水冷却异丙苯换热器的设计-化工原理课程设计 精品

成绩课程计报题

目

水冷却异丙苯换热器的设计课程名称

化工原理课程设计专

业

制药工程班

级11制二班设计地点

东南大学成贤学院设计起止时间：2013年月2日至年913课程设计任务设计题目：

水冷却异苯换热器的计一、

设计条件处理能力设备型式操作条件

万吨/列管式换热器、

．异丙：入口温度℃，出口温度为℃．冷介质：自来水，入口温度℃，出口温℃．允许强降：不大于×．每按天，每天24小时连续运行设计项目a设计案简介：对确定的工艺流程及换热型式进行简要论述。．换器的工艺计：确定换热器的传热面积。．换热的主要结构尺寸设计．主辅助设备选型。．绘制热器总装配图。二设说书内目录；设计题目及原始数据任务书；论述换热器总体结构换热器型式、主要结)的选择；换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、热面积、换热管型号、壳体直径等)；设计结果概(主要设备尺寸、衡算结果；主体设备设计计算及说明；一绪论

目录..........................................................................................................................................4概论......................................................................................................................................4换热器选型..........................................................................................................................固定管板式换热器.浮头式换热器.5U型管换热器.填料函式换热器.二确定设计方三确定物性参

........................................................................................................................7........................................................................................................................71.定性温度及物理特性.7四估算传热面

........................................................................................................................8热流量..................................................................................................................................8冷却水流量..........................................................................................................................计算平均传热温差...............................................................................................................9估算总传热系数K五工艺结构尺

......................................................................................................................10管径和管内流速10单程传热管数及总管数管的排列及分程11壳体内径.折流挡板.六核算总对流热系数

12核算管程对流传热数12核算壳程对流传热数13污垢热阻.总传热系数........................................................................................................................传热面积.换热器内流体的流动阻力15管程压降.................................................................................................................壳程压降.................................................................................................................七附件

接管....................................................................................................................................拉杆....................................................................................................................................八数据汇总

...............................................................................................................................181.换热器主要结构尺寸和计算结18九附图

chemCAD运图.20AudoCAD排图.22换热器规格图.十参考文献

...............................................................................................................................23十一结致谢

..........................................................................................................................24化工原理课程设计沈xx06211xxx一绪论1.概论换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中首先应该根据工艺要求选择适合的类型，然后计算换热器所需传热面积，并确定换热管的结构尺寸。2.换热器选型在化工生产中，经常要求在各种不同的条件下进行热交换，因此对各种换热器的要求必然是多种多样的。而每种类型的换热器都有其优缺点，选择时考虑的因素很多，例如材料、压强、温度、温度差、压强降、流动状态、传热效果、结垢腐蚀情况、检修和操作等。（1）固定管板式换器管壳式换热器主要是由壳体、管束、管板、管箱及折流板等组成，管束和管板是刚性连接在一起的。所谓“固定管板”是指管板和壳体之间也是刚性连接在一起，相互之间无相对移动，具体结构如图所示。这种换热器结构简单、制造方便、造价较低；在相同直径的壳体内可排列较多的换热管，而且每根换热管都可单独进行更换和管内清洗；但管外壁清洗较困难。当两种流体的温差较大时，会在壳壁和管壁中产生温差应力，一般当温差大于50℃时就应考虑在壳体上设置膨胀节以减小或消除温差应力。固定管板式换热器适用于壳程流体清洁，不易结垢，管程常要清洗，冷热流体温差不太大的场合。4化工原理课程设计沈xx06211xxx（2）头式换热器浮头式换热器的一端管板是固定的与壳体刚性连接另一端管板是活动的与壳体之间并不相连，其结构如图所示。活动管板一侧总称为浮头，浮头的具体结构如图5-3所示浮头式换热器的管束可从壳体中抽出故管外壁清洗方便管束可在壳体中自由伸缩，所以无温差应力；但结构复杂、造价高，浮头处若密封不严会造成两种流体混合且不易察觉。浮头式换热器适用于冷热流体温差较大质易结垢常需要清洗的场合在化工生产中使用的各类管壳式换热器中浮头式最多。（3）型管式换热器U形管式换热器不同于固定管板式和浮头式，只有一块管板，换热管作成字形、两端都固定在同一块管板上；管板和壳体之间通过螺栓固定在一起，其结构如图所示。这种换热器结构简单、造价低，管束可在壳体内自由伸缩，无温差应力，也可将管束5化工原理课程设计沈xx06211xxx抽出清洗且还节省了一块管板；但U形管管内清洗困难且管子更换也不方便，由于U形弯管半径不能太小，故与其他管壳式换热器相比布管较少，结构不够紧凑。U形管式换热器适用于冷热流体温差较大、管内走清洁不结垢的高温、高压、腐蚀性较大的流体的场合。（4）料函式换热器填料函式换热器与浮头式很相似，只是浮动管板一端与壳体之间采用填料函密封，如图所示。这种换热器管束也可自由伸缩、无温差应力，具有浮头式的优点且结构简单、制造方便、易于检修清洗，特别是对腐蚀严重、温差较大而经常要更换管束的冷却器，采用填料函式比浮头式和固定管板式更为优越；但由于填料密封性所限，不适用于壳程流体易挥发、易燃、易爆及有毒的情况。目前所使用的填料函式换热器直径大多在以下，大直径用得很少，尤其在操作压力及温度较高的条件下采用更少。6二

