化工原理换热器课程设计--列管式换热器的工艺设计和选用.doc

成绩 .列管式换热器的工艺设计任务书二题 目 列管式换热器的工艺设计和选用 课 程 名 称 化工原理课程设计 专 业 化学工程与工艺 班 级 b 08化工2班 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 设计起止时间：2010 年9月6日至2010 年 9月17 日 设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用一、 设计条件4、某生产过程要求用冷却循环水将有机液体产品从120冷却至40，冷却循环水的进口温度为30，出口温度为45。有机液体产品的流量为3.5104kg/h，设计要求管程压降均不大于60kpa。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。二、 设计说明书的内容1、目录；2、设计题目及原始数据（任务书）；3、论述换热器总体结构（换热器型式、主要结构）的选择；4、换热器加热过程有关计算（物料衡算、热量衡算、传热面积、换热器型号、壳体直径等）；5、设计结果概要（主要设备尺寸、衡算结果等）；6、主体设备设计计算及说明目录（一）确定设计方案4（二）确定物性数据4（三）计算总传热系数41.热负荷的计算42.平均传热温差43.估k值54.由k值估算传热面积55.冷却水用量5（四）工艺结构尺寸51.管径、管长、管数52.管子的排列方法53.壳体内径的计算64.折流板65.计算壳程流通面积及流速66.计算实际传热面积67.传热温差报正系数的确定68.管程与壳程传热系数的确定69.传热系数的确定710、传热面积811、附件812、换热器流体流动阻力9（五）结果概要10（六）总结11（七）参考文献12（八）附录12（一）确定设计方案1、选择换热器类型两流体的温度变化情况：热流体进口温度为120，出口温度为40冷流体进口温度为30，出口温度为45从两流体的温度来看，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、流径安排由于循环水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，有机液体走壳程。（二）确定物性数据物料密 度kg/m3粘 度pa.s比热容kj/(kg. )导热系数w/(m. )有机液体9860.5410-34.190.662水9940.78210-34.1740.626（三）估算传热面积1.热负荷的计算2.平均传热温差3.估k值4.由k值估算传热面积=5.冷却水用量（四）工艺结构尺寸1.管径、管长、管数2.管径选择 选用传热管（碳钢），管长l=6m计算管数 估算馆内流速 取管内流速=0.57m/s0.5故可按单管程设计3.确定管子在管板上的排列方法式确定排列方法 采用正三角形排列管子与管板采用焊接结构。计算管心距 4.壳体内径的计算 取管板利用率为=0.8则壳体内径 圆整 5.折流板圆缺高度的计算 折流板间距 折流板数量 5.计算壳程流通面积及流速计算流通面积 计算壳程流体流速 6.计算实际传热面积7.传热温差报正系数的确定查表：8.管程与壳程传热系数的确定壳程表面传热系数 当量直径，由正方形排列得：壳程流通截面积：壳程流体流速：雷诺数：普兰特准数：粘度校正管程表面传热系数管程流体流速：雷诺数：普兰特准数：9.传热系数的确定的查取管外侧污垢热阻 =1.7197管内侧污垢热阻 管壁热阻 碳钢在该条件下的热导率为45，则的计算的确定10、传热面积11、附件拉杆数量本换热器壳体内径为325mm，故其拉杆直径为，拉杆数量不得少于4个。壳程流体接管直径：取接管内液体流速为，则接管内径为管程流体接管直径：取接管内液体流速为，则接管内径为12、换热器流体流动阻力管程流体阻力由，传热管对粗糙度，查莫狄图得 每程直管压降 每程回弯压降 总压降壳程流体阻力管速压降 折流板缺口压降总压降（五）结果概要换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：参数管程壳程流率(kg/h)12708.46820000进口温度/20140出口温度/40110压力/mpa0.40.3物性参数定性温度/30125密度/（kg/m3）995.781.09547103定压比热容/kj/（kg）4.17901.77029粘度/（mpas）0.797325.6898110-1热导率（w/m） 0.615641.3494510-1普朗特数5.417.46设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/mm325台数1管径/mm管心距mm31.25管长/mm2000管子排列正方形管数/根64折流板数/个6传热面积/m210.05折流板间距mm300管程数4材质碳钢圆缺高度/mm81.25拉杆直径及数量接管/mm5060主要计算结果管程壳程流速/（m/s）0.7050.26表面传热系数/w/（m2）3466.6684.495污垢热阻/（m2/w）3.439410-41.719710-4管壁热阻/（m2/w）阻力/ kpa8.450.94热流量/kw295.0483温度校正系数0.92传热温差/87.32总传热系数ko/w/（m2）402.31（六）总结1、结果 估算管内流速 ，在0.53范围内，符合要求。由计算得管长，取单程管长，符合要求。换热器的长度与壳体直径之比，在610之间，符合要求。 壳程流体流速 ，在0.21.5范围内，符合要求。 传热温差校正系数，符合要求。 ，在1.151.25范围内，符合要求。 ，在1.151.25范围内，符合要求。 管程流体阻力，符合要求。壳程流体阻力，符合要求。2、心得体会 换热器广泛应用于工业生产中，在其间占据着重要的地位。 通过这次化工原理课程设计，了解了很多关于换热器的知识，换热器的选型，换热器结构和尺寸的确定，以及计算换热器的传热面积和流体阻力等等。其中感受最多的就是在运算中需要谨慎以及耐心。往往一个公式的代错便会造成一步错、步步错的局面。这就对我们选择工程类学科的学员提出了要求。仔细、是一种能力也是一种态度。这也是以后我们在工作中不可或缺的一种素质。