辽宁石油化工大学换热器设计

1、一、任务书(1) 、设计任务：选一台适当型号的列管式换热器，完成用冷却水冷却从反应器出来的循环使用的有机液的任务(2)、设计任务及操作条件:冷却水有机液处理量kg/h20040密度kg/m管程流体和壳程流体分别是那种流体 计算相应参数 换热器的适宜型号，台数，组合方式(串联或并联)1000950比热 kJ/kg. C4.1872.261导热系数W/m. C0.6210.172粘度mPa.s10.742换热器入口温度C2565换热器出口温度C4050污垢热阻 m2 °c / W-42 X 10-41.6 X 10允许压强降 kPa> 30> 30(3).设计项目：选择适宜的

2、列管式换热器，并进行核算(4).设计要求：通过计算，并分析比较方案，确定、计算因为任务要两流体均不发生相变的传热过程，因为水的传热系数一般较大, 且易结垢，另外，被冷却的有机液可利用外壳向外散热，增强冷却效果，因此暂 定为冷却水走管程，有机液走壳程。设计参数确定物性参数有机液的定性温度:密度定压比热容热导率粘导热系数水的定性温度：密度定压比热容导热系数粘度方案一55 65T 57.52po = 950kg/m 3Cpo = 2.261kJ/kg C/o = 0.172W/m Cpo = 0.742mP a s25 4032.5 C2p= 1000kg/m3Cpu 4.187kJ/kgC瓜=0.

3、621W/ m C(1) 试算和初选换热器的规格 计算热负荷和有机液处理量：3Q WtCpc(t2 t1)20040/3600 4.187 10(40 25) 349614.5WWhQ -Cph(T1 T2)349614.5 42694.7kg/h2.261 103 (65 15) 计算两流体的平均温差。按照单壳程、多管程计算。并流时平均温度差为t1 T1 t1 65 25 40Ct2 T2 t2 50 40 10C21.6Ctm'(小1 占2)小(曲/小2)(40 10)/In 40/10而PT1 t165 250.375R=Z 1.0t2 t1 65 40查单壳程换热器对数平均温度

4、差校正系数表查得校正系数t =0.94tm t tm'0.94 21.6 20.3 C 初选换热器的规格。根据两流体的情况，假设 K=700W/ (m2 -C)349614.524.6 诉700 20.3655025 40空旦 纹上0 25C 50C ,因此不需要考虑热补偿。由此可选定2 2换热器系列标准(教材附录)选定 G450W换热器。有关参数见表2。由于Tm tm项目数据项目数据壳径/mm450管子尺寸/mm09 X 2公称压力/MPa1.0管长/m3公称面积/ m225.3管子总数146管程数4管子排列方法正方形斜转45 °表2实际传热面积 So n dol 146

5、3.14 0.019 (3 0.1) 25.3 m2若选用该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为349614.5681W/(m2. °C)Ko So tm 25.3 20.3(2)核算压力降管程压力降P ( PlP2)FtNsNp其中，N.1Np 4, Ft1.5。管程流通截面积- 0.0152 1466.45 10 3m244VsiUi =Ai 6.45200403103600 10000.86m/sRei包匸i0.015 0.86 10001 10 312952 (湍流)设管壁粗糙度0.1mm，cd2 iUilP1 idi 2°.036 0.0150 10.007 ,

6、由Moody图可得 0.036 ,所以 151000 0.8622663Pa2 21109Pac iui p233-2 2P (2663 1109) 1.5 422.6 KPa壳程压力降P0 ( p'R)FsNs其中，Fs=1.15, Ns=1Ff° n/NB1)20U02P2Nb(3.522h、0U0当管子正方形斜转45°排列时，F=0.4nc 1.K n 1.1,146 14取折流挡板间距h=0.15mNB - 1 1 19h 0.15壳程流通面积 A0 h (D ncd。)0.15 (0.45 14 0.019)0.0276m2Vso42694.7Re 0A

7、950douo 00.2285.0 Reo0.45m /s3600 0.02760.。19 O.45 95010974>50030.742 100 2285.0 (10947) .0.60所以P2P0Ff° n/NB1)Nb(3.5 云)20U0220U0(PP2)FsNs0.4 0.60 14 (1919。5 遵)(6463 5178) 1.151)26463Pa2曲坐5178Pa113.4KPa通过计算验证表明，管程和壳程压力降均能满足任务要求(3)核算总传热系数管程对流传热系数aiRei12952 (湍流)Pri6.7433cpi i 4.187 101 100.6210

8、.023二Re#8 Pri0.4di壳程对流传热系数0.023器(12952)0.8 674043981W (m2 C)a。o =0.36 Reo0.55 P-de13()0.14wt=1.25X 19=23.75 24mm20.0141mVsouo=-A42694.73600 950 0.0141 0.885m/s4(t2de 2-do )4(244 do22、19 )41919.6mm0.02mReodejo o0.020 0.885 9500.742 10 322662ProCpo o2.261 103 0.742 100.1723-9.75壳程中的有机溶剂被冷却取(丄)0.14 =0.

