列管式換熱器設計說明書化工原理課程設計實例

1、列管式換熱器設計說明書設計者： 班 級：環(huán)境工程092 姓名 ： # # #學號 ： #日期 ：2011年6月24日 指導教師 目錄一、方案簡介32、 方案設計41、 確定設計方案42、 確定物性數(shù)據(jù)43、 計算總傳熱系數(shù)44、 計算傳熱面積55、 工藝結(jié)構(gòu)尺寸56、 換熱器核算73、 設計結(jié)果一覽表104、 對設計的評述115、 附圖（主體設備設計條件圖）（詳情參見圖紙）6、 參考文獻127、 主要符號說明12附圖一、方案簡介本設計任務是利用冷流體（水）給硝基苯降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產(chǎn)中用到的列管式換熱器.選擇換熱器時,要遵循經(jīng)濟,

2、傳熱效果優(yōu),方便清洗,復合實際需要等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡單、堅固、制造較容易、處理能力大、適應性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設計基礎。設計任務要求：將硝基苯液體從130冷卻到35。處理能力為16105噸/年。冷卻介質(zhì)采用水，入口溫度28。要求換熱器的管程和殼程的壓降不大于100kpa。試設計能完成上述任務的列管式換熱器。（每年按365天，每天2

3、4小時連續(xù)運行）1確定設計方案 （1）選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體（硝基苯）進口溫度135，出口溫度35冷流體。冷流體（冷卻水）進口溫度28，假設值出口溫度38。從兩流體溫差為t-t=49.5（50），因此初步確定選用固定管板式換熱器。（2）流動空間及流速的確定 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，硝基苯走殼程。同時，在此選擇逆流。選用252.5的碳鋼管，管內(nèi)流速假設選取ui=0.79m/。 2、確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 殼程硝基苯的定性溫度為：管程流體的定性溫度為： 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 冷卻水在20與40時定壓

4、比熱容cp、導熱系數(shù)、黏度分別為：20：998.2kg/m3 4174kj/(kg) 61.8w/(m)0.001004pas 40：992.2kg/m3 4.174kj/(kg) 0.635w/(m) 0.000653pas冷卻水在33下的物性數(shù)據(jù)： 密度 o=20 -(33-20)（20 -40）/（40-20）=94.65kg/m3定壓比熱容 cpo= cp 20 -(33-20)（cp 20 - cp 40）/（40-20）= 4.174 kj/(kg)導熱系數(shù) o=20-(33-20)（20 - 40）/（40-20）= 0.6231 w/(m)黏度 o=20-(33-20)（20

5、- 40）/（40-20）=0.000757 pas查物性手冊德硝基苯在80、90時相關(guān)數(shù)，據(jù)根插值法可得硝基苯在82.5下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 i=1141.5 kg/m39定壓比熱容 cpi=1.710kj/(kg)導熱系數(shù) i=0.125 w/(m)黏度 i=0.00075 pas 3計算總傳熱系數(shù) （1）熱流量 硝基苯質(zhì)量流量：wo=1610510003652436005.074kg/s熱負荷：qo=wocpoto=61.731710(130-35)= 694063.93w（2）逆流平均傳熱溫差 （3）冷卻水用量 /s（4）初步計算總傳熱系數(shù)k 管程傳熱系數(shù) 管程雷諾數(shù)20760.

6、2殼程傳熱系數(shù) 假設殼程的傳熱系數(shù)o=533w/(m2)； 污垢熱阻rsi=0.000176 m2/w , rso=0.000172 m2/w由查表并換算得82.5管壁的導熱系數(shù)：=42w/(m)初算總傳熱系數(shù)：4、估算傳熱面積 考慮 15的面積裕度s=1.15s=55.3519.24=63.65m25、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速及管長 選用252.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=0.79m/s，選用管長為6m（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定dan程傳熱管數(shù) 按單程管計算其流速為l=s/3.14du=63.653/3.14/0.02/0.79=11.924m該換熱器管

7、程數(shù)為 (管程)傳熱管總根數(shù) n1=682=136 (根)弓形部分管子數(shù)24，拉桿數(shù)4實際總管數(shù)為n=n1+24-4=156（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應查有關(guān)圖表?？傻闷骄鶄鳠釡夭睿?）傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，則 t=1.2525=31.2532(mm)橫過管束中心線的管數(shù) （5）殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率0.7，則殼體內(nèi)徑為 圓整可取d600mm （6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25，則切去的圓缺高

