管殼式臥式換熱器設計說明書

1、管殼式臥式換熱器設計說明書1設計題目管殼式臥式換熱器設計2設計條件某廠用循環(huán)冷卻水甲苯從 80冷卻到50,甲苯年處理能力為 44500t/a，壓力為6.5MPa, 循環(huán)冷卻水的入口溫度為 25，出口溫度為35，要求冷凝器允許壓降不大于 500000Pa；試設 計一臺管殼式臥式換熱器完成該生產(chǎn)任務。每年按330天計算，每天24h連續(xù)運行。表1主要物性參數(shù)流體定性溫度/ C密度kg/m3粘度mPa- s比熱容熱導率甲苯708660.4551. 91 kJ/(kg - K)0.1273W/(m - K)循環(huán)冷卻水30994.30.7424.174 kJ/(kg -C)0.624W/(m -C )3設

2、計容和要求(1)標題頁目錄(3) 確定設計方案(4) 傳熱面積計算(5) 工藝結構尺寸計算(6) 換熱器校核(7) 換熱器主要結構參數(shù)和設計結果一覽表(8) 換熱器工藝條件圖(9) 自設計使用該換熱器的工藝流程圖(10) 對本設計的評價(11) 參考文獻4設計容4.1選擇換熱器的類型本設計中循環(huán)冷卻水甲苯選用帶有折流擋板的固定管板式換熱器，這種換熱器適用于下列情況：溫差不大；溫差較大但是殼程壓力較??；殼程不易結構或能化學清洗。本次設計條件滿足第種情況。另外，固定管板式換熱器具有單位體積傳熱面積大，結構緊湊、 堅固，傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適用性較強，操作彈性大，結構簡單，造價低 廉，

3、且適用于高溫、高壓的大型裝置中。采用折流擋板，可使作為冷卻劑的水容易形成湍流，可以提高對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。4.2流動方向本冷卻器的管程走循環(huán)冷卻水，殼程走甲苯。熱空氣和冷卻水逆向流動換熱。4.3估算傳熱面積4.3.1.熱流量甲苯的質(zhì)量流W=44500t/a=44500 X 103/(330 X 24)=5618.687 kg/h熱流量為Q=Wc(Ti T2) =5618.687 X 1. 91X( 80-60)=214633.8 kJ/h=59620.5W4.3.2.平均傳熱溫差tm =(T1tj(T2以=38 C433.傳熱面積初步設定設K =200 W- m-2C-1。則估算的

4、傳熱面積為59620.5200 36.8628.087 m取安全系數(shù)1.2，則A=9.705m冷卻水用量QW Cpo(t2 ti)214633.84.174 (35 :5142.16 kg/h4.4主體構件的工藝結構尺寸管程數(shù)和傳熱管數(shù)選用0 25 x 2.5mm的傳熱管(碳鋼管)；d=25mm,d=20mm管子根數(shù)：n=A*n dol=41.2 42中心線或中心線附近管子根數(shù)nc=11取管程數(shù)為2，則N=n+!桿+5=42+6+5=53平均傳熱溫差校正平均傳熱溫差校正系數(shù)t2T280t1 =3560=225P山=西25t180=0.18260溫度校正系數(shù)為ln =1 PRln 2 p(1 r

5、 Jr2 1)2 P(1 R*R2 1)=0.97傳熱管的排列采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。其中，每程的正三角形排列，其優(yōu)點為管板強度高，流體走短路的機會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程可排列更多的管子。殼體徑取管間距：t = 32 mm，則d/、3r d)/d dN(/8)D2得 D=489.38mm可取D為509mm折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體徑的25%則取折流板數(shù)12,則折流板間隔：h= 一1一=0.23Nb 1計算接口直徑1.計算循環(huán)冷卻水進出口管徑 d1，設流速u=0.5m/sqv1d12u4qv1Wi51

6、42.16kg/h 3 1.44 10 3m/s33600 i 3600 994.3kg /md14 1.44 103.14 0.50.0605m 60.5mm所以選用直徑為65mm的管子。2.計算甲苯進出口管徑 d2qv24dd36005618.687 kg/h33600 866 kg/m1.8 10 3m/s3d24一1.8一10 33.14 0.50.0678m 67.8mm所以選用直徑為70mn的管子。4.5換熱器主要傳熱參數(shù)核算 熱量核算(1)殼程對流傳熱系數(shù)對于圓缺形折流板，可采用克恩公式入 o f 0.551/3 ,卩0、0.14ho = 0.36 Re Pr ()e卩w其中：當

7、水做冷卻劑時，粘度校正為()0.14 =1.05 W當量直徑，管子為正三角形排列時，73 2 n 24( t -do ) de=24 一n do4( 0.0322 n 0.0252)=24= 0.0202 m3.14 0.025殼程流通截面積=0.0257 mS = hD(1 - 5 )=0.23 X 0.509 x( 1 0.025 ) t0.032殼程冷卻水的流速及其雷諾數(shù)分別為SoG= Wo =5618.687 - 0.0257=218625.95kg/(s ni)Reo=0.202 60.73=26960.000455普朗特準數(shù)Cpo oPr =1910 O000455 =6.830.

