列管式换热的设计

1、北京化工大学北方学院课程设计报告课程名称列管式换热器设计设计题目有机气体换热器设计专业班级应化0801学 号080105008姓名康幸指导老师顾明广设计时间 U周2011年9月目录.弓I言1.1列管式换热器设计任务书 31.2工艺流程草图及说明5二、正文2.1 确定设计方案62.2 确定物性数据62.3 估算传热面积 62.4 工艺结构结构72.4.1管径和管内流速72.4.2管程数和传热管数72.4.3平均温差校正及壳程数72.4.4传热管排列和分程方法72.4.5壳体直径 72.4.6 折流板 72.4.7 接管82.5 换热器核算 92.5.1.传热面积校核 92.5.2换热器内压降的核

2、算11三、主要结构尺寸和计算结果表 1314四、设计评述 14五、参考文献、引言1.1设计题目的目的、意义、内容、主要任务1. 课程设计的目的：(1) 使学生掌握化工设计的基本程序与方法；(2) 结合设计课题培养学生查阅有关技术资料及物性参数的能力；(3) 通过查阅技术资料，选用设计计算公式，搜集数据，分析工艺参数与结构尺 寸间的相互影响，增强学生分析问题、解决问题的能力；(4) 对学生进行化工工程设计的基本训练，使学生了解一般化工工程设计的基本 内容与要求；(5) 通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要 求；(6) 了解一般化工设备图的基本要求，对学生进行绘图基本

3、技能训练2. 课程设计内容：(1) 设计方案简介 对给定或选定的工艺流程。主要设备的型式进行简要的论述(2) 主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计。(3) 典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定。(4) 工艺流程简图以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、 物流量，能流量和主要化工参数测量点。(5) 主体设备工艺条件图，图画上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接3. 课程设计的基本教学要求(1) 要求设计者接收设计任务书后，运用所学知识，经详细、全面考虑，确定设 计方案，选用计算公式

4、，认真收集查取相关的物性参数。(2) 正确选用设计参数，树立从技术上可行和经济上合理两方面考虑的工程观 点，兼顾操作维修的方便和环境保护的要求，从总体上得到最佳结果。(3) 准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算，以确保在规定时间 内完成设计任务。1.2工艺流程草图及说明反应器的1, 3-丁二烯与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110C进一步冷却至60C后，进入吸收塔吸收其中的可溶性组分。已知混合气体的流量为 204000kg/h ,压力为6.9MPa,循环冷却水的压力为 0.4MPa,循环水的入口温度为 29C，出口温度为39C。正文2. 1确定设计方案2.1.1. 选择换热器的

5、类型该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，结合两流体 的温度差，估计该换热器管壁温度和壳体温度之差较大， 初步确定用浮头式换热 器。2.2.2. 管程安排由于循环冷却水容易结垢，若其流速太低，会加快结垢速度，影响换热，从 总体考虑应使循环水走管程，混合气体走壳程。2.2确定物性数据进料量：140000+ (254-190 )X 1000=204000kg/h项目管程壳程t 29 3934t 110 6085 r定性温度 22=90 kg /m312=994.3kg/m3物性参数CP1 =3.297kJ/kkCCp2=4.174kJ/kg r1 =0.0279w/m2=0.62

6、4w/mC1= X 10-5Pas=0.742 X 10-3 Pas22.3估算传热面积2.3.1传热量：Q qmlCPl(Ti T2) qm2Cp2(t2204000 3.297 1 03 (110 60)“J/h3600=9341.5kw2.3.2冷却水用量:qm.c2.3.3QCp2(t2 t1 )平均温差:4.174 103 10223.8kg/stm（t2）（T2 Wln1t2(110 39) (601 71ln -31In t248.3 C234初算总传热面积由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值，假定总传热系数K=390W.m. C-1 参照【化工原理 表3-8】,贝计算所需

7、传热面积为：496.0m2Q 9341.5 103 2 mK tm 390 48.32.4工艺结构尺寸2.4.1管径和管内流速因为管程走的是流体水，为防止结构选用25X 2的不朽钢管【化工机械手册】取管内流速i 1.2m/s【化工原理课程设计 表3-1】2.4.2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Nsqm.cd2 ii i223.823.14 0.0211.5 门994.34593.95取 NS 594按单程管计算，所需的传热管长度为:宝496m 10.64mdNS 3.14 0.025 594按单管程设计，传热管过长，因此采用多管程结构。先取传热管长l=6m，则该换热器管程

8、数为：Np L 10664 2（管程），传热管总根数594X 2=1188 （根）。2.4.3平均温差校正及壳程数平均传热温差校正系数:上2 bT1 t139 29110290.123Ti T2110 60 匚R5ti t239 29按单壳程双管程结构，温差校正系数应查【化工原理课程设计书，图3-9】得：t 0.96，tm t tm 0.96 48.3 46.4 C由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。2.4.4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【化 工原理课程设计，图3-5】管心距Pt=1.25 do=1.

