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1、 学 号题 学 专 业姓 指 导号 01课课目 水院 班 级 名 老 师 20920390课 程课 程水蒸气加热化学化2 00131 程 设程 设热苯列管式工程工0 9赵 蓉张 光0 1 0 年设 计设 计式换热器程学院0 1 班旭 9 月计计 的设计 院 课程设计任务书 课程设计任务书 学生姓名： 学生姓名： 赵 蓉 专业班级： 专业班级： 化工 0901 班化工 0901 班 指导教师： 指导教师： 张光旭 张光旭 工作单位： 工作单位： 化学工程学院化学工程学院 题 目: 水蒸气加热苯列管式换热器的设计 一、工艺条件题 目: 水蒸气加热苯列管式换热器的设计 一、工艺条件 用 150 KP
2、a 的饱和水蒸气将 20 的苯加热到 75 ，苯的质量流量为 45t/h， 试设计一列管式换热器， 要求其管程压降小于 70 kPa。 要求完成的主要任务:要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、合理的参数选择和结构设计； 2、工艺计算，包括传热计算和压降计算等； 3、主要设备工艺尺寸设计。 时间安排： 设 计 内 容 所用时间 时间安排： 设 计 内 容 所用时间 1、根据换热任务和有关要求确定设计方案； 1 天 2、初步确定换热器的结构和尺寸； 1 天 3、核算换热器的传热面积和流体阻力； 1 天 4、确定换热器的工艺结构； 1 天 5、写出
3、设计说明书。 1天 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 前言 前言 在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程中的一种设备，统称为换热器，它是化工炼油，动力，原子能和其它许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工，炼油等工业生产来说，换热器尤为重要，换热器随着使用目的的不同可以把它分为：热交换器，加热器，冷却器，冷凝器，蒸发器和再沸器等。 本设计的主要任务是完成满足某一生产要求的管壳式换热器， 它是属于列管式换热器的一种， 是利用间壁使高温流体和低温流体进行对流传热从而实现物料间
4、的热量传递。 换热器的工艺设计计算有两种类型，即设计计算和校核计算，包括计算换热面积和造型两方面。设计计算的目的是根据给定的工作条件及热负荷， 选择一种适当的换热器类型，确定所需的换热面积，进而确定换热器的具体尺寸。校核计算的目的则是对已有的换热器校核它是否满足预定要求， 这是属于换热器性能计算问题。无论是设计计算还是校核计算，所需的数据包括结构数据、工艺数据和物性数据三大类。其中结构数据的选择在换热器设计中最为重要。 对于列管式换热器的设计包括壳体型式、 管程数、管子类型、管长、管制排列形式、折流板型式、冷热流体流动通道等方面的选择。 工艺数据包括冷热流体的流量、 进出口温度、 进口压力、允
5、许压力降及污垢系数。 物性数据包括冷热流体在进出口温度或定性温度下的的密度、比热容、粘度、导热系数等。 本设计针对饱和水蒸气加热苯的问题设计一列管式换热器。 本设计包括三个部分：说明部分、计算部分、绘图部分。本设计主要是说明部分。说明部分主要是通过对苯生产任务的确定，最后确定水蒸汽的用量及换热器的结构，说明了此换热器的工作环境，工作条件，适用范围及技术要求等。 计算部分主要是对针对所选的换热器在满足生产要求的情况下进行工艺核算，最大可能的减小投入和增加收益，本设计就是为完成以上任务而进行的计算。 绘图部分主要是遵照计算的要求在绘图纸上按照一定的比例要求把所设计的换热器反映到图纸上来，使设计更清
6、晰易懂。 目 录 1 设计方案的确定 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 1.1 列管式换热器型式的选择 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 1.2 流程的选择 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 1.3 流速的选择 1.4 热补偿 1.5 流向的选择 2 换热器的设计计算 2 换热器的设计计算 9 2.1 确定物性数据 9 2.2 估算传热面积 9 2.2.1 热负荷 . 9 2.2.2 平均传热温差 . 9 2.2.3 总传热系数 . 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 2.2.4 计算传热面积 10 2.3 工艺结构尺寸 . 10 2.3.1 管径和管内流速 2.3.2 管程数和
7、传热管数的计算 2.3.3 传热管排列和分程方法 2.3.4 壳体内径 2.3.5 折流板 2.3.6 接管 2.3.7拉杆 2.3.8 数据汇总 3换热器核算 3换热器核算 . 14 3.1 热量核算 . 3.1.1 传热系数 K 的核算 3.1.2 传热面积 S 的核算 3.1.3 壁温的核算 3.2 换热器内压降的核算 . 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 3.2.1 管程压力降 3.2.2 壳程压力降 4. 设计结果三线表 5.固定管板式换热器图及列管排列图示例4. 设计结果三线表 5.固定管板式换热器图及列管排列图示例 6 后记 后记 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 7 参
