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1、1目 录.引言1.1 列管式换热器设计任务书21.2 设计任务及操作条件3二、正文1 确定设计方案31.1 选择换热器的类型31.2 确定物性参数32 估算传热面积43 工艺结构尺寸43.1 管径和管内流速43.2 管程数和传热管数43.3 传热管排列和分程方法 53.4 壳体直径 63.5 折流板63.6 接管64 换热器核算64.1 热流量衡算 74.2 管内对流传热系 74.3 污垢热阻和管壁热阻84.5 传热面积校核 85 换热器内压降的核算8三、主要结构尺寸和计算结果表11四、设计评述12五、参考文献1321,3-丁二烯气体换热器设计 1、引言 1. 设计题目的目的、意义、内容、主要
2、任务1. 课程设计的目的: (1) 使学生掌握化工设计的基本程序与方法；(2) 结合设计课题培养我们查阅有关技术资料及物性参数的能力；(3) 通过查阅技术资料，选用设计计算公式，搜集数据，分析工艺参数与结构尺寸间的相互影响，增强我们分析问题、解决问题的能力；(4) 让我们进行化工工程设计的基本训练，了解一般化工工程设计的基本内容与要求；(5) 通过编写设计说明书，提高我们文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求；(6) 了解一般化工设备图的基本要求，对我们进行绘图基本技能训练2. 课程设计内容： (1) 设计方案简介：对给定或选定的工艺流程，主要设备的型式进行简要的论述。(2) 主要设备的工艺
3、设计计算：包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计。(3) 典型辅助设备的选型和计算：包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定。(4) 工艺流程简图：以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量，能流量和主要化工参数测量点。(5) 主体设备工艺条件图：图画上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表等。3. 课程设计的基本教学要求(1) 要求设计者接收设计任务书后，运用所学知识，经详细、全面考虑，确定设计方案，选用计算公式，认真收集查取相关的物性参数。(2) 正确选用设计参数，树立从技术上可行和经济上合理两方面考虑的工程观点，兼顾操作
4、维修的方便和环境保护的要求，从总体上得到最佳结果。2. 设计任务及操作条件31. 1,3-丁二烯气体换热器设计，生产能力（进料量）：132000kg/h2. 1,3-丁二烯气体的压力：6.9MPa,进口（T 1）110，出口（T 2）603. 循环冷却水的压力：0.4Mpa,进口（t 1）29，出口（ t2）392、正文1. 确定设计方案1.1 选择换热器的类型由于循环冷却水较易结垢，壳体壁温与管壁温差相对较大，综合考虑，初步确定为应用范围较广的浮头式换热器。流程安排：一般原则为易结垢流体应走易于清洁的一侧，对于浮头式换热器一般应使易结垢流体流经管程，故使循环水走管程，气体走壳程。1.2 确定
5、物性参数定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进、出口温度的平均值。故管程流体-水的定性温度为 t= = =342t+139壳程流体-1,3- 丁二烯气体的定性温度为 T= 85=260+1T1根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。1,3-丁二烯在 85下的有关物性数据如下：密度 30m/kg527=定压比热容 )(J6.cp导热系数 /W980粘度 sPa15.=3循环冷却水在 34下的物性数据：密度 3im/kg.94定压比热容 )(J178=cpi导热系数 /623.0kWi 粘度 sPai-2. 估算传热面积2.1 热流量（忽略热损失）4WTcmQp
6、6300 1053.)6-10(756.230/12 2.2 冷却水用量（忽略热损失）skgtcwipi /94.)-(78.45360 2.3 平均传热温差 先按照纯逆流计算，得3.8=29-6031ln)()(=tlnt21m2.4 初算传热面积 由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的 K 值。假设K=560W/( )，则估算的传热面积为k2S 估 = 2608.13.45.mtKQm3. 工艺结构尺寸3.1 管径和管内流速 选用 较高级冷拔传热管（碳钢） ，取.2管内流速 。见 【化工原理(第三版 )194 页表 3-12】 1s/3.1=ui表 4-1 列管式换热器的常用流速 u流体类
7、型 管程/(m/s) 壳程/(m/s)一般流体 0.53 0.21.5海水、河水等易结垢的液体 1 0.5气体 530 3153.2 管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数根2983.10.785.4/92422 udVnis：单程管子数目 V：管程流体的体积流量，s sm/3di: 传热管内径 u：管内流体流速 m/s按单管程计算，所需的传热管长度为L= nSs 89.7205.143860 估按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构，可采用非标设计，现取传热管长5=4m,则该换热器的管程数为 l )(248管 程lLNp传热管总根数 n= 根59628平均传热温差校正及
