浮头式换热器设计

1、目 录一、 引言1.1 列管式换热器设计任务书21.2 设计题目的目的、意义、内容、主要任务 3二、正文 2.1 确定设计方案4 2.2 确定物性数据4 2.3 估算传热面积5 2.4 工艺结构尺寸6 2.4.1管径和管内流速6 2.4.2管程数和传热管数6 2.4.3 平均温差校正及壳程数6 2.4.4 传热管排列和分程方法72.4.5 壳体直径 7 2.4.6 折流板7 2.4.7 接管7 2.5 换热器核算8 2.5.1.传热面积校核8 2.5.2换热器内压降的核算10三、结论12四、参考文献13一、引 言1.1 列管式换热器设计任务书1.1.1.设计题目：1，3-丁二烯气体换热器设计1

2、.1.2.设计任务及操作条件1设计任务：工作能力（进料量q=+511000=/h）2操作条件：1，3-丁二烯气体的压力：6.9MPa 进口110，出口60 循环冷却水的压力：0.4MPa 进口30，出口401.1.3.设备型式：浮头式换热器1.1.4.物性参数1，3-丁二烯气体在定性温度（85）下的有关物性数据如下：密度 =527/m3定压比热容 =2.756kJ/（）热导率 =0.0999W/（m）粘度 =9.10810-5Pas循环水在定性温度（34）下的物性数据如下：密度 =994.4kg/m3定压比热容 =4.08kJ/（kg）热导率 =0.624W/（m）粘度 =0.72510-3P

3、as1.1.5.设计内容：1.设计方案的选择及流程说明2工艺计算3主要设备工艺尺寸（1）冷凝器结构尺寸的确定（2）传热面积，两侧流体压降校核（3）接管尺寸的确定4换热器设备图和说明书 1.2 设计题目的目的、意义、内容、主要任务1.2.1. 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

4、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基本要求，对学生进行绘图基本技能训练1.2.2. 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

5、管表等。1.2.3. 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，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。 二、 正 文 2.1确定设计方案2.1.1.选择换热器的类型 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

6、.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，1，3-丁二烯气体走壳程。 2.2确定物性数据进料量：q=+1381000=kg/h项目管程（循环水）壳程（1，3-丁二烯气体）定性温度物性参数1=994.4/m3=4.08kJ/（）=0.626W/（m）=0.72510-3Pas=527kg/m3=2.756kJ/（kg）=0.0999W/（m）=9.10810-5Pas2.3估算传热面积2.3.1传热量： =2.761（110-60）=9506.8 kW2.3.2冷却水用量：kg/s 2.3.3平均温差：2.3.4初算总传热面积由

7、于壳程气体压力较高，故可选取较大的K值2，假定总传热系数K=450W.m-2.-1,则计算所需传热面积为： 2.4工艺结构尺寸2.4.1管径和管内流速选用25mm2.5mm的碳钢管3,取管内流速=1.2m/s42.4.2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（根）按单程管计算，所需的传热管长度为：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=7m，则该换热器管程数为：2传热管总根数 6212=1242（根）2.4.3 平均温差校正及壳程数平均传热温差校正系数： 按单壳程双管程结构，温差校正系数应为2：，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

8、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4，管心距Pt=1.2525=31.2532（mm）,隔板中心到离其最近一排管中心距离：Z=Pt/2+6=22mm各程相邻管的管心距为44mm。管束的分程方法:每程各有传热管621根，横过管束中心线的管数4：2.4.5 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4，则壳体直径为：=1415.39（mm）圆整可取1400（mm）2.4.6 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=0.251415.3=353.825(mm),进挡所以可以取h=35

9、0(mm)，所取折流板间距B=0.3D=0.31400=420（mm）可取B=400(mm)折流板数：2.4.7 接管壳程流体进出口接管，取接管内循环水流速u1=10m/s,则接管内径为 取整后D1=110mm管程流体出口接管：取壳内流体流速u2=1.2m/s,则接管内径为取整后D2=220mm2.5换热器核算2.5.1.传热面积校核 1.管程传热膜系数4 管程流体流通截面积Si=0.7850.02258=0.182m2管程流体的流速和雷诺数分别为： ui=233.0/（994.40.182）=1.197m/s Re=0.021.197994.4/（0.72510-3）=32835普朗特数 P

10、r=4.0810000.7251000/0.626=4.73可得5680.23 W/(m2k) 2.壳程表面传热系数4 管子按正三角形排列，传热当量直径为 = =0.02（m） 壳程流通截面积 =0.2501.150（1-25/32）=0.06289（m2） 壳程流体流速和雷诺数分别为：普朗特数 黏度校正4 则壳程传热膜系数3.污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻：1.71810-4（m2 ）/W 管内污垢热阻： 3.439510-4 （m2 ）/W 碳钢在此条件下的热导率为4：50W/（m） 已知管壁厚度为：，4.总传热系数K4 =597.6 W/（m2）5.传热面积校核4 实际传热面积换热器的面积裕度为 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 由，传热管相对粗糙度0.01参考双对数坐标图2得，流速， KPa4000。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隔板，采用正方形排列方式。正三角形排列结构紧凑，正方形排列便于机械清洗。该换热器的面积裕度H=17.2在15-25之间，则所设计换热器能够完成生产任务。管程流动阻力为