水蒸气加热苯列管式换热器的设计word文档.docx
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水蒸气加热苯列管式换热器的设计word文档
水蒸气加热苯列管式换热器的设计（6）
一、工艺条件
用150KPa的饱和水蒸气将20℃的苯加热到75℃，苯的质量流量为30、35、40、45吨/小时，试设计一列管式换热器，要求其管程压降小于70kPa。
二、设计内容
1、合理的参数选择和结构设计；
2、工艺计算，包括传热计算和压降计算等；
3、主要设备工艺尺寸设计。
三、设计成果
设计说明书一份。
A.设计方案简介
我生产的主要工艺流程是苯进入换热器，饱和水蒸气走壳程，冷却剂苯走管程冷却饱和水蒸气。
B.列管式换热器的设计
（一）.设计任务和操作条件;
需要用150KPa的饱和水蒸气将常压下20℃的苯加热到75℃，苯的质量流量为45吨/h。
试设计一列管式换热器,要求换流器的管程压降小于30KPa，设计完成上述任务的列管式换热器。
（二）.确定设计方案;
1.选择换热器类型
两流体温度变化情况,热流体进口温度为111℃,出口温度为111℃,冷流体进口温度为20℃,出口温度为75℃.该换热器用水蒸气加热,两流体的温差不是很大
故采用固定管板式换热器.
2.由于水蒸气,易于排除冷凝液,故安排走管间（壳程）,根据黏度等性质,苯安排走管内（管程）.
3.确定物性系数
a.定性温度可取流体进出口温度平均值;
壳程流体（苯）的定性温度:
47.5℃
管程流体（饱和水蒸气）的定性温度:
t=111℃
b.根据定性温度查得管.壳程流体的物性数据;
苯在47.5℃下的有关物性参数如下：
密度ρ1＝856.11kg/m3
定压比热容Cp1＝1.763kJ/kg℃
热导率λ1＝0.1407W/m?
0C
粘度μ1＝0.4412mPa?
s
饱和水蒸气在111℃下的物性参数如下：
密度ρ2＝951.01kg/m3
定压比热容Cp2＝4.234kJ/kg℃
热导率λ2＝0.6851W/m?
0C
粘度μ2＝0.259mPa?
s
（三）.估算传热面积;
1.计算热负荷（忽略热损失）
2.饱和水蒸气用量（忽略热损失）
3.传热平均温度差
先按逆流计算:
饱和水蒸气:
111℃→111℃
苯:
75℃←20℃
36℃91℃
由于△T1/△T2<2;
所以:
℃
（四）．初算传热面积;
参照传热系数K的大致范围，取K=430W/（m²?
0c）
则估算传热面积:
考虑15%的面积裕度,则实际面积:
（五）.工艺结构尺寸;
1.选管规格;
选用Ф25mm×2.5mm的无缝废旧钢筋调直机，内径,,管长5.
2.总管数和管程数;
总管子根数：
单程时的流速：
u
单程时流速较低，为提高效果，考虑用多程，按管程流速的推荐范围，选管程的流速为U=0.75，所以管程数：
Np==2
3.确定管板布置；
为便于排布，管的数目一般采取管程的倍数，即：
n=128根，我们采用正三角形的排布方式，管与管板采用焊接的结构。
离心距取：
a=1.25=32mm
横过中心线管数：
=1.1==13根
4
．管体内径的确定；
采用多管程结构，取管板利用率η=0.75，则壳体内径为：
按壳体标准圆整取
换热管长径比，在推荐范围内，比较合适，可采用卧式装置。
5．实际管数的确定；
由管板布置可以知：
排管数总数确定为128根；
参考有关数据资料可知：
管板厚度为40mm，设管子与管板焊接时伸出管板长度为3mm，所以换热器
实际传热面积为：
A=n（-2）=49.43
管程实际流速
6．折流挡板数；
采用弓形折流板，取圆缺形折流板面积为壳体面积的25%，则切去圆缺高度为：
因壳程为单相上海普陀保洁公司流体，所以折流板缺口饱和水蒸气平上下布置。
缺口上下的折流板底部开一90度小缺口，以便停器时排净器内残液。
取折流板间距：
B=0.3D则
折流板数：
7．其它附件
选拉杆直径为16mm，拉杆数量为6根。
8．接管
a．管程流体进口接管。
取管内流速u=0.7m/s
则接管内径：
按管子标准圆整=170mm的无缝钢管。
b．壳程流体进出口接管。
取管内流速u=5.0m/s
则接管内径：
按管子标准圆整无缝skf轴承。
（六）．换热器校核;
Ⅰ.传热面积校核;
1．总传热系数K的计算;
a.管内传热膜系数：
按式计算，流体被加热，取n=0.4
b.管外传热膜系数：
管子按正三角形排列，则传热当量直径为
壳程流通截面积：
壳程流体流速：
壳程中饱和水蒸气被冷却，取
c.污垢热阻和管壁热阻
查附录六，管内、外侧热阻分别取，；已知管壁厚度δ=0.0025m；取碳钢导热系数
d.总传热系数K为
2．传热面积校核;
所需传热面积
前已算出换热器的实际传热面积49.43，则：
说明该换热器有16%的面积裕度，在10%-25%范围内，能够完成生产任务。
Ⅱ.壁温的计算;
传热管壁温可由下式估算
已知;;;;
换热管平均壁温为：
壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即TW=1110C。
壳体壁温与换热器壁温之差为：
该温差小于500C，故不需设置温差补偿装置。
Ⅲ.核算压力降;
1.管程压力降：
已知;.4;;u=0.73m/s;（层流）。
λ=
2.壳程压力降
已知：
Fs=1.15;Ns=1,有
管子按正三角形排列F=0.5,
折流挡板间距
折流挡板数
壳程流通截面积
壳程流速：
>500
所以：
流体流过折流板缺口的阻力：
计算结果表明，管程和壳程的压力降均能满足设计要求。
（七）.换热器的功能参数明细;
换热器的功能参数
传热面积49.43?