9、95取换热器列管的中心距流体通过管间最大截面积A=hD(1巾。15 0.45(1 1?所以1=0.36 Reo 0.55Pr3 (deo)0.14w0.172= 0.36 -0.0150.552266219.753 0.952082W/(m2 C) 污垢热阻-4Rso= 1.6 X 10 总传热系数Ko管壁热阻忽略时，总传热系数为m2.C / W-42Rsi=2X 10 mC / WKo =d° R iR Sisoididi10.0194 0.01942 10 1.6 103981 0.0150.0152082=826W/ ( m2 .C )由前面的计算可知，选用该型号换热器时要求过

10、程的总传热系数为2681W/(m . C ),在规定的流动条件下，计算出的 Ko为826W/( m.C ),此时有Ko 8261.21Ko 681所以初选的换热器是合适的。方案二、试算和初选换热器的规格计算热负荷和有机液处理量:Q WCcpc(t2 ti) 20040/3600 4.187 103 (40 25) 349614.5W349614.5 42694.7kg/ h2.261 103 (65 15)计算两流体的平均温差。按照单壳程、多管程计算。逆流流时平均温度差为 热流体T 冷流体tWhCph(T 1 T 2)50 C t25 C 65 C40 C25 C25 Ctmt1t2 t140

11、而P=T1 t165 25t2 =25 C空 0.375R=g 沦 1.0t2 t165 40查单壳程换热器对数平均温度差校正系数表查得校正系数t =0.94tm t tm'0.94 25 23.5 C初选换热器的规格。根据两流体的情况。假设K=530W/ ( m2 -C)S亠K tm竺绝528.1怦530 23.565 5025 40由于Tm tm型卫0 纹上0 25C 50C ,因此不需要考虑热补偿。由此可选2 2定换热器系列标准(教材附录)选定G400W型换热器。有关参数见附表3。表3项目数据项目数据壳径/mm400管子尺寸/mm©5X 2公称压力/MPa1.0管长/m

12、4.5公称面积/ m226.3管子总数76管程数4管子排列方法正方形实际传热面积 So n dol76 3.14 0.025 (4.5 0.1) 26.3 m2若选用该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为Q 349614.52Ko566W/(m2. C)So tm 26.3 23.5(2) 核算压力降管程压力降P ( RP2)RNsNp其中，Ns 1 , Np 4, Ft 1.5管程流通截面积Aidi2 -4Np276320.0205.966 10 m44Vsi20040Ui=A 5.966 10 3 3600 10000.933m/sRei diUi i 0.020 °933 1

13、0001 10 318860 (湍流)设管壁粗糙度0.1mm, 一 d0 10.005,由Moody图可得200.032,所以P12iuili di 20.032 上5-0.0201000 °.93323114PaP223王221000 0.9331297 Pa(31141297) 1.4 224.7 KPa壳程压力降P0( PP2)FsNs其中，Fs=1.15, Ns=12'0U0RFf°n c(Nb 1)罟220U02h、PNb(3.5 -) 2当管子正方形排列时，F=0.3nc 1.19, n 1.19 一 76 11取折流挡板间距h=0.3mI4.5NB 1

14、1 14h0.3壳程流通面积h (D ncd0)0.3 (0.4211 0.025)0.0375 mVsoAo95042694.73600 0.03750.333m / sReodouo 00.025 0.6660.7421095031065&500所以Pl'Ff° n/NB21)0U0丿20.30.6014 (141)950 °3332134Pa2P220U0Nb(3.5 石)214(3.52 0.3)0.4950 0°33321475PaP0(RP2)FsNs(134 1475) 1.1511850Pa通过计算验证表明，管程和壳程压力降均能满足

15、任务要求。(3) 核算总传热系数管程对流传热系数aiRei18660 (湍流)Pricpi i 4.187 103 1 10 30.6216.740.02LRei0'8 Pri0'40.023di壳程对流传热系数ao0.6210.80.420020 18860 674 3999W go10=0.36Re/55Pr 3()0.14de取换热器列管的中心距 t=1.25 X 25=31.2532mm流体通过管间最大截面积 A=hD(1笛 0.3 0.4 (10.02625m2t0.03242694.7VsoUo=-A3600 950 0.026250.476m/s4(t2dedo2

16、5deuo o0.027 0.476 950 d*1o3Ko =1do厂 do 局RF0.742 10CPo o332.261 100.742 10o0.172Pro9.75Re。-do2)4(322 -4 4252)27mm 0.027 m壳程中的有机溶剂被冷却取(丄)0.14 =0.95.-)w0.14所以10=0.36Reo 0.55Pr 3(de19.75320.951309W /(m.C)= 0.36 0.172 164550.550.015 污垢热阻Rsi=2X 10-4 m2C / WRso=1.6X 10-4 m2.C / W 总传热系数KoRso管壁热阻忽略时，总传热系数为品

17、 2 10410.0251.6 1040.0201309=673W/ ( m2 C )由前面的计算可知，选用该型号换热器时要求过程的总传热系数为681W/(m2 C ),在规定的流动条件下，计算出的 Ko为826W/( m.C ),此时有Ko6731.19Ko 566所以初选的换热器是合适的。通过方案一与方案二的分析计算可知冷却水走管程，有机液走壳程是合理的。当 采用并流时所需的单壳程换热器的规格是G450W 型相对于逆流时采用的单壳程的换热器规格是 G400W型所需的换热面积小，占地小，且在 并流的条件下，流经管程的压降损失较小，操作条件温和。通过两种方案的比较， 因此方案一在并流选用的单壳

18、程的换热器规格为G450W是经济合理的。四、换热器数据汇总表（方案一）表4换热器型式：固定管板式换热器面积（怦）:25.3台数及组合方式：一台（单壳程）两液体流向：并流工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水有机液操作压力，MPa0.10.03操作温度，C25/4050/65流里，kg/h2004042694.73流体密度，kg/ m1000950流速，m/s0.860.89传热量，w349614.5总传热系数，w/566对流传热系数，w/39812082污垢系数，m2C /w2 X 10-41.6 X 10-4阻力降，Pa26631109程数41使用材料碳钢碳钢管子规格 19X 2 mm管数146管长，mm3000管间距，mm24排列方式正方形斜转45°排列折流挡板型式上下间距，mm 150切口咼度25%壳体径，mm450公称面积/ m225.3公称压力/MPa1.0