列管式換熱器的設計

1、目錄一、方案簡介················································

2、3;···············12、 方案設計·································&#

3、183;······························21、 確定設計方案·················

4、3;···········································22、 確定物性數(shù)據(jù)·····

5、··················································

6、······23、 計算總傳熱系數(shù)··········································&

7、#183;················34、 計算傳熱面積·······························

8、83;·····························35、 工藝結構尺寸···················

9、;··········································46、 換熱器核算······&#

10、183;·················································&#

11、183;······53、 設計結果一覽表·········································

12、83;················84、 附圖（主體設備設計條件圖）（詳情參見圖紙）·····························&#

13、183;··85、 參考文獻··············································

14、··················96、 主要符號說明······························&#

15、183;·····························97、 心得體會···················

16、··············································10附圖···&#

17、183;·················································&#

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

19、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。它的結構簡單、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100冷卻到45。處理能力為1.5×105噸/年。冷卻介質(zhì)采用自來水，入口溫度30，出口溫度40。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330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體溫度變化情況：熱流體進口溫度100，出口溫度45冷流體。冷流體進

20、口溫度30，出口溫度40。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72.5下的有關物性數(shù)據(jù)如下： 密度 o=1153 kg/m3定壓比熱容

21、 cpo=1.559kJ/(kg·)導熱系數(shù) o0.129 W/(m·)粘度 o=0.000979 Pa·s冷卻水在35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 熱流體的流量 Wo=1.5×105×1000÷330÷2418939kg/h熱流量 Qo=Wocpoto=18939×1.559×(100-45)=162392

22、5 kJ/h=451kW（2）平均傳熱溫差 逆流操作硝基苯： 10045水： 4030（3）冷卻水用量 （4）總傳熱系數(shù)K 管程傳熱系數(shù) 4、計算傳熱面積 殼程傳熱系數(shù) 假設殼程的傳熱系數(shù)o=398 W/(m2·)； 考慮 15的面積裕度，S=1.15×S''=1.15×34.87=40.1m25、工藝結構尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速及管長 選用25×2.5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，宜采用多管程結構。則

23、該換熱器管程數(shù)為 (管程)傳熱管總根數(shù) N=340 (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，雙管程結構，溫差校正系數(shù)應查有關圖表。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)（5）殼體內(nèi)徑 采用多管程結構，取管板利用率0.7，則殼體內(nèi)徑為 圓整可取D740mm （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h0.25×740185mm，故可取h18

24、5mm。 取折流板間距B0.3D，則B0.3×740222mm，可取B為222。 折流板數(shù) NB=傳熱管長/折流板間距-1=3000/222-1=12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 取標準管徑為76mm×2.5mm。 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108mm×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

25、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 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·)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=1.5由Re4862.1，傳熱管相對粗糙度0.01/200.005，查莫狄圖得i0.031 W/m·， 流速ui0.2m/s，994 .3kg/m3，所以 管

26、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、設計結果一覽表換熱器形式：固定管板式換熱面積（m2）:78.5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，30/40100/45流量，kg/h3830018939流體密度，kg/m3994.31153流速，m/s0.20.127傳熱量，kW451總傳熱系數(shù)，W/m2·K251.5傳熱系數(shù)，W/（m2·）1260.1431污垢系數(shù)，m2·K/W0.0003440.000172阻力降，Pa456.61549.1程數(shù)21推薦使用材料碳鋼

27、碳鋼管子規(guī)格25×2.5管數(shù)340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，mm222切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm740折流板數(shù)，12塊保溫層厚度，mm表格 1四、附圖（主體設備設計條件圖）（詳情參見圖紙）五、參考文獻化工原理上冊，譚天恩 編，化學工業(yè)出版社，第四版化工設備設計，潘國呂，郭慶豐 編著，清華大學出版社，1996.化工物性算圖手冊，劉光啟等 編著，化學工業(yè)出版社，2002.石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊 化學化工工具書等.六、主要符號說明硝基苯的定性溫度T冷卻水定性溫度t硝基苯密度o冷卻水密度i硝基苯定壓比熱容cpo冷卻水定壓比熱容cpi硝基苯導熱系數(shù)o冷卻水導熱系數(shù)i硝基苯粘度o冷卻水粘度i熱流量Wo冷卻水流量熱負荷Qo平均傳熱溫差總傳熱系數(shù)管程雷諾數(shù)溫差校正系數(shù)管程、殼程傳熱系數(shù) 初算初始傳熱面積傳熱管數(shù)初算實際傳熱面積S管程數(shù)殼體內(nèi)徑D橫過中心線管數(shù)折流板間距B管心距t折流板數(shù)NB接管內(nèi)徑 管程