换热器设计书

TOC\o"1-5"\h\z目录 11设计条件及主要物性参数表 1\o"CurrentDocument"设计题目 2\o"CurrentDocument"操作条件 22概述与设计方案简介[1] 2\o"CurrentDocument"冷却剂出口温度的确定⑵ 2\o"CurrentDocument"流动空间的选择[3,2] 2\o"CurrentDocument"管程和壳程数的确定⑶ 3\o"CurrentDocument"设备结构的选择 33工艺设计计算[4] 3\o"CurrentDocument"计算和初选换热器的规格 3\o"CurrentDocument"核算压力降 4\o"CurrentDocument"核算总传热系数 54辅助设备的计算和选型 6\o"CurrentDocument"管径初选 6\o"CurrentDocument"压头He 65设计结果汇总表 66设计评述 7参考文献： 71设计条件及主要物性参数表设计题目某制药厂在生产工艺过程中，需将乙醇液体从75℃冷却到45℃，乙醇的流量为Wkg/h。冷却介质采用21℃的河水。要求换热器的管程和壳程压降不大于30kPa，试设计并选择管壳式换热器。操作条件（1）乙醇： 入口温度75℃ 出口温度45℃（2）冷却介质：河水 入口温度21℃ 出口温度27℃（3）允许压降：不大于30kPa（4）定性温度（乙醇60℃，水24℃）下流体物性：密度（Kg/m3）比热容（KJ/Kg.℃）粘度(Pa.s)导热系数（W/m.℃）乙醇765.72.7580.601X10-30.1696河水997.24.180.923X10-30.60642概述与设计方案简介【I】换热器的选择涉及因素很多，如介质的腐蚀性及其它特性、操作温度与压力、换热器的热负荷、管程与壳程的温差、检修与清理要求等。具体选择时应综合考虑各方面因素。对每种特定的传热工况，通过优化选型会得到一种最适合的设备型号；如果将这个型号的设备应用到其他工况，则传热效果可能会改变很大。因此，针对具体工况选择换热器类型，是很重要和复杂的工作。对管壳是换热器的设计，应从下方面考虑。冷却剂出口温度的确定⑵在水作为冷却剂时，为便于循环操作、提高传热推动力、冷却水的进、出口温差一般控制在5℃〜10℃左右。在本次设计中将出口温度设计为27℃。流动空间的选择[3,2]确定流动空间的基本原则：（1）不洁净和易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗比较方便。（2）腐蚀性的流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管程便于检修与更换。（3）压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。（4）被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果。（5）饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，一般不需清洗。（6）有毒易污染的流体宜走管程，以减少泄漏量。(7)流量小或粘度大的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程中流动，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高传热系数。(8)若两流体温差较大，宜使对流传热系数大的流体走壳程，因壁面温度与a大的流体接近，以减小管壁与壳壁的温差，减小温差应力。根据以上原则可以确定河水走管程，乙醇走壳程。管程和壳程数的确定⑶当换热器的换热面积较大而管子又不能很长，为提高流体在管内的流速，需将管束分程。但程数过多，导致管程流动阻力和动力能耗增大，同时使平均传热温差下降，设计时应权衡考虑。管壳式换热器系列标准中管程数有1、2、4、6四种。在本次设计选用了管程为2。当温差校正系数①易小于0.8时应采用多壳程。然而在本次设计中中^=0.97,采用了单壳程。设备结构的选择根据本次题目的要求应当选用管壳式换热器。设计计算⑶乙醇： 入口温度75℃ 出口温度45℃冷却介质：河水入口温度21℃ 出口温度27℃允许压降：不大于30kPa定性温度(乙醇60℃,水24℃)下流体物性：密度(Kg/m3)比热容(KJ/Kg.℃)粘度(Pa.s)导热系数(W/m.℃)乙醇765.72.7580.601X10-30.1696河水997.24.180.923X10-30.60643.1计算和初选换热器的规格(1)计算热负荷和冷却水流量:Q=WCph(T-T)=20000x2.758x103x(75-45)-3600=459666.7WQ459666.7x3600W= 7=一c……c八=65980.9Kg/hcC(t-1)4.18x103x(27-21) yph2 1(2)计算两流体的平均温度差。暂按单壳程，多管程计算，逆流时平均温度差为:At-At(45-21)-(75-27)―2 1AtIn—2

