化工课程设计换热器设计说明书

换热器设计说明书姓名学号专业2013-9

目录1设计任务 32确定设计方案 32.1换热器类型 32.2流动空间及流速 33确定物性数据 34计算总传热系数 44.1热负荷 44.2冷却水用量 44.3对数平均温度 44.4总传热系数 55计算传热面积 56主要工艺结构基本参数的计算与确定 66.1管程数，换热管数量及长度 66.2平均传热温差校正及壳程数 66.3传热管排列和分程方式 66.4壳体内径 76.5折流板 76.6壳体壁厚 76.7接管 86.8拉杆 96.9定距管 96.10管板 96.11封头与管箱 96.12温度补偿 107换热器核算 107.1热量核算 107.1.1壳程对流传热系数 107.1.2管程对流传热系数 117.1.3总传热系数 117.2传热面积S 118换热器内流动阻力计算 128.1管程阻力 128.2壳程阻力 139附表 1510参考文献 171设计任务流体流量t/h进口温度℃出口温度℃运行压力bar水25452机油351308052确定设计方案2.1换热器类型根据设计要求，初步选择固定管板式换热器，换热管选择φ25×2.5mm碳钢。2.2流动空间及流速由于冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，机油走壳程。管内冷却水的流速取0.5m/s。3确定物性数据壳程机油的平均温度T=（130+80）/2=105℃管程水的平均温度t=（45+25）/2=35℃根据平均温度，查《化学化工物性数据手册》（刘光启等，化学工业出版社，2013），得到105℃下机油的有关物性数据如下：密度ρO=837kg/m3定压比热容CpO=2.242kJ/kg.℃导热系数λ0=0.136w/(m.℃)粘度μ0=14.875mPa.S35℃下水的有关物性数据如下：密度ρi=994kg/m3定压比热容Cpi=4.08kJ/kg.℃导热系数λi=0.626w/(m.℃)粘度μi=0.725mPa.S4计算总传热系数4.1热负荷QO=moCp0（mo=35QO=9.722×2.242×﹙130－80﹚=3.9235×106kJ/h=4.2冷却水用量Wi=QoCpiΔti=39235004.084.3对数平均温度Δt’m=Δt1-Δ4.4总传热系数管程传热系数Re=diuiρiμPr=cpiμi/λαi=0.023×λidi=0.023×0.6260.02×﹙1.371×104﹚0.8×1.92=2734w/﹙m2℃﹚假设壳程传热系数αo=300w/﹙m2污垢热阻Rsi=0.00035﹙m2℃﹚Rs0=0.00018﹙m2管壁导热系数λ=50w/﹙m℃﹚所以总传热系数K=1=1=223.7w/﹙m2℃﹚5计算传热面积S，=QiKΔt'm=6主要工艺结构基本参数的计算与确定6.1管程数，换热管数量及长度根据传热管内径和流速确定单程传热管数ns=VΠ4d2u=按单程管计算所需传热管长度为L=Sπ按单程管计算，传热管过长，宜采用多管程，现取传热管长l=6m,则该换热器的管程数Np=L/l=10.47/6≈2传热管总根数N=86×6.2平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R=130－P=45-25130-25按单壳程双管程结构，温差校正系数查相关图可查的ψ∆t=0.85，∆tm=ψ∆t∆t'm6.3传热管排列和分程方式采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25d0,则t=1.25×25=31.25≈32﹙mm)横过管束中心线的管数nc=1.19N=1.19×172≈16(根6.4壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η=0.6，则壳体内径D=1.05tN/η=1.05×32×172/0.6=569可取D=600mm长径比L/D=6000/600=10，符合规定要求。