列管式换热的设计Word下载.docx
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三、主要结构尺寸和计算结果表……………………………………13
四、设计评述…………………………………………………………14
五、参考文献…………………………………………………………14
一、引言
1.1设计题目的目的、意义、内容、主要任务
1.课程设计的目的:
（1）使学生掌握化工设计的基本程序与方法；
（2）结合设计课题培养学生查阅有关技术资料及物性参数的能力；
（3）通过查阅技术资料，选用设计计算公式，搜集数据，分析工艺参数与结构尺寸间的相互影响，增强学生分析问题、解决问题的能力；
（4）对学生进行化工工程设计的基本训练，使学生了解一般化工工程设计的基本内容与要求；
（5）通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求；
（6）了解一般化工设备图的基本要求，对学生进行绘图基本技能训练
2.课程设计内容:
（1）设计方案简介
对给定或选定的工艺流程。
主要设备的型式进行简要的论述。
（2）主要设备的工艺设计计算
包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计。
（3）典型辅助设备的选型和计算
包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定。
（4）工艺流程简图
以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量，能流量和主要化工参数测量点。
（5）主体设备工艺条件图，图画上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表等。
3.课程设计的基本教学要求
（1）要求设计者接收设计任务书后，运用所学知识，经详细、全面考虑，确定设计方案，选用计算公式，认真收集查取相关的物性参数。
（2）正确选用设计参数，树立从技术上可行和经济上合理两方面考虑的工程观点，兼顾操作维修的方便和环境保护的要求，从总体上得到最佳结果。
（3）准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算，以确保在规定时间内完成设计任务。
1.2工艺流程草图及说明
反应器的1，3-丁二烯与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃后，进入吸收塔吸收其中的可溶性组分。
已知混合气体的流量为204000kg/h，压力为6.9MPa,循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为29℃，出口温度为39℃。
二、正文
2．1确定设计方案
2.1.1.选择换热器的类型
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，结合两流体的温度差，估计该换热器管壁温度和壳体温度之差较大，初步确定用浮头式换热器。
2.2.2.管程安排
由于循环冷却水容易结垢，若其流速太低，会加快结垢速度，影响换热，从总体考虑应使循环水走管程，混合气体走壳程。
2.2确定物性数据
进料量：
[140000+（254-190）×
1000]=204000kg/h
项目
管程
壳程
定性温度
℃
物性参数
=90㎏/m3
=3.297kJ/㎏℃
=0.0279w/m
=1.5×
10-5Pas
=994.3kg/m3
=4.174kJ/kg℃
=0.624w/m℃
=0.742×
10-3Pas
2.3估算传热面积
2.3.1传热量：
=
J/h
=9341.5kw
2.3.2冷却水用量：
2.3.3平均温差：
2.3.4初算总传热面积
由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值，假定总传热系数K=390W.m-2.℃-1参照【化工原理表3-8】,则，计算所需传热面积为：
2.4工艺结构尺寸
2.4.1管径和管内流速
因为管程走的是流体水,为防止结构选用
25×
2的不朽钢管【化工机械手册】，取管内流速
【化工原理课程设计表3-1】
2.4.2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
取
按单程管计算，所需的传热管长度为：
按单管程设计，传热管过长，因此采用多管程结构。
先取传热管长l=6m，则该换热器管程数为：
，
传热管总根数
594×
2=1188（根）。
2.4.3平均温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数：
按单壳程双管程结构,温差校正系数应查【化工原理课程设计书，图3-9】得：
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。