At1In@75-27=34.6℃T-T-T75-4527-211而：P=t2—^1T-11 1

27-21 二0.1175-21由图4-19查得:则:Atm=0.97义34.6=33,56℃(3)假设K=300W/m2.℃则：S=KAt459666.7 则：S=KAt300x33.56m由附录中根据S选择换热器，规格见一、表：壳径/mm500管长/m3公称面积/m244.3管子总数256管程数2管子排列方法正方形斜转45°管子尺寸/mm流通面积/m20.0226实际传热面积：S0=n兀dL=256x3.14x0.019x(3-0.1)=44.29m2若选择该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为：QS°QS°At459666.744.29x33.56二309.25W/(m2.℃)3.2核算压力降(1)管程压力降:3.2核算压力降(1)管程压力降:ZAp=(Ap+Ap)FNi 1 2tp/1.5其中NP=2A=0.0226m2管程流通面积：Jd=0.015mdupRei="0.015x0.81xdupRei="0.015x0.81x997.20.923x10-313127(湍流)设管壁粗糙度£=0.1mm，£ 0.1d15

i=0.007由第一章中入-Re关系图中查得入=0.039则:所以：Zap.=(2552+981)x1.5x2=10599Pa（2）壳层压力降:Zap0Zap0=(Ap/+Ap/)FN其中q=1.15N$-1取h=0.3m033-1二取h=0.3mx765.7x°」72:538Pa壳程流通面积为：A0=h(D—nd0)=x765.7x°」72:538Pa所以：Ap/=0.4x0.64x19x(9+1)计算表明管程和壳程压力都能满住题设的要求。3.3核算总传热系数（1）管程对流传热系数ai：a=0.023—Rea=0.023—Re0.8Pr0.4=0.023x0,6064x131270.8x6.360.4=3839.8W0.015/(m2.℃)⑵壳程对流传热系数a0：取换热器列管之中心距t=25mm则:取(—)0-14=0.95uw0.1696 1则：a=0.36x— x58610.55x10.243x0.95=648则：0 0.023（3）污垢热阻：参考附录管内外侧污垢热阻分别取:R=R=0.00052m2.r/wsiR=0.00017m2.℃/w⑷总传热系数K0：管壁热阻可忽略时，总传热系数为:so,dd—o-+ o—sidad11 19 19—+0.00017+0.00052x + =370w/(m2.℃)648153839.8x15K

则有：k^

选3701八——=1.2309由此可得设计选型满足要求。4辅助设备的计算和选型管径初选初取水经济流速u=1.5m/s由于125mm不是标准管径，因此确定d广150mm符合经济流速范围故确定：d-150mm,u-1.04m/si压头He在水槽液面及压力表处列柏努利方程取£=0.15mm，£/d=0.001，查图得流入换热器;=G流入换热器;=G-AJaJ底阀1个标准90°弯头3个球心阀1个—0.152/0.72-0.91流出换热器自=0.5(1—A2/A])=0.5(—0.152/0.72)=0.48故此=8.5+0.75x3+9.5+0.91+0.48=21.64换热器压降根据,和He以及IS型离心泵系列特性曲线可以选择型号为IS100-80-125的离心泵。5设计结果汇总表（1）乙醇： 入口温度75℃ 出口温度45℃（2）冷却介质：河水入口温度21℃ 出口温度27℃（3）允许压降：不大于30kPa（4）设计换热器型号及参数：壳径/mm500管长/m3公称面积/m244.3管子总数256管程数2管子排列方法正方形斜转45°管子尺寸/mm①19x2流通面积/m20.0226（5）IS100-80-125的离心泵一台6设计评述换热器是石油、化工中最重要的热工设备，对换热器进行科学计算，对换热器的结构进行合理的设计，是换热器性能的重要保证。换热器的热工计算是换热器的设计基础，也是换热器结构设计的前提，因此在换热器的设计中，只有经过对换热器结构参数的不断调整，反复计算，才能使换热器的性能更高，设计更加合理。另外，在换热器设计中要综合考虑多种