工艺参数管程壳程
物料名称苯饱和水蒸气
操作压力150kpa150kpa
操作温度47.5℃111℃
金属转子流量计45000kg/h1954.1kg/h
流体密度856.11kg/m3951.01kg/m3
流速0.73m/s0.063m/s
管口表符号尺寸用途连接型式
a170mm管程接管焊接
b15mm壳程接管焊接
c16mm拉杆焊接
传热量1210000W
总传热系数447.3W/?
K
管程阻力降10981pa壳程阻力降465.3pa
管程数2程拉杆数6根
推荐使用材料碳素钢
管子规格Ф25mm×2.5mm管数128根管长5m
离间距32mm横过中心线管数13根排列方式正三角形
折流板型式弓形折流板间距135mm切口高度112.5mm
壳体内径450mm保温层厚度折流板数38根
（八）.设计评述;
从设计结果可看出，若要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是因为苯的出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q和K.因此，换热器尺寸增大，金属材料消耗量相应增大.通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要.
本文提出的换热器的设计，在工艺设计上考虑了传热系数、管壳程压降等对换热器设计的影响，同时在机械设计上进行了部分筒化计算.虽然所列公式繁多，但运用计算机编程计算，将简便易行，能满足设计要求;
（九）附录;
1.附录表一：
压降△P;2.附录表二：
液体在换热器中的流速（在废旧钢筋调直机中）;
换热器操作允许压降△
换热器操作压力允许压降△
<105（绝对压力）0.1P
0～105（表压）0.5P
>105（表压）>5×104Pa
液体流量计黏度Ns/k.?
最大流速m/s
>15000.6
1000
～5000.75
500～1001.1
100～531.5
35～11.8
>12.4
3.管道的一般排列式：
4.折流板的选择;
（十）参考文献;
[1]王国盛.化工原理课程过程设计大连理工大学出版社;
[2]王志魁.化工原理化学工业出版社;
[3]姚育英,陈常贵,柴诚敬.化工原理学习指南天津大学出版社;
[4]曹玉璋.传热学北京航空航天大学出版社;
能源是当前人类面临的重要问题之一，能源开发及转换利用已成为各国的重要课题，而换热器是能源利用过程中必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用，化工、冶金、动力、交通、航空与航天等部门应用尤为广泛。
近几年由于新技术发展和新能源开发利用，各种类型的换热器越来越受到工业界的重视，而换热器又是节能措施中较为关键的设备，因此，无论是从工业的发展，还是从能源的有效利用，换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。
l换热器的功能和分类
换热器又称热交换器，是进行热量交换的设备的统称。
换热器广泛的应用于炼油、轻工、制药、食品加工、动力以及原子能等工业部门中。
在化学工业与石油炼制工业中所用的换热器的投资大约占设备总投资的30%。
换热器在现代石油炼制厂中占全部工艺设备的40%左右。
在海水淡化工业生产中，全部工艺装置几乎都是由换热器组成的。
随着石油化工的行业的迅速发展，各种高效的换热器不断出现。
1．1直接传热式换热器。
一种不需传热壁面，由冷流体与热流体直接接触进行换热的操作过程的换热器，此类换热器常用于工业生产中。
1．2间壁传热式换热器。
冷、热流体通过管子、板等壁面进行热量交换的传热操作过程的换热器，是最普通的也最常用的换热器，冷、热流体都是流体，可以是空气、烟气、蒸汽、水。
这是本文重点进行讨论的换热器类型。
1、3蓄热式换热器。
系间歇传热，在废热再生器中是切实可行有效的回收废热的方式，常被用于回收燃烧气体的废热以及蒸汽等用量不均时作为调节手段
2几种换热器的特点及使用
在实际设计选型中，往往是已知高温流体与低温流体的两侧进出口温度，在做工艺设计选型时，需要考虑的是有尽可能小的换热面积下，有尽可能大的换热速率，以及较低的设备造价及施工费。
......
论文目录
l换热器的功能和分类
2几种换热器的特点及使用
3热管式换热器
4结束语
参考文献
参考文献：
[1]朱声石．高电压电网继电保护原理与技术LM]．北京：
中国电力出版社，1995．[2]葛耀中．新型继电保护原理与故障测距原理与技术LM]．西安：
西安交大出版社，1996．
[3]罗森诺WH．传热学应用手册（上）[M]．北京：
科学出版社，1992.3-6
[4]陈维汉．换热器两侧表面最佳匹配的一般化推导[J]．华中理工大学学报，1999，27（增刊）：
35—37
[5]陈维汉，孙毅．传热过程损失率方程及参数优化[J]．华中理工大学学报，1996，24（增刊）：
91—95
简单介绍
摘要针对几种间壁传热换热器的特点及使用情况作以阐述，以供在换热器设计选型作比较。
（注：
素材和资料部分来自网络，供参考。
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