2.4.4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。
隔板两侧采用正方型排列【化工原理课程设计，图3-5】管心距Pt=1.25
=1.25×
25=31.25≈32（mm）,隔板中心到离其最近一排管中心距离：
Z=Pt/2+6=22mm各程相邻管的管心距为44mm。
2.4.5壳体直径
采用多管程结构，进行壳体内径估算。
取管板利用率
，则壳体直径为：
圆整可取1300（mm）
2.4.6折流板
采用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×
1280=320mm,所以可以取h=320mm，所取折流板间距B=0.3D=0.3×
1300=390mm可取B=400（mm）
折流板数：
2.4.7接管
管程流体进出口接管：
取接管其流体流速为u=6m/s,则接管内径为
取标准管径为400（mm）
壳管程流体进出口接管，取接管内循环水流速u1=1.2m/s,
则接管内径为
=283mm
取整后D1=300mm
管程流体出口接管：
取壳内流体流速u2=1.5m/s,则接管内径为
=856mm
2.5换热器核算
2.5.1.传热面积校核
1.管程传热膜系数
【化工原理课程设计，公式4-23】
管程流体流通截面积
Si=0.785×
0.022×
1042÷
2=0.173642m2
管程流体的流速和雷诺数分别
ui=703002/（3600×
994.3×
0.1636）=1.2m/s
Re=0.02×
1.2×
994.3/（0.742×
10-4）=32187
普朗特数
PR=4.174×
1000×
0.742×
1000/0.624=4.963
可得
2，壳程传热膜系数
【化工原理课程设计，公式4-25】
管子按正三角形排列，传热当量直径为
=0.02（m）
壳程流通截面积
=400×
1300×
（1-25/32）=0.1138（m2）
壳程流体流速和雷诺数分别为
普朗特数
黏度校正
则壳程传热膜系数
3.污垢热阻和管壁热阻
管外侧污垢热阻：
0.8598×
10-4m2℃/W
管内污垢热阻：
3.4395×
10-4m2℃/W
碳钢在此条件下的热导率为：
50W/m·
℃【化工原理课程设计附录】
已知管壁厚度为：
4.总传热系数K
【化工原理课程设计，公式4-22】
5.传热面积校核
【化工原理课程设计，公式4-10】
实际传热面积
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。
2.5.2换热器内压降的核算
1.管程阻力
【化工原理课程设，94页】
由
，传热管相对粗糙度0.01参考图
双对数坐标图【化工原理图，1-36】得
，流速
<
30KPA
管程流体阻力在允许范围之内
2.壳程阻力。
按下式计算
其中
.15
流体流经管束的阻力
则
流体流过折流板缺口的阻力
则
总阻力
三．主要结构尺寸和计算结果
参数
流量/（Kg/h）
223800
204000
进（出）口温度/℃
29/39
110/60
压力/MPa
0.4
6.9
物性
定性温度/℃
34
85
密度/Kg/m3
994.3
90
定压比热容/[kJ/（kg/℃）]
4.174
3.297
黏度/Pa·
s
10-3
1.5×
10-5
热导率/[W/（m·
℃）]
0.624
0.0279
4.963
1.773
设备结构参数
形式
浮头式
壳程数
1
壳体内径/mm
1300
台数
管径/mm
Φ25×
2.5
管心距/mm
32
管长/mm
6000
管子排列
正三角形
管数目/根
1188
折流板数/个
14
传热面积/m2
600
折流板间距/mm
400
管程数
2
材质
碳钢
主要计算结果
流速/（m/s）
1.2
5.128
表面传热系数[W/（m2·
℃）
3569
495.59
污垢热阻/（m2*℃/W）
3.4394×
10-4
阻力/KPa
25.99
86
热流量/kW
9341.5
传热温差/K
48.3
传热系数/[W/m2*℃]
402.25
传热面积比
1.1
四.设计评述
此方案经过多次计算后得出结果，保证各参数均在设计要求之内，准确可行。
壳程流体流速
=1.37m/s，流体雷诺数
=664800。
管程流体流速
=1.37m/s，流体雷诺数Rei=32161>
4000。
管程流体流动为湍流，能够较好的达到换热的要求。
每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。
正三角形排列结构紧凑，正方形排列便于机械清洗。
该换热器的面积之比1.1在1.1-1.25之间，则所设计换热器能够完成生产任务。
管程流动阻力为25.99Kpa，10Kpa<
25.99Kpa<
35Kpa在允许范围之内；
五.参考文献
[1]《化工原理课程设计》，天津大学化工原理教研室，化工出版社1997第一版
[2]《化工原理》，杨祖荣，化工出版社（第三版）
[
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