化工设计换热器设计Word格式文档下载.docx
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初步确定浮头管式换热器。
2•流程安排
通过热流量计算变换气大于炉气由于壳程气体传热效果略差所以变换气走壳程炉气走
管程
（三）确定物性数据
定性温度：
对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值壳程变换气的定性温度为
十334305…T319.5c
2
管程炉气的定性温度为
250275T262.5C
（计算得）
壳程变换气在319.5C下的有关物性数据如下:
3
密度：
0=27.55kg/m
定压比热容Cp0=2.064266kJ/（kgK）
热导率■,=0.099494W/（mLK）
黏度「=0.050710“PaLs
管程炉气在262.5C下的有关物性数据:
密度=27.46kg/m
定压比热容CpI=1.94122kJ/（kgK）
热导率'
=0.066781W/（mK）
黏度=0.073110^Pas
（四）估算传热面积
1.热流量变换气（壳程）
qmo=qVoPo=1396004kg/h
4
..-qmoCpo：
t°
=83569984.198856KJ/h=23213.9KW
炉气（管程）
qmi=qVLpi=1391100kg/h
门.-qmiCpi：
ti=67510791KJ/h=18753KW
由于壳程流体分布不均影响传热效果热流量计算取管程
2.平均传热温差先按纯逆流计算
」tm
如—也t2（334—305）—（275—250）=
ln334—3°
5
275-250
ln"
=57（K）
Lt2
22
3.估算传热面积查表气-气传热系数范围10-35W/（mK）取较大K值35W/（mK）则估算的传热面积
A①18753勺032
AP=9400（m）
K•如3557
（五）工艺结构尺寸
1.管径和管内流速
选用工、二较高级冷拔传热管（不锈钢），取管内流速Uj=25m/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
按单程管程设计，管过长，选用多管程选取传热管长|=12m则该换热器的管程数为
传热管总根数Nt=16267=11382（根）
3•平均传热温差校正及壳程数
按单壳程，多管程结构，查图得
；
t.=0.96
平均传热温差
二垢=；
=0.9657=54.7（C）
由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳体流体流量较大，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，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用矩形排列
F?
r4-3绢合排列诜
传热管和管板连接方法采用焊接法取管心距t=1.25d0,则
t=1.2525=31.25:
32（mm）
隔板中心到其最近一排管中心距离
t32
s66=22（mm）
各程相邻管的管心距为44mm.
每程各有传热管1626根。
5.壳体内径
取管板利用率=0.7则壳体内径为
D=1.05以Nt八-1.0532.11382/0.7=4284.5（mm）
6•折流板
取弓形折流板圆缺高度
由于是单壳程无需设置纵向折流板，横向折流板采用弓形折流板,
为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为
h=0.254300=1075（mm）故可取h=1080（mm）取折流板间距B=0.2D
B=0.24300=860（mm）可取B=900（mm）
折流板数Nb
传热管长12000/吐、
Nb11=12.312（块）
B折流板间距900
折流板圆缺面水平装配，如下图。
7.其他附件
壳程入口处应设计防冲挡板
8.接管壳程流体进出口接管：
取接管内气体流速为5=25m/s
D1
应已4202636.6/3600仁°
\二W】3.1425
圆整后D1=850mm
管程流体进出口接管：
取接管内气体流速u2=28m/s
圆整后D2=800mm
（6）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u0.55a1/3「0.14
h0=0.36-LRe0Pr
（一）
deW
」32二23
4（t--do）4（0.032
242
de:
二d°
2一3140.0252）4=0.020
3.140.025
壳程流通截面积
S0二BD（1_¥
）
0.0252
=0.94.3
（1）=0.8465625（m2）
0.032
壳程流体流速及其雷诺数分别为
202686.6/（36004）
u016.63（m/s）
0.8465625
Re。
」021値6327.55=189769
0.050710"
普朗特数
片/064266100.050710=1.052
0.099494
黏度校正
n
/、0.14
（——）：
1
W
0.0994940.551/3’
g=0.361897691.0521
0.02
（2）管内表面传热系数
0.14
=1457[w/（m|_k）]
h=0.023-^Re^Pr0.4
di
管程流体流通截面积
s=0.7857.021疋1626=0.5630（m）
管程流体流速
叶竺空竺呼"
4.994（m/s）
0.5630
』。
2124・99427化197169
0.073110；
3_3.
