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1、列管式换热器设计说明书设计者: 班级:姓名 :学号 :日期 :指导教师 设计成绩 日期 目录一、方案简介32、 方案设计41、 确定设计方案42、 确定物性数据43、 计算总传热系数44、 计算传热面积55、 工艺结构尺寸56、 换热器核算73、 设计结果一览表104、 对设计的评述115、 附图(主体设备设计条件图)(详情参见图纸)6、 参考文献127、 主要符号说明12附图一、方案简介本设计任务是利用冷流体(水)给硝基苯降温。利用热传递过程中对流传热原则,制成换热器,以供生产需要。下图(图1)是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则
2、。换热器分为几大类:夹套式换热器,沉浸式蛇管换热器,喷淋式换热器,套管式换热器,螺旋板式换热器,板翅式换热器,热管式换热器,列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。二、方案设计某厂在生产过程中,需将硝基苯液体从93冷却到50。处理能力为1105吨/年。冷却介质采用自来水,入口温度27,出口温度37。要求换热器的管程和壳程的压降不大于10kPa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。(每年按300天,每天24小时连续
3、运行)出口水温是可以自行改动的。冷却水温差最好在510一年的工作日一般300340天。可以自行选定。1确定设计方案 (1)选择换热器的类型两流体温度变化情况:热流体进口温度93,出口温度50冷流体。冷流体进口温度27,出口温度37。流程安排说理要充分。从两流体温度来看,估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大,因此初步确定选用固定管板式换热器。(2)流动空间及流速的确定 管内流体流态最好完全湍流。Re10000,d=0.02,=0.001,=1000,故ui0.5m/由于硝基苯的粘度比水的大,因此冷却水走管程,硝基苯走壳程。另外,这样的选择可以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热,提高冷却效果。
4、同时,在此选择逆流。选用252.5的碳钢管,管内流速取ui=0.5m/。 2、确定物性数据 定性温度:可取流体进口温度的平均值。 壳程硝基苯的定性温度为:管程流体的定性温度为: 根据定性温度,分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 硝基苯在71.5下的有关物性数据如下: 密度 o=1154 kg/m3定压比热容 cpo=1.558kJ/(kg)导热系数 o=418.430.910-50.129 W/(m)粘度 o=0.000979 Pas冷却水的定性温度,会随前面的出口温度变化而变化冷却水在32下的物性数据: 密度 i=994.3kg/m3定压比热容 cpi=4.24 kJ/(kg)导热系数
5、i=0.618 W/(m)粘度 i=0.000818 Pas 3计算总传热系数 (1)热流量 Wo=110510003002413889kg/hQo=Wocpoto=138891.558(93-50)=930479.7 kJ/h=258.5 kW注意的计算。特别是各个温度在公式中的位置。最好绘制计算草图。(2)平均传热温差 (3)冷却水用量 (4)总传热系数K 管程传热系数 此处可以直接假设K值是多少,无需做复杂的运算。(5)壳程传热系数 假设壳程的传热系数o=290 W/(m2); 污垢热阻Rsi=0.000344 m2/W , Rso=0.000172 m2/W管壁的导热系数=45 W/(
6、m)注意后面的校核,分别针对K值/裕度。4、计算传热面积 考虑 15的面积裕度,S=1.15S=1.1519.24=22.12m25、工艺结构尺寸 (1)管径和管内流速及管长 选用252.5传热管(碳钢),取管内流速ui=0.5m/s,选用管长为3m。(2)管程数和传热管数 管长是受限制的,1.0/1.5/2.0/3.0/6.0m。经过一般初算后,基本可以确认管长。依据传热管内径和流速确定单程传热管数 按单程管计算其流速为管内流速大于0.5m/S为佳。接近0.5m/s也可。按单管程设计,流速过小,宜采用多管程结构。则该换热器管程数为 (管程)传热管总根数 N=94 (根)(3)平均传热温差校正
7、及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程,双管程结构,温差校正系数应查有关图表。可得平均传热温差(4)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。取管心距t=1.25 d0,则 注意:管心束17时,排管数的计算,必须加上弓形位置的管数。参见书中表格。t=1.2525=31.2532(mm)横过管束中心线的管数排管数的计算:1+(1+2+3+4+5)6=91此处计算有误。按照管心束13计算:1+(1+2+3+4+5+6)6=127127-4-13=110根。中心管束排列11根管,即正六边形可排5层。则实际排管数设为102根,其中4根拉杆,再扣除11根中
8、心管束(隔板占据)则实际换热器为87根。(5)壳体内径 采用多管程结构,取管板利用率0.7,则壳体内径为 圆整可取D400mm (6)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h0.25400100mm,故可取h100 mm。 取折流板间距B0.5D,则B0.3400200mm,可取B为200。 折流板数目与壳程接管位置密切相关。最好是奇数。折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=3000/200-1=14(块)折流板圆缺面水平装配。 (7)接管 壳程流体进出口接管:取接管内硝基苯流速为 u1.0 m/s,则接管内径为 标准管径DN用于编号,与实际的管径
9、并不一致。取标准管径DN60为65 mm3mm。 管程流体进出口接管:取接管内冷却水流速 u1.5 m/s,则接管内径为 取76mm6.5mm无缝钢管。6换热器核算 (1)热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板,可采用凯恩公式 当量直径,由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 粘度校正 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数传热系数K这个K值相差比较大,1-347.5/400=13%。应重新假定计算。与假定的K值相差13%,可以接受计算结果。传热面积S该换热器的实际传热面积Sp实际总管数是87根。该换热器的面积裕度为 要求在1030%。
10、传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务。 (2)换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re10064.6,传热管相对粗糙度0.01/200.005,查莫狄图得i0.037 W/m, 流速ui0.414m/s,994 .3kg/m3,所以 注意设计要求。管程压力降在允许范围之内。壳程压力降流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 注意设计要求。壳程压力降也比较适宜。 三、设计结果一览表换热器形式:固定管板式换热面积(m2):22.2工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水硝基苯操作压力,Pa未知未知操作温度,27/3793/5
11、0流量,kg/h21945.313889流体密度,kg/m3994.31154流速,m/s0.4140.191传热量,kW258.5总传热系数,W/m2K347.5传热系数,W/(m2)2402.3866.6污垢系数,m2K/W0.0003440.000172阻力降,Pa2185.51800.8程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格252.5管数98管长mm:3000管间距,mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距,mm200切口高度25%壳体内径,mm400保温层厚度,mm未知四、对设计的评述初次接触化工原理课程设计,还荒谬地以为是像其他课程一样是实验类的,听课的时候也一头雾水,根本不知道该做什么,该怎么做,无从下手,只是觉得好难。有一段时间都在观望。所以自己设计的时候只能是根据老师提供的模板,用新的数据代替旧的数据,其他的公式完全照抄,花了一天时间,终于把计