8、度為h0.25600150mm，故可取h150 mm。 取折流板間距b0.3d，則b0.3600180mm，可取b為200mm。 折流板數(shù) nb=傳熱管長/折流板間距-1=6000/200-1=29(塊)折流板圓缺面水平裝配。 （7）接管 殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)硝基苯流速為 u1.0 m/s（假設值），則接管內(nèi)徑為 取標準管徑為 mm mm。 管程流體進出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u1.5 m/s（假設值），則接管內(nèi)徑為 取 mm mm無縫鋼管。6換熱器核算 （1）熱量核算 殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當量直徑，由正三角形排列得 殼程流通截面積 殼程流體流速及其雷

9、諾數(shù)分別為 粘度校正 管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積管程流體流速 普蘭特準數(shù)傳熱系數(shù)k總傳熱系數(shù)偏差值w=k-k1/k=(376.49-375.8)/376.49=0.018%（符合總傳熱系數(shù)偏差2%以內(nèi)要求）傳熱面積s該換熱器的實際傳熱面積sp該換熱器的面積裕度為 (符合裕度030%的要求)傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務。 （2）換熱器內(nèi)流體的壓力降 管程流動阻力 pi=(p1+p2)ftnsnpns=1, np=2, ft=1.4由re20574.043，傳熱管相對粗糙度0.01/200.005，查莫狄圖得i0.025 w/m， 流速ui0.414m/s，994 .3kg/m

10、3，所以 管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。殼程壓力降流體流經(jīng)管束的阻力 流體流過折流板缺口的阻力 殼程壓力降也比較適宜。 三、設計結(jié)果一覽表換熱器形式：固定管板式換熱面積（m2）:72.74工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱冷卻水硝基苯操作壓力，pa30kpa100kpa操作溫度，進28出38進130出35流量，kg/h21945.313889流體密度，kg/m3994.651141.5流速，m/s0.7830.169傳熱量，kw694.064總傳熱系數(shù)，w/m2k376.49傳熱系數(shù)，w/（m2）3877.0533.12污垢系數(shù)，m2k/w0.0001760.000172阻力降，pa12036.3262

11、2.07程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格252.5管數(shù)156管長mm:6000管間距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距，mm200切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm600保溫層厚度，mm未知表格 1四、對設計的評述初次接觸化工原理課程設計，還荒謬地以為是像其他課程一樣是實驗類的，聽課的時候也一頭霧水，根本不知道該做什么，該怎么做，無從下手，只是覺得好難。有一段時間都在觀望。所以自己設計的時候只能是根據(jù)老師提供的模板，用新的數(shù)據(jù)代替舊的數(shù)據(jù)，其他的公式完全照抄，花了一天時間，終于把計算部分完成了。裕度15，在合理范圍內(nèi)，但是，一看壓力降，徹底崩潰了，12多千帕，天啊，完全不合理。再細看模

12、板和自己的設計的時候，發(fā)現(xiàn)了很多問題，我的設計根本是行不同，果真用這設計的話，也是謀財害命。所以我決定重新來過。這時離交作業(yè)還有三天，做出來的裕度居然一直都在50以上，重新分析計算的過程中也出現(xiàn)了幾次錯誤，由于急于求成，算出來后的結(jié)果偏離太多，檢查才發(fā)現(xiàn)部分數(shù)據(jù)出現(xiàn)了錯誤，而且老師給的模板里面也有一些錯誤，這樣照搬下去的一些公式就除了問題了，只好靜下來認真地理解和消化原有的一些公式，這樣又一次重新算過。因此，有花了一天的時間在計算上。那么接下來就是畫圖了，由于學過機械制圖，以為畫圖比較簡單，5個小時左右可以完成，誰知道，畫圖更難，這主要是因為在設計的時候，沒有兼顧考慮到畫圖，因此設計出來的管數(shù)

13、很難安排，冥思苦想了好久，換了好多方案，查了好多資料，換了多種排列方法，還是行不通。最終，只好把管數(shù)安排成易于排列的數(shù)目，才解決了這個問題。其實，在整個過程中，雖然遇到了很多問題，也犯了不少錯誤，但是自己真的學到了很多東西，比如word文檔公式的運用，比如如何使自己的設計更加合理，這就要求自己在設計前要詳細的考慮各種可能出現(xiàn)的問題和解決辦法，才能達到事半功倍的效果。我覺得，如何查找數(shù)據(jù)也很重要，假如自己查不到數(shù)據(jù)，接下來的工作完全沒辦法做，假如查的數(shù)據(jù)是錯誤的，那設計出來的東西也是錯誤的，而且很可能導致嚴重的后果。六、參考文獻化工原理，王志魁 編，化學工業(yè)出版社，2006.化工設備設計，潘國呂，郭慶豐 編著，清華大學出版社，1996.化工物性算圖手冊，劉光啟等 編著，化學工業(yè)出版社，2002.生物工程專業(yè)課程設計，尹亮，黃儒強 編.石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊 化學化工工具書等.七、主要