管式换热器的设计和选型(成文).doc

化工流体传热课程设计学 院 化工学院 班 级 化学工程与工艺七班 年 级 2008级 姓 名 白少清 学 号 3008207180 指导教师 张裕卿 目录一、 设计内容简介二、 确定设计方案三、 确定物性数据四、 计算总传热系数五、 计算传热面积六、 工艺结构尺寸七、 换热器核算八、 经济核算九、 参考文献十、 符号说明十一、 设计评述一、 设计内容简介 1.设计要求：在一反应器的反应过程中,需要将反应过程中挥发出来的溶剂冷却再回流到反应器中,试设计一管壳式换热器,要求能够把挥发出来的溶剂完全都回流到反应器中。溶剂的种类:1) 二甲基乙酰胺2) 无水乙醇3) 2M硫酸水溶液4) 120号航空汽油2.设计题目： 在某化工生产过程中，需将由反应器中正发出的二甲基乙酰胺气体从其沸点温度166降至34，反应器的功率为350kW；冷却介质采用当地（天津市）地下水，冷却水入口温度为15，出口温度为45。试设计一台管壳式换热器，完成该生产任务。二、确定设计方案1.选择换热器的类型由于管壳式换热器具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、清洗方便及适应性强等特点，因此初步确定选用管壳式换热器完成生产任务。2.流动空间及流速的确定该生产任务的热流体为二甲基乙酰胺，冷流体为水。由于冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使冷却水走管程。同时，可使二甲基乙酰胺通过壳壁面想空气中散热，提高冷却效果。所以，二甲基乙酰胺走壳程，冷却水走管程。其中，换热器选用252.5的碳钢管，管内流速取0.5m/s。三、 确定物性数据1.物性基本数据查取定性温度：可取流体进出口温度的平均值。壳程中二甲基乙酰胺的定性温度为管程中冷却水的定性温度为根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。二甲基乙酰胺在100下的有关物性数据如下： 密度 定压比热容 导热系数 粘度冷却水在30下的有关物性数据如下： 密度 定压比热容 导热系数 粘度 四、计算总传热系数1.热负荷的计算反应器的热功率,即热负荷为350kW2.计算平均温度差暂设设备为单壳程、双管程考虑，流动状态为逆流。二甲基乙酰胺 166 34 冷却水 45 15 121 19计算因数R和P按照单壳程、双管程，温度校正系数应由温度差校正系数算图查出，因为 所以有：3.冷却水用量4.总传热系数K(1)管程传热系数由于水为低粘度流体， Re10000、0.7Pr120，且流体被加热，n=0.4，所以可使用迪斯特-贝尔特关联式，即：(2)壳程传热系数 污垢热阻 五、计算传热面积 六、工艺结构尺寸1.管径和管内流速 选用252.5的碳钢传热管，取管内流速0.5m/s。2.管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数按单程管计算，所需的传热管长度为按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长l=12m，则该换热器的管程数为 3.传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方型排列。横过管束中心线的管数 4.壳体内径采用多管程结构，取管板利用率为0.7，则壳体内径为 圆整可取D=550mm。5.折流挡板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切取的圆缺度为故可取h=140mm。折流挡板间距B=3D，则可取B为160mm。 折流板圆缺面水平装配。6.接管(1)壳程流体进出口接管：取接管内二甲基乙酰胺流速为u=1.0m/s，则接管内径为取标准管径为50mm。(2)管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速u=1.5m/s，则接管内径为取标准管径为50mm。七、换热器核算1.热量衡算(1)壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用克恩公式当量直径，由正三角形排列得壳程同流截面积壳程流体流速及其雷诺数分别为(2)管程对流传热系数管程流通截面积管程流体流速 (3)传热系数K(4)传热面积该换热器的实际换热面积该换热器的面积裕度为 传热面积裕度适合，该换热器能够完成生产任务。2.换热器内流体的流动阻力(1)管程流动阻力 由于Re=12360.76，传热管相对粗糙度为0.005，经查管流摩擦系数、雷诺数和相对粗糙度图可得 管程流动阻力在允许范围之内。(2)壳程阻力流体流经管束的阻力流体流过折流板缺口的阻力壳程流动阻力也比较适宜。(2)换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果见下表换热器形式：管壳式换热器管口表换热面积(m2):30.16符号尺寸用途连接形式工艺参数a循环水入口平面名称管程壳程b循环水入口平面物料名称冷却水二甲基乙酰胺c油品入口凹凸面操作压力，MPa0.40.36d油品出口凹凸面操作温度，15/45166/34e排气口凹凸面流量，kg/h2795.081165.5f放净口凹凸面流体密度，kg/ m3995.7868 附图： 见最后页流速，m/s0.4970.194传热量，kW350总传热系数，W/ m2.K380.21对流床热系数，W/ m2.K2628.62667.95污垢系数，m2.K/W0.000343940.00017197阻力降，MPa0.007636650.00708047程数81推荐使用材料碳钢碳钢管子规格252.5管数40管长12m管间距，mm32排列方式正三角形折流板形式上下间距150mm切口高度25%壳体内径，mm550保温层厚度八、经济核算1.操作费冷却水费用,以每天十二小时计算，每小时冷却水的用量是2795.08kg/h，则全天用水量为33540.96kg，即每日用水33.54吨。天津市工业用水价格6.5元/吨，所以每日冷却水花费为218元。电源费用，以每天十二小时计算，天津市工业用电价格0.55元/度，所以电源花费为2310元。2.设备费碳钢管碳钢管的价格为9元/米，设备中共使用碳钢管40 根，每根长12米，故碳钢管费用为4320元。法兰本设计共有2处接口使用法兰，即共需要法兰个数为4个，每个法兰价格36元，则法兰共花费144元。换热器壳体取换热器壳体的厚度为0.005m，碳钢市场价格为4250元/吨，则换热器壳体的价格为42507.7800.005123.141590.55=3428元。折流挡板取折流挡板的厚度d为0.005m，同理折流挡板价格为324元。所以设备总花费为8216元，能源花费为2528元/12时。九、参考文献石油化工基础数据手册 卢焕章等编著 化学工业出版社化工流体流动与传热（第二版） 柴诚敬、张国亮主编 化学工业出版社化工流体流动与传热（第二版） 柴诚敬、张国亮主编 化学工业出版社化工原理课程设计 贾绍义、柴诚敬主编 天津大学出版社化工流体流动与传热（第二版） 柴诚敬、张国亮主编 化学工业出版社十、符号说明英文 希文十一、设计评述本设计采用不锈钢管路，用以输送冷却介质，用以设计管试换热器，使从反应器中蒸发出的气体凝结为液体，进而降至常温。设计中压强