6.5折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去圆缺的高度为h=0.25×600=150mm取折流板板间距B=0.3D,则B=0.3×600=180mm取B为200mm折流板数NB=传热管长折流板间距-1=6000200折流板圆缺面水平装配，折流板与壳体间隙取3.5mm，折流板厚度为5mm，折流板的直径Dc=600-2×3.5=597mm6.6壳体壁厚Dk=P×则=0.56.7接管壳程流体进出口接管取接管内机油流速为1.0m/s，则接管内径d=d=4Vπu=经圆整，采用φ133×6mm热轧无缝钢管（YB231-64）,实际接管内机油流速u=4×35000管程流体进出口接管取接管内循环水流速u=1.5m/s，则接管内径d=4Vπu=经圆整，采用φ121×6mm热轧无缝钢管（YB231-64）,实际接管内机油流速u=4×为了防止进口流体对管子冲击带来损坏，可以在壳程接管入口处设置缓冲挡板，挡板与体程间距取30mm。6.8拉杆根据《常用化工单元设备设计》（李功样等，华南理工大学出版社），拉杆选用φ12mm的钢拉杆，数量为6条。6.9定距管根据《常用化工单元设备设计》（李功样等，华南理工大学出版社），定距管采用与换热管材料和直径相同的管子。6.10管板根据《化工原理课程设计指导》（任晓光，化学工业出版社），管板直径选用730mm，厚度选用36mm。因为机油在壳体内流动的压强为5Mpa，大于4Mpa，所以管子在管板上宜采用焊接法连接。6.11封头与管箱根据《化工原理实验及课程设计》（陶均志，化学工业出版社），该换热器采用椭圆形封头，封头壁厚Db=6mm，管箱直边高度He=200mm。封头与壳体连接采用甲型平焊法兰，其厚度Dv=25mm，直径Dg=615mm。6.12温度补偿壳体与管体的温差Δts=(130+80)/2-(45+25)/2=70>50℃,所以需采用温度补偿，根据《化工原理课程设计指导》（任晓光，化学工业出版社），选用波形膨胀节，其半径RS=35mm。7换热器核算7.1热量核算7.1.1壳程对流传热系数对于弓形折流板，可采用科恩公式α0=0.36λ0de=4(3壳程流通截面积S0=BD(1-d0t)=0.2×0.6×﹙1－0.025壳程流体流速及雷诺数分别为u0=35000/(3600×Re0=0.02×Pr=2.242×粘度校正（μμwα0=o.36×0.1360.02×4980.55×245.2213=466w/﹙7.1.2管程对流传热系数αi=0.023λidiRe0.8管程流通截面积Si=0.785×0.022×172=0.027(m2)管程流体流速ui=48080/3600×Re=duρμiPr=Cpiμi/λi=4080×αi=0.023λidiRe0.8=0.023×0.6260.02×﹙13644﹚0.8×4.73=2724w/﹙m2℃﹚7.1.3总传热系数K=1=1=284.3w/﹙m2℃﹚7.2传热面积SS=QiKΔtm=该换热器的实际传热面积SpSp=πd0L﹙N－nc﹚=3.14×0.025×6×﹙172－1=73.48(m2)因为K实际/k估计=284.3/223.7=1.27，面积裕度R=(SP-S)/S=(73.48-65.44)/65.44=12%核算满足要求。8换热器内流动阻力计算8.1管程阻力∑∆Pi壳程数N管程数Np换热器校正系数F∆P1=λ∆P2=由Re=13644传热管相对粗糙度0.0120=0.005，查图得λi=0.037w/﹙m由Re=13644传热管相对粗糙度0.0120=0.005，查图得λi=0.037w/﹙m∆P1=λildρ∆P2=ζρu2∑∆P=(1368.2＋369.8)×1.4×1×2=4866.4＜2×管程流动阻力在允许范围之内。8.2壳程阻力∑∆P0=（壳程数Ns结垢F流体流经管束的阻力∆正三角形排列对压力降校正系数F=0.5壳程流体摩擦系数f0=5.0×Re0-0.228∆=23864(Pa)经过折流板缺口的阻力∆B=0.2mD=0.6m∆P2'=29×(3.5－2=6891(Pa)总阻力∑∆P0=（=（23864＋6891）×1.15×1=3.5368×104＜5×10壳程阻力也在允许范围之内该换热器能够完成生产任务。9附表表1换热器主要工艺参数换热器类型：固定管板式换热面积：73.48m2工艺参数