8、壳程数平均传热温差校正系数 529360121tTR冷 流 体 的 温 升热 流 体 的 温 降4.1tP两 流 体 温 差冷 流 体 的 温 升按单壳程，双管程结构,温差校正系数应查【化工原理课程设计书，图 3-9】 得：298.0t平均传热温差 C3.47=.89.0t=t om3.3 传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。见【换热器设计手册（钱颂文编】：表 1-2-183。根据【中华人民共和国国家标准 列管式换热器 GB151-1999 】表 124换热管外10 12 14 16 19 20 22 25 30 32 35 38 45 50
9、56 57换热器管外壁管壁碳素钢、低合金钢不锈耐酸钢排列形式 管间距192 192 25252.5 252正三角形正方形正方形旋转 45 度32换热器管外壁管壁碳素钢、低合金钢不锈耐酸钢排列形式 管间距192 192 25252.5 252正三角形正方形正方形旋转 45 度326径换热管中心距13-1416 19 22 25 26 28 32 38 40 44 48 57 64 70 72分程隔板两侧相邻管中心距28 30 32 35 38 40 42 44 50 52 56 60 68 76 78 80取管心距 ，则0td25.1=Pm325.1=Pt隔板中心到离其最近一排管中心距离： mP
10、Zt 26各程相邻管的管心距为 44mm。3.4 壳体直径 采用多管程结构，壳体直径 nPDt 42.9807./56320.1/05.1按卷制壳体的进级档，可取 D=1000mmD：壳体直径，m Pt:管中心距，mn：管数 ：管板利用率，取其为 0.73.5 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，则切去的圆缺高度为 故可取 h=250mmh2501.0取折流板间距 ， 则 故可取 B)DB.(.=Bm2501.0为 250mm 折流板数目 块折 流 板 间 距传 热 管 长 -4-N3.6 接管 壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为 u1=13m/s 则接管内径为
11、圆整后可取管内径为 100mmmuVD083.134.)52760/(241 管程流体进出口接管：取接管内流体流速 u2=13.1m/s,则接管内径为：，圆整后取管内径为 150mm.9/24. 换热器核算74.1 热流量衡算壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用克恩公式 14.0wo3/1r5.0e0 )(PRd36.=式中 -壳程流体的热导率， -当量直径， m./kmWed-管外流动雷诺数 -普朗特数，取定性温度下的值0eRr-流体在定性温度下的粘度，Pa.s -流体在壁温下的粘度，Pa.sw当量直径，由三角形 mdte 02.025.143).78.2(423 202 式中 t-管间
12、距，m -传热管外径，m0壳程流通截面积 = )1(0tdBDS 205.)3.-1(0.25B-折流板间距，m -管子外径，m t-管子间距， m0壳程流体流速及其雷诺数分别为-壳程流体的体积流量，m 3 sSVu /3.1265.5.0)736/(120 0V/s 4.0819.30dRe普朗特数 62.=96.15752=cP3pr粘度校正 1)(4.0w47.1692.382.963. 3/5.00 ()km/W24.2 管内对流传热系数n=n8.0eii PrRd.=3.04于8管程流体流通截面积 222 093.80.785.4mndSii 管程流体流速 smVuii /31.09
13、./145.07.23-iedR()k/W2普朗特数 Pr= 9.4=62.0184=cipi 8.5135302.6. .08.i ()km/24.3 污垢热阻和管壁热阻，查附录，管外侧污垢热阻 =0.000176 管内测污垢0R/Co热阻 =0.00058 已知管壁厚为 0.0025m，碳钢在该条件下的热导率为iRW/Cmo250W/moC4.4 总传热系数 K CmWRdbd oiioi 2000 /9.6714.1076.25.05.2.58.02.85914114.5 传热面积校核 60 7.13.4897mtKQSm换热器的实际传热面积为 n=ld02185962换热器的面积裕度为 .175 S传热面积裕度合适，该换热器能够完成任务生产。总传热系数 K 与假设值相差 =19.98% 在范围内。06-.95. 换热器内压降的核算（1） 管程阻力 管程流体的阻力等于流体流经传热管直管阻力和换热器管程局部阻力之和，即 sprit FN)+p(=9式中 4.1m5.2FpNpstsri 于于于于于其中，直管部分的阻力和局部阻力可分别计算如下2udl=pii 2u=pr式中 3/局 部 阻 力 系 数 ， 一 般 取流 体