8、考文献 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 1.设计方案的确定设计方案的确定 1.1 列管式换热器型式的选择 本次设计任务是用 150 KPa 的饱和水蒸汽（约 110）将 20 的苯加热到 75 ，估计管壁温和壳壁温之差不大，再加上所受压力较小，因此选用固定管板式换热器。固定管板式换热器具有结构简单和造价优廉的特点，且壳程流体为水蒸气，故不存在壳程不易清洁的问题。 1.2 流程的选择 选苯走管程，饱和水蒸汽走壳程。原因：饱和水蒸汽宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，增强冷却效果；苯具有易挥发、易燃的特点，其蒸汽有爆炸性，且粘度比水大，为避免其泄露和提高对流传热系数 ，选苯走管程。采用逆流形
9、式。 1.3 流速的选择 表 1 列管式换热器易燃、易爆液体和气体允许的安全流速 液体名称 乙醚、二氧化碳、苯 甲醇、 乙醇、 汽油 丙酮 氢气 安全流速，m/s 2,故： tm=(90-35)/ln(90/35)=58.23 2.2.3 总传热系数 利用化工手册，根据两种流体的性质，可查出换热器总传热系数，取其值为 K=5821162W/(m2) 之间,选取 K=650 W/(m2)。 2.2.4 计算传热面积 S=Q/(Ktm)= 1233375/(65058.23)=32.5863m2 考虑 15%的面积裕度，S=1.15S=1.1532.5863=37.4742m2 2.3 工艺结构尺
10、寸 2.3.1 管径和管内流速 选用252.5mm 的列管（碳钢），取管内流速 u1=0.7m/s。 2.3.2 管程数和传热管数的计算 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 ns=Vs/(4di2u 1)=451000/3600/856.11/(3.14/40.0220.7) 67 根 2121lntttttm按单L=S按单则该Np=传热2.3正三的排取管横过nc=单程管计算S/(d0单程管设计该换热器管=L/l=7.12热管总根数3.3 传热三角形排列排布方式管心距 t=过管束中心=1.1N1/2=1算，所需0ns)=37计， 传热管管程数为250/4.5数：N=67管排列和列结构紧，管与
11、管=1.25d0=1心线的管1.11341的传热管.4742/(3管过长， 宜为 2（管程2=134和分程方法紧凑；正方板采用焊.2525数 /213 根管长度 3.140.0宜采用多管程） 根 法 方形排列便焊接的结构32mm 02567)管程结构。便于机械清构。 =7.1250m现取传热清洗，故采m 热管长L=4采用正三角4.5m，角形2.3.4 壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率 =0.75，参考化工单元过程及设备课程设计,壳体内径 D=1.05t(N/) 1/2=1.0532(134/0.75) 1/2=449.1186mm 根据国家标准，圆整可取 D=600mm。 换热器的长度与
12、壳体直径之比L/D=4.5/0.5=9, 在卧式装置推荐范围内，故采用卧式装置。 2.3.5 折流板 采用弓形折流板，取圆缺形折流板面积为壳体面积的 25%，则切去圆缺高度为： H=0.25D=0.25600=150mm 取折流板间距 B=0.3D=0.3600=180mm 根据国家标准取板间距为 200mm。 折流板数：NB=L/B-1=4500/200-122 块 2.3.6 接管 壳程流体进出口接管：取接管外水蒸气的流速为 u=8.0m/s，则接管内径为: d=(4V/u)1/2=(40.5526/0.8254/3.14/8.0) 1/2=0.3265m 取管子标准圆整,取 d=400m
13、m 管程流体进出口接管：取接管内苯的流速为 u=0.7m/s，则接管内径为 d=(4V/u)1/2=(445000/3600/856.11/3.14/0.7) 1/2=0.1630m 取管子标准圆整,取 d=170mm 2.3.7拉杆 选拉杆直径为 12mm，拉杆数量为 6 根。 2.3.8 数据汇总 根据以上的计算可以得到如下的计算结果： DN,mm 600 管程数 2 壳程数 1 管子规格 25*2.5 管子根数 134 中心排管数 13 管程流通面积，m2 0.0364 换热面积，m2 37.4742 换热器长度，mm 4500 3换热器核算 3换热器核算 3.1 热量核算 3.1.1
14、传热系数 K 的核算 （1)壳程对流传热系数 蒸汽在水平管束外冷凝，可采用凯恩（Kern）估算式，根据两流体温度与传热系数，假设tw=90 725. 0413223 tudngroo=0.725 （ 68.50 10-2）3 951.0;2 9.81 2232.0 1000/1342/3/0.025/25.8910-5/(110-90) 1/4 =4772.4789 w/（m2） (2)管程对流传热系数 4 . 08 . 0023. 0 iipiiiiiii icud d管程流通截面积 Si=3.14/40.02267=0.021m2 管程流体流速及其雷诺数分别为 ui=45000/3600/856.11/0.021=0.6953m/s Re=0.020.6953856.11/4.41210-4=26983.3764 普兰特准数 Pr=1.76310004.41210-4/0.1407=5.5283 4 . 08 . 0023. 0 iipiiiiiii icud d=0.0230.1407/0.0226983.37640.85.52830.4 =1124.3606 w/（m2） (3)传热系数 K 查表知管内污垢热阻 Rsi=1.719710-4m2w， 管外污垢热阻Rs0=0.859810-4 m2w 已知管壁厚度 =0.0025m,取碳钢管壁导热系数 )W/(m8
