管壳式卧式换热器设计说明书

1、管壳式卧式换热器设计说明书1设计题目管壳式卧式换热器设计2设计条件某厂用循环冷却水甲苯从 80冷却到50,甲苯年处理能力为 44500t/a，压力为6.5MPa, 循环冷却水的入口温度为 25，出口温度为35，要求冷凝器允许压降不大于 500000Pa；试设 计一台管壳式卧式换热器完成该生产任务。每年按330天计算，每天24h连续运行。表1主要物性参数流体定性温度/ C密度kg/m3粘度mPa- s比热容热导率甲苯708660.4551. 91 kJ/(kg - K)0.1273W/(m - K)循环冷却水30994.30.7424.174 kJ/(kg -C)0.624W/(m -C )3设

2、计容和要求(1)标题页目录(3) 确定设计方案(4) 传热面积计算(5) 工艺结构尺寸计算(6) 换热器校核(7) 换热器主要结构参数和设计结果一览表(8) 换热器工艺条件图(9) 自设计使用该换热器的工艺流程图(10) 对本设计的评价(11) 参考文献4设计容4.1选择换热器的类型本设计中循环冷却水甲苯选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：温差不大；温差较大但是壳程压力较小；壳程不易结构或能化学清洗。本次设计条件满足第种情况。另外，固定管板式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、 坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低 廉，

3、且适用于高温、高压的大型装置中。采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。4.2流动方向本冷却器的管程走循环冷却水，壳程走甲苯。热空气和冷却水逆向流动换热。4.3估算传热面积4.3.1.热流量甲苯的质量流W=44500t/a=44500 X 103/(330 X 24)=5618.687 kg/h热流量为Q=Wc(Ti T2) =5618.687 X 1. 91X( 80-60)=214633.8 kJ/h=59620.5W4.3.2.平均传热温差tm =(T1tj(T2以=38 C433.传热面积初步设定设K =200 W- m-2C-1。则估算的

4、传热面积为59620.5200 36.8628.087 m取安全系数1.2，则A=9.705m冷却水用量QW Cpo(t2 ti)214633.84.174 (35 :5142.16 kg/h4.4主体构件的工艺结构尺寸管程数和传热管数选用0 25 x 2.5mm的传热管(碳钢管)；d=25mm,d=20mm管子根数：n=A*n dol=41.2 42中心线或中心线附近管子根数nc=11取管程数为2，则N=n+!杆+5=42+6+5=53平均传热温差校正平均传热温差校正系数t2T280t1 =3560=225P山=西25t180=0.18260温度校正系数为ln =1 PRln 2 p(1 r

5、 Jr2 1)2 P(1 R*R2 1)=0.97传热管的排列采用组合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。其中，每程的正三角形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高，相同的壳程可排列更多的管子。壳体径取管间距：t = 32 mm，则d/、3r d)/d dN(/8)D2得 D=489.38mm可取D为509mm折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体径的25%则取折流板数12,则折流板间隔：h= 一1一=0.23Nb 1计算接口直径1.计算循环冷却水进出口管径 d1，设流速u=0.5m/sqv1d12u4qv1Wi51

6、42.16kg/h 3 1.44 10 3m/s33600 i 3600 994.3kg /md14 1.44 103.14 0.50.0605m 60.5mm所以选用直径为65mm的管子。2.计算甲苯进出口管径 d2qv24dd36005618.687 kg/h33600 866 kg/m1.8 10 3m/s3d24一1.8一10 33.14 0.50.0678m 67.8mm所以选用直径为70mn的管子。4.5换热器主要传热参数核算 热量核算(1)壳程对流传热系数对于圆缺形折流板，可采用克恩公式入 o f 0.551/3 ,卩0、0.14ho = 0.36 Re Pr ()e卩w其中：当

7、水做冷却剂时，粘度校正为()0.14 =1.05 W当量直径，管子为正三角形排列时，73 2 n 24( t -do ) de=24 一n do4( 0.0322 n 0.0252)=24= 0.0202 m3.14 0.025壳程流通截面积=0.0257 mS = hD(1 - 5 )=0.23 X 0.509 x( 1 0.025 ) t0.032壳程冷却水的流速及其雷诺数分别为SoG= Wo =5618.687 - 0.0257=218625.95kg/(s ni)Reo=0.202 60.73=26960.000455普朗特准数Cpo oPr =1910 O000455 =6.830.

8、1273因此，壳程水的传热膜系数ho为Re=亜iMide =n 24di)0.0322 n43.14 0.020.022)=0.029m0 551/3ho = 0.36 X 0.1273/0.0202 X 2696 . X 6.83 X 1.02 。=329.6 W/(m C )(2)管程对流传热系数Pr ()卩w其中：hi = 0.36 Re。55 1/3 M ede 管程流通截面积s=卫？n=0.0066 m42 管程空气的流速及其雷诺数分别为G = W =779115.2kg/(h mf)=216.42 kg/(sSi.221642 =5833.450.000742 普兰特准数0.624