化工原理课程设计沈xx06211xxx确定设计方案由于循环冷却水容易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，异丙苯走壳程。选用较小直径的管子，可以提高流体的对流给热系数，并使单位体积设备中的传热面积增大，设备较紧凑，单位传热面积的金属耗量少，但小管子易结垢，不易清洗，可用于较清洁流体。大管径的管子用于粘性较大或易结垢的流体。我国列管式换热器常采用无缝钢管，规格为外径×壁厚，常用的换热管的规格：φ×，φ25×2.5，38×3。在此项目设计中选择换热管的规格为25×2.5碳钢管三．确定物性数1.定性温度异丙苯：

c冷却水：

202

30c7化工原理课程设计沈xx06211xxx2.物性参数温度

密度

比热Cp

导热系数

黏度C

kg/

kJ

m

C）

异丙苯85.5

806.55

1.99

0.110560.0003877冷却水30

995.7

4.174

四．估算传热积1.热流量QC()

7330

1.99(12051)kJ/hkW2.冷却水流量

Q(t)pc

1.0584.17420)

kg/h8化工原理课程设计沈xx06211xxx3.计算平均传热温

（以逆流算）异丙苯冷却水温差

入口120℃20℃100℃

出口51℃40℃11℃

t

))21211逆Tlnln22T1140)(5151.6912040ln51120R13.45t21tp1T1202019估估化工原理课程设计沈xx06211xxx查表得温度校正系数为

0.9

.8校正后的温度为

51.6946.52选用单壳程的列管式换热器4.估算总传系数K设

设Q126.3mm

五．工艺结构寸1.管径和管内流速

假为

10化工原理课程设计沈xx06211xxx2.单程传热管数

v

3600)

3.按单程换热计算束长度L

Sns

d

126.30.025

按单管程设计，传热管过长，现取传热管l6m，则该换热器的管程数为：L=l4.传热管总根数为T5.管的排列

t1.25d

t1.2532mm6.横过管束中心线管数N18.27根)m11化工原理课程设计沈xx06211xxx7.壳体内径取管板利用率

D

n

276700mm0.7l8.57700

所以换热器平放8.折流挡板采用弓形折流（水平圆缺弓形折流板圆缺高度为壳体内径的，则切去的圆缺高度为0.25取折流板间距

BB700300mm折流板数

NB

六．核算总对传热系数（1核算管程对流热数管程流通截面积i

2n0.020

212ii化工原理课程设计沈xx06211xxx流速ui

1.27

995.7)

值i

管程普朗特系数i

4174

管程对流传热系数0.023i0.80.4di6708.6（2核算壳程对流热数当量直径

由正三角排列得

4t240.03220.025222413

0.020doo1oerdoo1oer化工原理课程设计沈xx06211xxx壳程流通截面积0.025S2t0.032流速

/(3300.0459375

0.58m/s值

0.02

壳程普朗特系数Pr壳程对流传热系数0.360.5530.3624132.0978.55

0.55

（3污垢热阻根据化工原理附录，可取14siso计siso计化工原理课程设计沈xx06211xxx管外侧自来水的污垢热阻

2i管内侧异丙苯的污垢热阻

0.00018m

（4总传热系数

1dd1oodiiim10.0250.0250.0250.000210.000180.0200.02978.55K584计==1.168K500估（5传热面积

（1.15~1.25）Q2938.93Am46.52

Al3.140.025130m实o实=1.19108.2计（6.换热器内流体的流动阻力管程压降

Ni2t

s15oDoD化工原理课程设计沈xx06211xxx取换热管的管壁粗糙度为0.1mm，

d

=Re1i

L2i0.02285170.022i

1.61i2

Pa

25

F且NpNi1tp3871.469375Pa壳程压降)FsNso21.15,Re0.5009f0.228ou(N1c

0.5B)

0.58

2

12910.70.30.58(3.5)0.7)2

6812.2Pa(12910.7Pa

Pa16化工原理课程设计沈xx06211xxx七．附件（1接管1.管程流体进出口接管：取接管内异丙苯流速为接管内径为

ud

v4995.7)3.14

取标准管径为

200mm2.壳程流体进出口接管：取接管内循环水流速为接管内径为

0.58m/s

4v7806.55)

