列管式换热器的设计.docx

1、列管式换热器的设计一、方案简介1二、方案设计21、确定设计方案22、确定物性数据23、计算总传热系数34、计算传热面积35、工艺结构尺寸46、换热器核算5三、设计结果一览表8四、附图（主体设备设计条件图）（详情参见图纸）8五、参考文献9六、主要符号说明9七、心得体会10附图一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给硝基苯降温。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,复合实际需要等原则。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

2、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、方案设计某厂在生产过程中，需将硝基苯液体从100冷却到45。处理能力为1.5105吨/年。冷却介质采用自来水，入口温度30，出口温度40。要求换热器的管程和壳程的压降不大于10kPa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按330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100，出口温度45冷

3、流体。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）流动空间及流速的确定 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷却水走管程，硝基苯走壳程。另外，这样的选择可以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用252.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/。 2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程硝基苯的定性温度为：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。 硝基苯在72.5下的有关物性数据如下： 密度 o=1153 kg/m3定压比热

4、容 cpo=1.559kJ/(kg)导热系数 o0.129 W/(m)粘度 o=0.000979 Pas冷却水在35下的物性数据： 密度 i=994.3kg/m3定压比热容 cpi=4.24 kJ/(kg)导热系数 i=0.618 W/(m)粘度 i=0.000818 Pas 3计算总传热系数 （1）热流量 热流体的流量 Wo=1.510510003302418939kg/h热流量 Qo=Wocpoto=189391.559(100-45)=1623925 kJ/h=451kW（2）平均传热温差 逆流操作硝基苯： 10045水： 4030（3）冷却水用量 （4）总传热系数K 管程传热系数 4、

5、计算传热面积 壳程传热系数 假设壳程的传热系数o=398 W/(m2)； 考虑 15的面积裕度，S=1.15S=1.1534.87=40.1m25、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速及管长 选用252.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s，选用管长为3m（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 按单程管计算其流速为按单管程设计，流速过小，宜采用多管程结构。则该换热器管程数为 (管程)传热管总根数 N=340 (根)（3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得平均传热温差（4）传热管排列和分程方法 采用组

6、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。取管心距t=1.25 d0，则 t=1.2525=31.2532(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0.7，则壳体内径为 圆整可取D740mm （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h0.25740185mm，故可取h185mm。 取折流板间距B0.3D，则B0.3740222mm，可取B为222。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=3000/222-1=12块折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为 u1.

7、0 m/s，则接管内径为 取标准管径为76mm2.5mm。 管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u1.5 m/s，则接管内径为 取108mm5mm无缝钢管。6换热器核算 （1）热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 粘度校正 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数传热系数K 污垢热阻Rsi=0.000344 m2/W , Rso=0.000172 m2/W管壁的导热系数=45 W/(m)传热面积S该换热器的实际传热面积Sp该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热

8、器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re4862.1，传热管相对粗糙度0.01/200.005，查莫狄图得i0.031 W/m， 流速ui0.2m/s，994 .3kg/m3，所以 管程压力降在允许范围之内。壳程压力降流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 壳程压力降也比较适宜。 三、设计结果一览表换热器形式：固定管板式换热面积（m2）:78.5工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水硝基苯操作压力，Pa未知未知操作温度，30/40100/45流量，kg/h3830018939流体密度，kg/m3

9、994.31153流速，m/s0.20.127传热量，kW451总传热系数，W/m2K251.5传热系数，W/（m2）1260.1431污垢系数，m2K/W0.0003440.000172阻力降，Pa456.61549.1程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格252.5管数340管长mm:3000管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm222切口高度25%壳体内径，mm740折流板数，12块保温层厚度，mm表格 1四、附图（主体设备设计条件图）（详情参见图纸）五、参考文献化工原理上册，谭天恩 编，化学工业出版社，第四版化工设备设计，潘国吕，郭庆丰 编著，清华大学出版社，1996.

10、化工物性算图手册，刘光启等 编著，化学工业出版社，2002.石油化工基础数据手册 化学化工工具书等.六、主要符号说明硝基苯的定性温度T冷却水定性温度t硝基苯密度o冷却水密度i硝基苯定压比热容cpo冷却水定压比热容cpi硝基苯导热系数o冷却水导热系数i硝基苯粘度o冷却水粘度i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 2七、心得体会这次为化工原理课程设计终于结束，这次的任务是设计一个列管式换

11、热器。虽然设计和学习的时间不长，却收获颇多，受益匪浅。首先，这次课程设计是我们所接触的实践任务中最繁琐的、专业性最强的课程设计，让我认识到：课堂上理论知识掌握的再好，没有落实到实处，是远远不够的。换热器的设计，从课本上简单的理论计算，到根据需求满足一定条件的切实地进行设计，不再仅仅包括呆板单调的计算，还要根据具体要求选择、区分和确定所设计的换热器的每一个细节，我觉得这是最大的一个挑战。其次，这次课程设计还考验了我们的团队合作精神，以及严谨的工作态度、平和的心态。这次设计工作量大，用到的知识多，而且我们又是第一次设计，所以单独靠自己是不法完满的完成本次课程设计。我经常与同组同学一起讨论，甚至争论

12、，这样，我们就能发现问题，并能因此产生比较合理的结果和方法。大家都明白了，那其他的都不是问题。同时争论让我更加清楚地了解自己，让我明白我要更加耐心的表达我的想法，把问题解析清楚，也要耐心的听其他同学的意见。在同组同学无法通过讨论得出正确结果的时候，我们通过请教其他组同学或者与其讨论得到新的想法和正确的结论。最后要提到的就是绘图了。绘图过程中遇到了不少的麻烦，简直让人头疼。刚开始整体的布局规划就很麻烦，要布局得当才能使图既能够画完，又表现得十分清晰。而且因为换热器中有很多的零部件，它们的尺寸或者厚度很小，画的时候很难准确地按照比例将其绘画出来。而且A1图纸又是非常的巨大，终于功夫不负有心人，经过几天的努力，最后将换热器图圆满顺利地完成了。虽然在这次的换热器设计中遇到了很多的麻烦，但最终通过自己的努力、同学们的帮助，最终还是完成了任务。通过这次的设计任务，我巩固了以前所学习的知识，并让我对化工知识有了更深的认识和理解，还增强了我的查阅能力以及动手能力。总之，收获还是蛮多的。通过这次化工原理课程设计，我收获颇丰，不但把之前学过的内容复习一遍，加深对该课程的印象。通过与同学一起讨论，是我体会到团队精神的重要性，对于即将立足于社会的我们也有非常大的意义。感觉做完之后非常累，但是也感觉这段时间过得非常充实！