9、Pr =也= 4174 O000742 =4.96i因此，管程空气的传热膜系数h为h36 隘 583340.55 4.961=1548.64W/(m 2C )污垢系数:管侧 RO = 0.000344m2W管外侧 r = 0.0005191m2W管子材质金属的导热系数入=116.3W- m1c-1hoRots d。d。(门时w dwd mhi di10.0005191329.6(0.025 0.02)/2116.30.025(0.025 0.02)/20.0003440.0250.0210.0251548.640.020.0048=0.0048解得：Ki = 208W/ (m2 C )此计算值

10、与前面的初设值K =200 W/ (m 2 C )的关系：该换热器的传热系数裕度为匕丄 208 2 4.17%K200满足换热器设计所要求的 5%之的围，初选的换热器合适。(4)传热面积换热器的实际传热面积 SpA = n do(l1)=3.14 X 0.025 X 42X 2.9= 9.56m该换热器的面积裕度为100%= 9.56 8.087 100%=18 %8.087满足要求的30%以下的围，该换热器符合实际生产要求。壁温核算因管壁很薄，且管壁热阻很小，该换热器用自来水作为冷却水，设定冷却水进口温度为25C,出口温度为 35 C来计算传热管壁温度。传热管平均壁温tw帀Eo(Th 切 3

11、0329.61548.64(0.02 /0.025)融(730)=38.4 C 39 C查的在该温度下甲苯的粘度30.54 10 Pa s，水的粘度0.668 10 3Pa s对管侧(一)0.14w0.0007420.0006680.141.01对壳侧()0.14w0.0004550.000540.140.976换热器流体的流动阻力(压降)(1)管程流动阻力管流体在Re=5833.45时，查的摩擦阻力系数ft =0.011直管部分的压降: p1=4ftGi2 lnt2qc di4 0.011 779115.22 3 22 1.27 1082=31.73 （ kg/m）=311Pa弯管回路中的压

12、降: p2= 4Gi nt4 779115.2 2 =57.7（kg/m ）=565.46 Pa2q2 1.27 108 994.3总压降：刀 Pi=( P1+AP2)= ( 311+565.46 )= 876.46Pa(2)壳程阻力：用概算法： p1= 10.4 c-qc10.4218625.9& 31.27 108 866=13.6 （kg/m2）管侧，壳侧的压力损失均满足要求，该设计可行5计算结果总汇表2设计结果一览表 换热器形式:管壳卧式换热面积/m2 :8.65工艺参数名称管程壳程物料名称循环水甲苯操作压力/MPa0.56.5操作温度/ C4590流量 / (kg/h )5142.1

13、65618.687流体密度/ ( kg/m3)994.3866流速/(m0.50.5传热量/kw59.6259.62总传热系数/ (w/ m2 k)208208传热系数/ (w/m2 k)1548.64329.6污垢系数/ (m2 k/w)0.00033440.0005159阻力降Pa876.46133.416程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格0 25 X 2.5管数38管长3000mm管间距/mm32排列方式正三角形折流板形式上下间距230mm壳体径/mm509切口咼度127.25mm设计感想此次化工原理课程设计题目是“空气压缩机后冷却器设计” ，因为上学期老师对传热与换热 设备相关容讲得

14、很详细，印象还比较深，加上这学期正好学习了过程设备设计 。另外， 从图书馆借阅的几本书也非常具有参考性，所以总体来说这次课程设计没有遇到太大的难 题。但不可否认的是设计过程很磨练人的耐心和毅力。一 数据计算这是设计第一阶段的主要任务。 数据计算的准确性直接影响到后面的各阶段， 这就需要我 们具有极大的耐心。 从拿到原始设计数据到确定最终参数， 持续了将近一个星期： 确定需要 求的参数，查资料找公式、标准值等，一步一步进行计算。我在确定传热面积的时候，因为 取的管数太多导致后面得到的传热面积裕度超出规定围， 所以又得回去再算一遍， 可见在设 计过程中，细心是非常重要的，因为它可以减少很多不必要的

15、麻烦。二 查资料以前有个错误的认识： 查资料嘛， 按部就班就可以了， 简单！但是这次课程设计却完全改 变了我的认识。 其实查资料是很讲究技巧的， 也是相对比较灵活的。另外， 我这次用到的参 考资料有将近 10 种之多，这在之前是难以想象的。三 AutoCAD 绘图这是第一次尝试用专业绘图软件AutoCAD进行绘图。这个软件我们很熟悉也很陌生，熟悉是因为大一学工程制图时有接触到这个软件， 陌生是因为正真会用或用得好的同学是凤毛麟 角。但是，没有压力哪来动力，在下定决心之后，马上借来几 AutoCAD学习的资料，重温各 种操作工具及技巧等。在准备了几天之后才开始正式画图，不断修改，差漏补缺， 知道最后完成整个设计图。四 完成设计说明书这是最后总结性的阶段。需要对前面的数据进行整理归纳，需要一定的耐心。 耐心、细心、决心是本次课程设计最大的感受。最后，再次感柯老师在整个设计过程中给予的悉心指导！参考文献1】钟理 ,伍钦，马四朋 . 化工原理（上） . ，化学工业，2008.8.2】材料与零部件（上） . 科学技术 . 1982.7.3】钱颂文. 换热器设计手册 ，化学工业，2002.84】匡国柱. 化工单元过程及设备课