8、1273因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)ho為Re=亜iMide =n 24di)0.0322 n43.14 0.020.022)=0.029m0 551/3ho = 0.36 X 0.1273/0.0202 X 2696 . X 6.83 X 1.02 。=329.6 W/(m C )(2)管程對流傳熱系數(shù)Pr ()卩w其中：hi = 0.36 Re。55 1/3 M ede 管程流通截面積s=衛(wèi)？n=0.0066 m42 管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為G = W =779115.2kg/(h mf)=216.42 kg/(sSi.221642 =5833.450.000742 普蘭特準數(shù)0.624

9、Pr =也= 4174 O000742 =4.96i因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)h為h36 隘 583340.55 4.961=1548.64W/(m 2C )污垢系數(shù):管側 RO = 0.000344m2W管外側 r = 0.0005191m2W管子材質(zhì)金屬的導熱系數(shù)入=116.3W- m1c-1hoRots d。d。(門時w dwd mhi di10.0005191329.6(0.025 0.02)/2116.30.025(0.025 0.02)/20.0003440.0250.0210.0251548.640.020.0048=0.0048解得：Ki = 208W/ (m2 C )此計算值

10、與前面的初設值K =200 W/ (m 2 C )的關系：該換熱器的傳熱系數(shù)裕度為匕丄 208 2 4.17%K200滿足換熱器設計所要求的 5%之的圍，初選的換熱器合適。(4)傳熱面積換熱器的實際傳熱面積 SpA = n do(l1)=3.14 X 0.025 X 42X 2.9= 9.56m該換熱器的面積裕度為100%= 9.56 8.087 100%=18 %8.087滿足要求的30%以下的圍，該換熱器符合實際生產(chǎn)要求。壁溫核算因管壁很薄，且管壁熱阻很小，該換熱器用自來水作為冷卻水，設定冷卻水進口溫度為25C,出口溫度為 35 C來計算傳熱管壁溫度。傳熱管平均壁溫tw帀Eo(Th 切 3

11、0329.61548.64(0.02 /0.025)融(730)=38.4 C 39 C查的在該溫度下甲苯的粘度30.54 10 Pa s，水的粘度0.668 10 3Pa s對管側(一)0.14w0.0007420.0006680.141.01對殼側()0.14w0.0004550.000540.140.976換熱器流體的流動阻力(壓降)(1)管程流動阻力管流體在Re=5833.45時，查的摩擦阻力系數(shù)ft =0.011直管部分的壓降: p1=4ftGi2 lnt2qc di4 0.011 779115.22 3 22 1.27 1082=31.73 （ kg/m）=311Pa彎管回路中的壓

12、降: p2= 4Gi nt4 779115.2 2 =57.7（kg/m ）=565.46 Pa2q2 1.27 108 994.3總壓降：刀 Pi=( P1+AP2)= ( 311+565.46 )= 876.46Pa(2)殼程阻力：用概算法： p1= 10.4 c-qc10.4218625.9& 31.27 108 866=13.6 （kg/m2）管側，殼側的壓力損失均滿足要求，該設計可行5計算結果總匯表2設計結果一覽表 換熱器形式:管殼臥式換熱面積/m2 :8.65工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水甲苯操作壓力/MPa0.56.5操作溫度/ C4590流量 / (kg/h )5142.1

13、65618.687流體密度/ ( kg/m3)994.3866流速/(m0.50.5傳熱量/kw59.6259.62總傳熱系數(shù)/ (w/ m2 k)208208傳熱系數(shù)/ (w/m2 k)1548.64329.6污垢系數(shù)/ (m2 k/w)0.00033440.0005159阻力降Pa876.46133.416程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格0 25 X 2.5管數(shù)38管長3000mm管間距/mm32排列方式正三角形折流板形式上下間距230mm殼體徑/mm509切口咼度127.25mm設計感想此次化工原理課程設計題目是“空氣壓縮機后冷卻器設計” ，因為上學期老師對傳熱與換熱 設備相關容講得

14、很詳細，印象還比較深，加上這學期正好學習了過程設備設計 。另外， 從圖書館借閱的幾本書也非常具有參考性，所以總體來說這次課程設計沒有遇到太大的難 題。但不可否認的是設計過程很磨練人的耐心和毅力。一 數(shù)據(jù)計算這是設計第一階段的主要任務。 數(shù)據(jù)計算的準確性直接影響到后面的各階段， 這就需要我 們具有極大的耐心。 從拿到原始設計數(shù)據(jù)到確定最終參數(shù)， 持續(xù)了將近一個星期： 確定需要 求的參數(shù)，查資料找公式、標準值等，一步一步進行計算。我在確定傳熱面積的時候，因為 取的管數(shù)太多導致后面得到的傳熱面積裕度超出規(guī)定圍， 所以又得回去再算一遍， 可見在設 計過程中，細心是非常重要的，因為它可以減少很多不必要的

15、麻煩。二 查資料以前有個錯誤的認識： 查資料嘛， 按部就班就可以了， 簡單！但是這次課程設計卻完全改 變了我的認識。 其實查資料是很講究技巧的， 也是相對比較靈活的。另外， 我這次用到的參 考資料有將近 10 種之多，這在之前是難以想象的。三 AutoCAD 繪圖這是第一次嘗試用專業(yè)繪圖軟件AutoCAD進行繪圖。這個軟件我們很熟悉也很陌生，熟悉是因為大一學工程制圖時有接觸到這個軟件， 陌生是因為正真會用或用得好的同學是鳳毛麟 角。但是，沒有壓力哪來動力，在下定決心之后，馬上借來幾 AutoCAD學習的資料，重溫各 種操作工具及技巧等。在準備了幾天之后才開始正式畫圖，不斷修改，差漏補缺， 知道最后完成整個設計圖。四 完成設計說明書這是最后總結性的階段。需要對前面的數(shù)據(jù)進行整理歸納，需要一定的耐心。 耐心、細心、決心是本次課程設計最大的感受。最后，再次感柯老師在整個設計過程中給予的悉心指導！參考文獻1】鐘理 ,伍欽，馬四朋 . 化工原理（上） . ，化學工業(yè)，2008.8.2】材料與零部件（上） . 科學技術 . 1982.7.3】錢頌文. 換熱器設計手冊 ，化學工業(yè)，2002.84】匡國柱. 化工單元過程及設備課