山東輕工業(yè)學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)列管式換熱器設(shè)計(jì)

1、列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄一、方案簡(jiǎn)介·············································

2、;···················32、 方案設(shè)計(jì)·····························

3、83;··································41、 確定設(shè)計(jì)方案··············

4、;···············································42、 確定物性數(shù)據(jù)·&

5、#183;·················································&

6、#183;·········43、 計(jì)算總傳熱系數(shù)······································&#

7、183;····················44、 計(jì)算傳熱面積···························

8、3;·································55、 工藝結(jié)構(gòu)尺寸···············

9、··············································56、 換熱器核算··

10、83;·················································

11、83;··········73、 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表·····································

12、3;····················104、 對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述····························

13、;································115、 附圖（主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）（詳情參見(jiàn)圖紙）·············

14、83;···················6、 參考文獻(xiàn)·····························&#

15、183;··································127、 主要符號(hào)說(shuō)明·············

16、83;··············································12附圖···

17、;··················································

18、;·····················一、方案簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)任務(wù)是利用冷流體（水）給硝基苯降溫。利用熱傳遞過(guò)程中對(duì)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(shí),要遵循經(jīng)濟(jì),傳熱效果優(yōu),方便清洗,復(fù)合實(shí)際需要等原則。換熱器分為幾大類(lèi)：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

19、管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場(chǎng)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(jiǎn)單、堅(jiān)固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)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(shè)計(jì)基礎(chǔ)。二、方案設(shè)計(jì)某廠(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)程中，需將硝基苯液體從93冷卻到50。處理能力為1×105噸/年。冷卻介質(zhì)采用自來(lái)水，入口溫度27，出口溫度37。要求換熱器的管程和殼程的壓降不大于10kPa。試設(shè)計(jì)能完成上述任務(wù)的列管式換熱器。（每年按300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行）1確定設(shè)計(jì)方案 （1）選擇換熱器的類(lèi)型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度93，出口溫度50冷流體。冷流體進(jìn)口

20、溫度27，出口溫度37。從兩流體溫度來(lái)看，估計(jì)換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會(huì)很大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。（2）流動(dòng)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。另外，這樣的選擇可以使硝基苯通過(guò)殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時(shí)，在此選擇逆流。選用25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/。 2、確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)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)。 硝基苯在71.5下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 o=1154 kg/m3定壓比熱容

21、cpo=1.558kJ/(kg·)導(dǎo)熱系數(shù) o=418.4×30.9×10-50.129 W/(m·)粘度 o=0.000979 Pa·s冷卻水在32下的物性數(shù)據(jù)： 密度 i=994.3kg/m3定壓比熱容 cpi=4.24 kJ/(kg·)導(dǎo)熱系數(shù) i=0.618 W/(m·)粘度 i=0.000818 Pa·s 3計(jì)算總傳熱系數(shù) （1）熱流量 Wo=1×105×1000÷300÷2413889kg/hQo=Wocpoto=13889×1.558×(93

22、-50)=930479.7 kJ/h=258.5 kW（2）平均傳熱溫差 （3）冷卻水用量 （4）總傳熱系數(shù)K 管程傳熱系數(shù) 殼程傳熱系數(shù) 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)o=290 W/(m2·)； 污垢熱阻Rsi=0.000344 m2·/W , Rso=0.000172 m2·/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45 W/(m·)4、計(jì)算傳熱面積 考慮 15的面積裕度，S=1.15×S''=1.15×19.24=22.12m25、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速及管長(zhǎng) 選用25×2.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速u(mài)i=0.5m/s，

23、選用管長(zhǎng)為3m（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 按單程管計(jì)算其流速為按單管程設(shè)計(jì)，流速過(guò)小，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。則該換熱器管程數(shù)為 (管程)傳熱管總根數(shù) N=94 (根)（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(yīng)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=1.25×25=31.2532(mm)橫過(guò)管束中心線(xiàn)的管數(shù)得到各程之間可排列11支管，即正六邊形可排6層。則實(shí)際排管數(shù)設(shè)為102根，其中4根拉桿，

24、則實(shí)際換熱器為98根（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D400mm （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，則切去的圓缺高度為h0.25×400100mm，故可取h100 mm。 取折流板間距B0.5D，則B0.3×400200mm，可取B為200。 折流板數(shù) NB=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距-1=3000/200-1=14(塊)折流板圓缺面水平裝配。 （7）接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)硝基苯流速為 u1.0 m/s，則接管內(nèi)徑為 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為108 mm×11mm。 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u1.5 m/s，則接管內(nèi)徑為 取76mm×6.5mm無(wú)縫鋼管。6換熱器核算 （1）熱量核算 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當(dāng)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諾數(shù)分別為 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 粘度校正 管程對(duì)流傳熱系數(shù) 管程流通截面積管程流體流速 普蘭特準(zhǔn)數(shù)傳熱系數(shù)K傳熱面積S該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp該換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 （2）換熱器內(nèi)流體的壓力降 管程流動(dòng)阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由