面积，依式3-25 得 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普朗特数 粘度校正 （2）管内表面传热系数 按式3-32和式3-33有 管程流体流通截面积管程流体流速 普朗特数 （3）污垢热阻和管壁热阻 按表3-10，可取管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻管壁热阻按式3-34计算，依表3-14，碳钢在该条件下的热导率为50w/(mK)。所以（4） 传热系数依式3-21有 传热面积裕度 依式3-35可得所计算传热面积Ac为该换热器的实

　　8、际传热面积为Ap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 壁温计算 因为管壁很薄，而且壁热阻很小，故管壁温度可按式3-42计算。由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为30，出口温度为50计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按*不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是，按式4-42有 式中液体的平均温度和气体的平均温度分别计算为 0.450+0.630=24

　　9、6 (90+30)/2=60 4698w/k 687.93w/k传热管平均壁温 壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=85。壳体壁温和传热管壁温之差为 。 该温差较大，故需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力较大，因此，需选用浮头式换热器较为适宜。3换热器内流体的流动阻力（1）管程流体阻力 , , 由Re=.64，传热管对粗糙度0.01，查莫狄图得，流速u=0.94m/s,所以， 管程流体阻力在允许范围之内。（2）壳程阻力 按式计算 , , .15流体流经管束的阻力 F=0.5 0.50..25(29+1)=4883.31Pa流体流过折流板缺口的阻力 , B=0.

　　10、2m , D=0.5mPa总阻力4883.31+2716.32=7599.4Pa由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适宜。（3）换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：参数管程（水）壳程（煤油）流率进/出口温度/30/5090/60压力/MPa0.46.9物性定性温度/4060密度/（kg/m3）992.2825定压比热容/kj/（kgk）4.1742.22粘度/（Pas）0.6538.66热导率（W/mk） 0.6240.14普朗特数4.2513.6设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/500台数1管径/252.5管心距/44管长/6000管子排

　　11、列管数目/根145折流板数/个29传热面积/68.295折流板间距/200管程数5材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）0.940.29表面传热系数/W/（k）.93污垢热阻/（k/W）0..阻力/ Pa6203..31热流量/KW700.757传热温差/K36.41传热系数/W/（K）400.7裕度/%21.15%工艺设计主要符号说明1.英文字母折流板间距，系数，无量纲管径，换热器外壳内径，摩擦系数系数圆缺高度，总传热系数，管长，程数指数；管数；程数管数；程数折流板数努塞尔特准数压力，因数普兰特准数热通量，传热速率， 半径，热阻，雷诺准数传热面积，冷流体温度，管心距，平均传热温差，流速，质量流量，2.下标冷流体热流体管内平均管外污垢3.希腊字母对流传热系数， 有限差值导热系数，粘度，密度，校正系数七 参考文献：1 刘积文主编，石油化工设备及制造概论，哈尔滨；哈尔滨船舶工程学院出版社，1989年。2 GB4557.184机械制图图纸幅面及格式3 GB钢制压力容器4 机械工程学会焊接学会编，焊接手册，第3卷，焊接结构，北京；机械工业出版社 1992年。5 杜礼辰等编，工程焊接手册，北京，原子能出版社， 化工部六院编，化工设备技术图样要求，化学工业设备设计中心站，1991年。12

部分内容来源于网络，仅用于学习分享，如发现有侵权，请及时联系删除，谢谢。