管式换热器设计书

管式换热器设计书一、方案简介设计任务是利用冷流体（水）给苯降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器. 选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,符合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置...

一、方案简介设计任务是利用冷流体（水）给苯降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器. 选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,符合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。二、方案设计在生产过程中，需将苯蒸汽从81℃冷却到40℃。冷却介质采用自来水，入口温度30℃，出口温度40℃。试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按300天，每天24小时连续运行） 1．确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度81℃，出口温度40℃。冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。（2）流动空间的确定该冷凝器用于苯蒸汽的冷凝，考虑到苯蒸汽对合金材料基本无腐蚀性，并且熔沸点较低，因此冷却水走管程，苯走壳程。同时，在此选择逆流。 2、确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程苯的定性温度为：管程流体的定性温度为：根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。苯在61.25℃下的有关物性数据如下：密度 ρo=840 kg/m3 定压比热容　 cpo=1.9kJ/(kg·℃) 导热系数 λo=0.132 W/(m·℃) 粘度 μo=0.0007Pa·s 冷却水在35℃下的物性数据：密度 ρi=994.3kg/m3 定压比热容　 cpi=4.174 kJ/(kg·℃) 导热系数 λi=0.625 W/(m·℃) 粘度 μi=0.000725 Pa·s 3．计算总传热系数（1）热流量 Wh=62.56×78.1≈5096.806kg/h=1.416kg/s Q=WhcphΔT=1.416×1.9×(81-40)=110.342 kJ/s=110.342 kW （2）平均传热温差（3）冷却水用量（4）计算传热面积求传热面积需要先知道K值，根据资料查得苯和水之间的传热系数在500 W/(㎡.℃)左右，先取K值为490W/(㎡.℃)计算由Q=KA△tm 得 (㎡) 4、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.1m/s （2）管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数按单程管计算，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=3m，则该换热器的管程数为 Np= 传热管总根数 Nt=50×2=100 （3）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数平均传热温差（4）传热管排列和分程方法按正三角形排列，取管心距t=1.25 d0，则 t=1.25×25=31.25≈32(mm) 横过管束中心线的管数（5）壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为圆整可取D＝450mm （6）折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×450＝112.5mm，故可取h＝120 mm。取折流板间距B=0.3D，则 B=0.3×450=135mm，可取B为150mm。折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=3000/150-1=19(块) 折流板圆缺面水平装配。（7）接管壳程流体进出口接管：取接管内苯流速为 u＝1..0 m/s，则接管内径为管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u＝1.5 m/s，则接管内径为三、设计结果一览表换热器形式：固定管板式换热面积（m2）:23.1 工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水苯操作压力，Pa 未知未知操作温度，℃ 30/40 82.5/40 流量，kg/h 9861.79 5096.81 流体密度，kg/m3 994.3 840 流速，m/s 0.169 0.1139 传热量，kW 114.342 总传热系数，W/m2·K 262.43 传热系数，W/（m2·℃） 1157.037 500.89 污垢系数，m2·K/W 0.0004 0.000172 阻力降，Pa 381.68 902.9 程数 2 1 推荐使用材料碳钢碳钢管子规格 ф25×2.5 管数104 管长mm:3000 管间距，mm 32 排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm 150 切口高度25% 壳体内径，mm 450 保温层厚度，mm 未知表格 1 六、参考文献《化工原理》，王志魁编，化学工业出版社，2006. 《化工设备设计》，潘国吕，郭庆丰编著，清华大学出版社，1996. 《化工物性算图手册》，刘光启等编著，化学工业出版社，2002. 《生物工程专业课程设计》，尹亮，黄儒强编. 《石油化工基础数据手册》《化学化工工具书》等. 七、主要符号说明苯的定性温度 T 冷却水定性温度 t 苯密度 ρo 冷却水密度 ρi 苯定压比热容 cpo 冷却水定压比热容 cpi 苯导热系数 λo 冷却水导热系数 λi 苯粘度 μo 冷却水粘度 μi 热流量 Wo 冷却水流量热负荷 Qo 平均传热温差总传热系数管程雷诺数温差校正系数管程、壳程传热系数初算初始传热面积传热管数初算实际传热面积 S 管程数壳体内径 D 横过中心线管数折流板间距 B 管心距 t 折流板数 NB 接管内径管程压力降当量直径壳程压力降面积裕度 H 表格 2

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