9、25 X 25=31.2532 (mm，隔板 中心到离其最近一排管中心距离：Z=R/2+6=22mm各程相邻管的管心距为44mm 2.4.5壳体直径采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率0.75，则壳体直径为：D1.05 32960 0.751277.24mm圆整可取1300 ( mm2.4.6折流板采用弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%则切去的圆缺高度为 h=0.25X 1280=320mm所以可以取 h=320mm 所取折流板间距 B=0.3D=0.3 X 1300=390mm 可取 B=400(mm)折流板数：传热管长N B折流板间距600040014(块)2.4.7接管管程流

10、体进出口接管：取接管其流体流速为u=6m/s,则接管内径为则接管内径为D14 204000/(3600 90)3.14 10取标准管径为400 (mr)i壳管程流体进出口接管，取接管内循环水流速U1=1.2m/s,0.283(m) =283mm取整后D=300mm管程流体出口接管：取壳内流体流速 U2=1.5m/s,则接管内径为/4 204000/(3600 90)D2 I0.856(m)=856mm3.14 1.22.5换热器核算2.5.1 .传热面积校核1.管程传热膜系数i 0.023 凡0.8P0.4【化工原理课程设计，公式di管程流体流通截面积2 2S=0.785 X 0.02 X 1

11、042- 2=0.173642 m管程流体的流速和雷诺数分别i=703002/ (3600X 994.3 X 0.1636) =1.2m/s e=0.02 X 1.2 X 994.3/ (0.742 X 10-4) =321874-23 】uR普朗特数Pr=4.174 X 1000X 0.742 X 1000/0.624=4.963可得i 0.023 0624 333400.8 4.9630.435690.022 ，壳程传热膜系数10.140 0.36&0.55，【化工原理课程设计，公式dew4-25 】管子按正三角形排列，传热当量直径为43 Pt2do 43 0.03220.02522424

12、de=do0.025=0.02 ( m壳程流通截面积S BD 1 =400 X 1300X( 1-25/32 ) =0.1138 ( P1)壳程流体流速和雷诺数分别为Uo24/(360 9)5.54m/s0.11375Re0.02 5.54 901.5 10664800普朗特数Pr。33.297 1051.5 100.02791.773黏度校正(严1w则壳程传热膜系数10 0.36-00.5皆(一)0.14dew10.02790 5530.3666480001.7733 10.022495.59(w/m C)3.污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻：0.8598 X 10-4m C/W管内污垢热阻

13、：3.4395 X 10-4 m2 C /W碳钢在此条件下的热导率为：50W/mC【化工原理课程设计附录】已知管壁厚度为：b 0.0025m ,4. 总传热系数Kd0bd0idis didmR0【化工原理课程设计，公式4-22】0.025664800 0.023.4394 10 40.0250.020.0025 0.02550 0.02250.8598 10 41495.59402.25(w/m C)5传热面积校核1SQ9341.5496.0(m2)K tm39048.3【化工原理课程设计，公式4-10】实际传热面积SdglNs3.140.02526 1188600.16( m )换热器的面积

14、裕度为 摯 1.21S 496.0传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务2.5.2换热器内压降的核算1.管程阻力P ( P 巳)比山斤Ns 1,Np 2,2Ui2由Re 5495，传热管相对粗糙度0.01参考图【化工原理课程设，94页】Re双对数坐标图【化工原理图，1-36】得0.04，流速ui 1.2m/s，3994.3 kg/mF20.03261.22 994.30.02 26884.06( Pa)2Ui22994.3 1.2222151.269( Pa)P (6884.06 2151.269) 2 1.425.299( KPa) 4000管程流体流动为湍流，能够较好的达到换热的要 求。每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装