Pr」9412210°
.073110=2.125
0.066781
0.06678108n
h=0.023汇沢197169域2.1250
0.021
（3）污垢热阻和管壁热阻
.4
=1702[w/（mlk）]
管外侧污垢热阻R0=0.0001m^K/W
管壁热阻计算，不锈钢在该条件下的热导率为18.49W/（mK）
所以
氏十牆”0.00。
11血K/W）
（4）传热系数
1
d0Rd0RWd01
0!
0W0■Rj■一
hidididmho
_1
=—250.0002250.0001125°
231457
0.000117022121
=54.246[W/（m2LK）]
（5）传热面积裕度
-6320（m2）
A①18753X03
A
Kc%54.24654.7
该换热器的实际传热面积A
A=：
d0INT=3.140.0251211382=10721.8（m2）
该换热器的面积裕度
A_AC
HC100%10721.8-6320
AC==69.64%
6320
该换热器能够完成生产任务2壁温核算
传热管平均壁温
+Thth。
tw二=270.3c
1hi1ho
壳体壁温与传热管壁温之差为
：
t二T-tw=48.9c
3换热器内流体的流动阻力
（1）管程流动阻力
Pt=（PPr）NsNpFs
■■■■Pi
Ai=0.04W/m?
K
由Rei=2566768，传热管相对粗糙度0.2/20=0.01，查莫狄图得流速ui=14.68m/s,p=639.2kg/m3，所以
P='
f；
i-—=2758579.4（Pa）
di2
PrL-L=206539.3（Pa）
R=（.：
PFJNsNpFs=8895355.8（Pa）
（2）壳程阻力
Ps=（氓汨）FsNs
Ns=1Fs=1
流体流经管束的阻力
Pu
.児二fuNb-1）o
F=0.5
fo=5Re°
q228=0.0527
Ntc-1.1Nt0.5=22.5
Nb=39
PO二FfoNg（NB-1）牙=30317（Pa）
流体流过折流板缺口的阻力
2Bpu2
P=Nb（3.5）二-=111346（Pa）
D2
总阻力
.R=（.：
P0=P）FsNs=141663（Pa）
（7）换热器主要结构尺寸
参数
壳程
流率/（kg/h）
1391100
1396004
进/出温度/C
250/270
334/305
压力/bar
81.2
79.5
物
性
定性温度/C
262.5
319.5
密度/（kg/）
27.46
27.55
定压比热容/[kJ/（kgUK）]
1.94122
2.064266
黏度/Pa.s
0.0000731
0.0000507
热导率/[W/（mLK）]
2.125
1.052
设备结构参数
形式
浮头
台数
壳体内径/mm
4300
壳程数
管径/mm
管心距/mm
11
管长/mm
12000
管子排列
组合
管数目/根
11382
折流板数/个
12
传热面积/m3
10722
折流板间距/mm
900
管程数
7
材质
不锈钢
主要计算结果
流速/（m/S）
24.994
16.63
表面传热系数/[W/（m2^K）]
1702
1457
污垢热阻/（m2LK/W）
0.0002
0.0001
热流量/Kw
18753
传热温差/K
54.7
传热系数/[W/（m2LK）]
54.246
裕度/%
69.64%
（八）设计自我评述
通过自行设计工程中使用的换热器,初步了解了换热器设计,以及复杂的工程计算.通过工程计算选取合适的尺寸等等,远比想象中困难的多.甚至感觉到时间紧迫,与手头资料不全.平时要养成积攒重要资料的习惯.设计一台符合规格,生产要求的换热器所考虑的诸多事项
通过大量的查找文献,捕捉数据过程,充分培养了我的自我学习和独立思考能力,进一步加深了对化工设计和步骤的了解
由于是初次设计,时间紧凑,设计有诸多欠缺考虑之处,而面积裕度达到了60%+有很多不足之处.希望通过以后的学习和实践逐渐改善.
（九）参考资料
化工原理上册.大连理工出版社化工单元过程及设备课程设计（第二版）.化学工业出版社化工设备设计全书换热器.化学工业出版社换热器设计手册.中国石化出版社
（十）主要符号
符号
意义
单位
传热面积
2m
B
厚度
m
cp
定压比热
J/（kgLk）
d
直径
do
管外径
传热系数
W/（m2Lk）
l
长度
M
质量流率
kg/s
Q
热流密度
W/m
R
热阻
（m2LK）/W
半径
T
温度
At
传热温差
z
温差修正系数
-
t
时间
s
Z
导热系数
w/（mk）
传热效率
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