估值，是一个不断尝试不断重复的过程，而这个过程，总不会一帆风顺。不管在人生的什么阶段，我们总会遇到挫折，而我们需要的便是克服这些挫折的勇气，永远不轻言放弃。不管怎么说，课程设计总算接近尾声了。感谢在此过程中同学给与的帮助，特别感谢傅老师在整个设计过程给予的悉心指导。（七）参考文献【1】化工原理课程设计 贾绍义 柴诚敬 主编 天津大学出版社 【2】化工原理（上） 夏青 陈常贵 主编 天津大学出版社【3】化工原理课程设计指导 任晓光 主编 化学工艺出版社【4】化工设备机械基础 董大勤 主编 化学工艺出版社（八）附录chemcad运行结果 tabulated analysis -overall data: area total m2 10.05 % excess 83.74 area required m2 5.16 u calc. w/m2-k 590.49 area effective m2 9.48 u service w/m2-k 321.37 area per shell m2 9.48 heat duty mj/h 1.03e+003 weight lmtd c 94.91 lmtd corr factor 0.9888 corr lmtd c 93.85shellside data: crossflow vel. m/sec 9.2e-002 endzone vel. 8.0e-002 window vel. 1.6e-001 film coef. w/m2-k 2158.05 reynolds no. 2669 allow press. drop mpa 0.03 calc. press. drop mpa -0.01 inlet nozzle size m 0.15 press. drop/in nozzle mpa 0.00 outlet nozzle size m 0.15 press. drop/out nozzle mpa 0.00 mean temperature c 30.00 rho v2 in kg/m-sec2 35.16 press. drop (dirty) mpa -0.01stream analysis: sa factors: a 7.74 b 70.23 c 16.27 e 5.76 f 0.00 ideal cross vel. m/sec 0.13 ideal window vel. m/sec 0.19tubeside data: film coef. w/m2-k 1603.99 reynolds no. 38686 allow press. drop mpa 0.03 calc. press. drop mpa 0.01 inlet nozzle size m 0.15 press. drop/in nozzle mpa 0.00 outlet nozzle size m 0.15 press. drop/out nozzle mpa 0.00 interm. nozzle size m 0.00 mean temperature c 125.00 velocity m/sec 1.01 mean metal temperature c 67.47clearance data: baffle m 0.0032 outer tube limit m 0.2900 tube hole m 0.0008 outer tube clear. m 0.0350 bundle top space m 0.0000 pass part clear. m 0.0000 bundle btm space m 0.0000baffle parameters: number of baffles 5 baffle type single segmental inlet space m 0.342 center space m 0.300 outlet space m 0.342 baffle cut percent 25.000 baffle overlap m 0.050 baffle cut direction horizontal baffle cut basis diameter number of int. baffles 0 baffle thickness m 0.003 shell: shell o.d. m 0.35 orientation h shell i.d. m 0.33 shell in series 1 bonnet i.d. m 0.33 shell in parallel 1 type aew max. heat flux btu/ft2-hr 0.00 imping. plate impingement plate sealing strip 5tubes: number 64 tube type bare length m 2.00 free int. fl area m2 0.00 tube o.d. m 0.025 fin efficiency 0.000tube i.d. m 0.020 tube pattern squar tube wall thk. m 0.003 tube pitch m 0.032 no. tube pass 4 inner roughness m 0.0000560resistances: shellside film m2-k/w 0.00046 shellside fouling m2-k/w 0.00018 tube wall m2-k/w 0.00005 tubeside fouling m2-k/w 0.00018 tubeside film m2-k/w 0.00062 reference factor (total outside area/inside area based on tube id) 1.250pressure drop distribution: tube side shell side inlet nozzle mpa 0.0000 inlet nozzle mpa 0.0000 tube entrance mpa 0.0008 impingement mpa 0.0000 tube mpa 0.0065 bundle mpa 0.