管殼式臥式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、管殼式臥式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書1設(shè)計(jì)題目管殼式臥式換熱器設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)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(shè) 計(jì)一臺(tái)管殼式臥式換熱器完成該生產(chǎn)任務(wù)。每年按330天計(jì)算，每天24h連續(xù)運(yùn)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(dǎo)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(shè)

2、計(jì)容和要求(1)標(biāo)題頁(yè)目錄(3) 確定設(shè)計(jì)方案(4) 傳熱面積計(jì)算(5) 工藝結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算(6) 換熱器校核(7) 換熱器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表(8) 換熱器工藝條件圖(9) 自設(shè)計(jì)使用該換熱器的工藝流程圖(10) 對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)(11) 參考文獻(xiàn)4設(shè)計(jì)容4.1選擇換熱器的類型本設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)或能化學(xué)清洗。本次設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)緊湊、 堅(jiān)固，傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適用性較強(qiáng)，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)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(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。4.2流動(dòng)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(dòng)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(shè)定設(shè)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(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)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(cè)采用正方形排列。其中，每程的正三角形排列，其優(yōu)點(diǎn)為管板強(qiáng)度高，流體走短路的機(jī)會(huì)少，且管外流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)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(jì)算接口直徑1.計(jì)算循環(huán)冷卻水進(jìn)出口管徑 d1，設(shè)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(jì)算甲苯進(jìn)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(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)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(dāng)

7、水做冷卻劑時(shí)，粘度校正為()0.14 =1.05 W當(dāng)量直徑，管子為正三角形排列時(shí)，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(zhǔn)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(duì)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(zhǔn)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(cè) RO = 0.000344m2W管外側(cè) r = 0.0005191m2W管子材質(zhì)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)入=116.3W- m1c-1hoRots d。d。(門時(shí)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(jì)算值

10、與前面的初設(shè)值K =200 W/ (m 2 C )的關(guān)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(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(lái)水作為冷卻水，設(shè)定冷卻水進(jìn)口溫度為25C,出口溫度為 35 C來(lái)計(jì)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(duì)管側(cè)(一)0.14w0.0007420.0006680.141.01對(duì)殼側(cè)()0.14w0.0004550.000540.140.976換熱器流體的流動(dòng)阻力(壓降)(1)管程流動(dòng)阻力管流體在Re=5833.45時(shí)，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(cè)，殼側(cè)的壓力損失均滿足要求，該設(shè)計(jì)可行5計(jì)算結(jié)果總匯表2設(shè)計(jì)結(jié)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(zhǎng)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(shè)計(jì)感想此次化工原理課程設(shè)計(jì)題目是“空氣壓縮機(jī)后冷卻器設(shè)計(jì)” ，因?yàn)樯蠈W(xué)期老師對(duì)傳熱與換熱 設(shè)備相關(guān)容講得

14、很詳細(xì)，印象還比較深，加上這學(xué)期正好學(xué)習(xí)了過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì) 。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(lái)說(shuō)這次課程設(shè)計(jì)沒(méi)有遇到太大的難 題。但不可否認(rèn)的是設(shè)計(jì)過(guò)程很磨練人的耐心和毅力。一 數(shù)據(jù)計(jì)算這是設(shè)計(jì)第一階段的主要任務(wù)。 數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)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(shè)計(jì)數(shù)據(jù)到確定最終參數(shù)， 持續(xù)了將近一個(gè)星期： 確定需要 求的參數(shù)，查資料找公式、標(biāo)準(zhǔn)值等，一步一步進(jìn)行計(jì)算。我在確定傳熱面積的時(shí)候，因?yàn)?取的管數(shù)太多導(dǎo)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(shè) 計(jì)過(guò)程中，細(xì)心是非常重要的，因?yàn)樗梢詼p少很多不必要的

15、麻煩。二 查資料以前有個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)： 查資料嘛， 按部就班就可以了， 簡(jiǎn)單！但是這次課程設(shè)計(jì)卻完全改 變了我的認(rèn)識(shí)。 其實(shí)查資料是很講究技巧的， 也是相對(duì)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(jìn)行繪圖。這個(gè)軟件我們很熟悉也很陌生，熟悉是因?yàn)榇笠粚W(xué)工程制圖時(shí)有接觸到這個(gè)軟件， 陌生是因?yàn)檎鏁?huì)用或用得好的同學(xué)是鳳毛麟 角。但是，沒(méi)有壓力哪來(lái)動(dòng)力，在下定決心之后，馬上借來(lái)幾 AutoCAD學(xué)習(xí)的資料，重溫各 種操作工具及技巧等。在準(zhǔn)備了幾天之后才開始正式畫圖，不斷修改，差漏補(bǔ)缺， 知道最后完成整個(gè)設(shè)計(jì)圖。四 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書這是最后總結(jié)性的階段。需要對(duì)前面的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納，需要一定的耐心。 耐心、細(xì)心、決心是本次課程設(shè)計(jì)最大的感受。最后，再次感柯老師在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給予的悉心指導(dǎo)！參考文獻(xiàn)1】鐘理 ,伍欽，馬四朋 . 化工原理（上） . ，化學(xué)工業(yè)，2008.8.2】材料與零部件（上） . 科學(xué)技術(shù) . 1982.7.3】錢頌文. 換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè) ，化學(xué)工業(yè)，2002.84】匡國(guó)柱. 化工單元過(guò)程及設(shè)備課