取标准管径为

300mm（2拉杆查表得，拉杆直径最小拉杆数6。17322222322222化工原理课程设计沈xx06211xxx八数汇1.换热器主要结构寸和计算结果参数流率kg/h)进口温度℃出口温度℃压力物定性温度℃性密度/（kg/m）参数定压比热容（•℃）]粘度/（Pa•s热导率（W/m℃）普朗特数设形式备壳体内径结管径/mm构参管长/mm数管数/根传热面积管程数圆缺高度接管/mm

管程0.18015浮头式

壳程77020.20.138770.11056壳程数台数管心距mm管子排列折流板数个折流板间距材质拉杆直径及数量

三角形碳钢主要计算结果流速（）表面传热系/（•℃）]污垢热阻（℃/W

管程

壳程管壁热阻（

•℃/W）

阻力热流量KW温度校正系数传热温差℃总传热系数k（•℃]o

86.7199

22.6813．18化工原理课程设计沈xx06211xxx2.报告中符号及意字母T12t1

意义热流体进口温度热流体出口温度冷流体进口温度

单位℃℃℃t2

冷流体出口温度密度

℃kg

3

p

定压比热容

kJ

粘度

N

2whwc

导热系数热流量热流体的质量流量冷流体的质量流量按逆流情况求得的对数平均温差温度校正系数平均传热温差传热面积

wkJkg℃℃m2

流体的流量

m

3

hd

ip

管子内径管程数

mLlNDtNsNBs0si

按单程计算的管长选定的每程管长换热器的总根数壳体内径管心距壳程数折流板数折流板间距当量直径壳体流通截面积管程流通截面积19

mm2m2ttu0uiRePr0iRsiRs

壳体流体流速管程流体流速雷诺系数普朗特数壳程对流传热系数管程对流传热系数冷却水的污垢热阻异丙苯的污垢热阻管壁的热导率管壁的厚度

化工原理课程设计沈xx06211xxxsmwwmmwmww

i

管程总压力降

Pa12FFsFf0Nc

0

单程直管阻力单程局部阻力污垢校正系数壳程总压力降流体流过管束的压力降流体流过折流板缺口的压力降结垢校正系数管子排列方式对压力降的校正因数壳程流体的摩擦系数横过管束中心线管子数九附图

PaPaPa1.chemCAD运图TABULATEDANALYSIS------------------OverallData:AreaTotalm2130.06%Excess25.83AreaRequiredm291.44UCalc.W/m2-K586.3720化工原理课程设计沈xx06211xxxAreaEffectivem2115.06UServiceW/m2-K466.02AreaPerShellm2115.06HeatDutyMJ/h9.98E+003WeightLMTDC51.69LMTDCORRFactor1.0000CORRLMTDC51.69ShellsideData:CrossflowVel.m/sec1.0E+000EndZoneVel.7.4E-001WindowVel.2.6E-001FilmCoef.W/m2-K978.55Reynold's30468AllowPress.DropkPa34.47Calc.Press.DropkPa5040.31InletNozzleSizem0.03Press.Drop/InNozzlekPa4017.22OutletNozzleSizem0.03Press.Drop/OutNozzlekPa733.06MeanTemperatureC30.00RhoV2kg/m-sec23531071.19Press.Drop(Dirty)kPa8568.53StreamAnalysis:SAFactors:A21.55B66.09C0.84E11.51F0.00IdealCrossVel.m/sec1.56IdealVel.m/sec0.39TubesideData:FilmCoef.W/m2-K6708.60Reynold's12410AllowPress.DropkPa34.47Calc.Press.DropkPa1230.48InletNozzleSizem0.03Press.Drop/InNozzlekPa956.85OutletNozzleSizem0.03Press.Drop/OutNozzlekPa369.37Interm.NozzleSizem0.00MeanTemperatureC85.50Velocitym/sec0.31MeanMetalTemperatureC70.60ClearanceData:Bafflem0.0048OuterTubeLimitm0.6850TubeHolem0.0008OuterTubeClear.m0.0150BundleTopSpacem0.0000PassPartClear.m0.0000BundleBtmSpacem0.0000BaffleParameters:NumberofBaffles166BaffleTypeSingleSegmentalInletSpacem0.044CenterSpacem0.032OutletSpacem0.044BaffleCutpercent25.000BaffleOverlapm0.050BaffleCutDirectionHorizontalBaffleCutBasisDiameterNumberofBaffles0BaffleThicknessm0.003Shell:hellO.D.m0.73OrientationVShellI.D.m0.70ShellinSeries1BonnetI.D.m0.70ShellinParallel1TypeAENMax.HeatFluxBtu/ft2-hr0.00Imping.PlateImpingementPlateSealingStrip5ubes:Number276TubeTypeBareLengthm6.00FreeInt.FlAream20.00TubeO.D.m0.025FinEfficiency0.000sssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssubeI.D.m0.020TubePatternTRI60TubeWallThk.m0.003TubePitchm0.175No.TubePass121化工原理课程设计沈xx06211xxxInnerRoughn