管壳式换热器的课程设计.docx

1、管壳式换热器的课程设计管壳式换热器的课程设计一设计任务和设计条件某生产过程的流程如图所示，反应器的混合气体经与进料物流患热后，用循环冷却水将其从110进一步冷却至60之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混和气体的流量为227301/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，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。物性特征：混和气体在35下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度定压比热容=3.297kj/kg热导率=0.0279w/m粘度循环水在34下的物性数据：密度=994.3/m3定压比热容=4.174kj/kg热导率=0.6

2、24w/m粘度二确定设计方案1选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度110出口温度60；冷流体进口温度29，出口温度为39，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，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。2管程安排从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下贱，因此从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。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。故壳程混和气体的定性温度

3、为T=85管程流体的定性温度为t=根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合气体来说，最可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。混和气体在35下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度定压比热容=3.297kj/kg热导率=0.0279w/m粘度=1.510-5Pas循环水在34下的物性数据：密度=994.3/m3定压比热容=4.174kj/kg热导率=0.624w/m粘度=0.74210-3Pas四估算传热面积1热流量Q1=2273013.297(110-60)=3.75107kj/h

4、=10416.66kw2.平均传热温差先按照纯逆流计算，得=3.传热面积由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值。假设K=320W/(k)则估算的传热面积为Ap=4.冷却水用量m=五工艺结构尺寸1管径和管内流速选用252.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=1.3m/s。2管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数Ns=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=7m，则该换热器的管程数为Np=传热管总根数Nt=6122=12243.平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数按式（3-13

5、a）和式（3-13b）有R=P=按单壳程，双管程结构，查图3-9得平均传热温差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。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,隔板两侧采用正方形排列。见图3-13。取管心距t=1.25d0，则t=1.2525=31.2532隔板中心到离其最.近一排管中心距离按式（3-16）计算S=t/2+6=32/2+6=22各程相邻管的管心距为44。管数的分成方法，每程各有传热管612根，其前后关乡中隔板设置和介质的流通顺序按图3-14选取。5壳体内径采用多管程结构，壳体内径可按式（3-19）估算。取管板利用率=0.

6、75，则壳体内径为D=1.05t按卷制壳体的进级档，可取D=1400mm6折流板采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为H=0.251400=350m，故可取h=350mm取折流板间距B=0.3D，则B=0.31400=420mm，可取B为450mm。折流板数目NB=折流板圆缺面水平装配，见图3-15。7其它附件拉杆数量与直径按表3-9选取，本换热器壳体内径为1400mm，故其拉杆直径为12拉杆数量不得少于10。壳程入口处，应设置防冲挡板，如图3-17所示。8接管壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为u1=10m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为300mm。

7、管程流体进出口接管：取接管内液体流速u2=2.5m/s，则接管内径为圆整后去管内径为360mm六换热器核算1热流量核算（1）壳程表面传热系数用克恩法计算，见式（3-22）当量直径，依式（3-23b）得=壳程流通截面积，依式3-25得壳程流体流速及其雷诺数分别为普朗特数粘度校正（2）管内表面传热系数按式3-32和式3-33有管程流体流通截面积管程流体流速普朗特数（3）污垢热阻和管壁热阻按表3-10，可取管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻管壁热阻按式3-34计算，依表3-14，碳钢在该条件下的热导率为50w/(mK)。因此（4）传热系数依式3-21有（5）传热面积裕度依式3-35可得所计算传热面积Ac为

8、该换热器的实际传热面积为Ap该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壁温计算因为管壁很薄，而且壁热阻很小，故管壁温度可按式3-42计算。由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15，出口温度为39计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是，按式4-42有式中液体的平均温度和气体的平均温度分别计算为0.439+0.615=

9、24.6(110+60)/2=855887w/k925.5w/k传热管平均壁温壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=85。壳体壁温和传热管壁温之差为。该温差较大，故需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力较大，因此，需选用浮头式换热器较为适宜。3换热器内流体的流动阻力（1）管程流体阻力,由Re=35002，传热管对粗糙度0.01，查莫狄图得，流速u=1.306m/s,因此，管程流体阻力在允许范围之内。（2）壳程阻力按式计算,流体流经管束的阻力F=0.50.50.241938.5(14+1)=75468Pa流体流过折流板缺口的阻力,B=0.45m,D=1.4mPa总阻力75468+4321

10、8=1.19Pa由于该换热器壳程流体的操作压力较高，因此壳程流体的阻力也比较适宜。（3）换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：参数管程壳程流率898560227301进/出口温度/29/39110/60压力/MPa0.46.9物性定性温度/3485密度/（kg/m3）994.390定压比热容/kj/（kgk）4.1743.297粘度/（Pas）0.7421.5热导率（W/mk）0.6240.0279普朗特数4.961.773设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/1400台数1管径/252.5管心距/32管长/7000管子排列管数目/根1224折流板数/个14传热面积/673折流板间距/450管

11、程数2材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）1.3064.9表面传热系数/W/（k）5887925.5污垢热阻/（k/W）0.00060.0004阻力/MPa0.043250.119热流量/KW10417传热温差/K48.3传热系数/W/（K）400裕度/%24.9%七参考文献：1刘积文主编，石油化工设备及制造概论，哈尔滨；哈尔滨船舶工程学院出版社，1989年。2GB4557.184机械制图图纸幅面及格式3GB15098钢制压力容器4机械工程学会焊接学会编，焊接手册，第3卷，焊接结构，北京；机械工业出版社1992年。5杜礼辰等编，工程焊接手册，北京，原子能出版社，19806化工部六院编，化工设备技术图样要求，化学工业设备设计中心站，1991年。