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1、-大学化工原理列管式换热器课程设计说明书 学院： 班级： 学号： ： 指导教师： 时间： 年 月 日目录一、化工原理课程设计任务书.2二、确定设计方案.3. z.-1.选择换热器的类型 2.管程安排. z.-三、 确定物性数据.4四、 估算传热面积.5. z.- 1.热流量 2.平均传热温差 3.传热面积 4.冷却水用量. z.-五、 工艺构造尺寸.6. z.- 1.管径和管流速 2.管程数和传热管数 3.传热温差校平均正及壳程数 4.传热管排列和分程方法 5.壳体径 6.折流挡板.7 7.其他附件 8.接收. z.-六、 换热器核算.8. z.- 1.热流量核算 2.壁温计算.10 3.换热
2、器流体的流动阻力. z.-七、 构造设计.13. z.- 1.浮头管板及钩圈法兰构造设计 2.管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 3.管箱构造设计 4.固定端管板构造设计 5.外头盖法兰、外头盖侧法兰设计.14 6.外头盖构造设计 7.垫片选择 8.鞍座选用及安装位置确定 9.折流板布置 10.说明. z.-八、 强度设计计算.15. z.- 1.筒体壁厚计算 2.外头盖短节、封头厚度计算 3.管箱短节、封头厚度计算.16 4.管箱短节开孔补强校核.17 5.壳体接收开孔补强校核 6.固定管板计算.18 7.浮头管板及钩圈.19 8.无折边球封头计算 9.浮头法兰计算.20. z.-九、参考文献.2
3、0一、化工原理课程设计任务书某生产过程的流程如图3-20所示。反响器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110进一步冷却至60之后，进入吸收塔吸收其中的可溶性组分。混合气体的流量为231801，压力为6.9，循环冷却水的压力为0.4，循环水的入口温度为29，出口的温度为39，试设计一列管式换热器，完成生产任务。：混合气体在85下的有关物性数据如下来自生产中的实测值密度 定压比热容热导率粘度循环水在34下的物性数据：密度 定压比热容K热导率K粘度二、确定设计方案1 选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度110出口温度60；冷流体进口温度29，出口温度为39，该换热器用循环
4、冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。2 管程安排 从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，假设其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。三、确定物性数据 定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程混和气体的定性温度为 T= =85管程流体的定性温度为t= 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合气体来说，最可靠的无形数据是实测值。假设
5、不具备此条件，那么应分别查取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。混和气体在85下的有关物性数据如下来自生产中的实测值： 密度 定压比热容 =3.297kj/kg热导率 =0.0279w/m粘度 =1.510-5Pas循环水在34 下的物性数据： 密度=994.3/m3 定压比热容=4.174kj/kgK 热导率=0.624w/mK粘度=0.74210-3Pas四、估算传热面积1.热流量Q1=2318013.297(110-60)=3.82107kj/h =10614.554kw2. 平均传热温差 先按照纯逆流计算，得=3. 传热面积 由于壳程气体的压力较高
6、，故可选取较大的K值。假设K=320W/(k)那么估算的传热面积为 Ap=4.冷却水用量m=五、工艺构造尺寸1管径和管流速 选用252.5较高级冷拔传热管碳钢，取管流速u1=1.3m/s。2管程数和传热管数 可依据传热管径和流速确定单程传热管数Ns=按单程管计算，所需的传热管长度为 L=按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程构造。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=7m，那么该换热器的管程数为 Np=传热管总根数 Nt=6272=12543. 传热温差校平均正及壳程数 平均温差校正系数： R= P=按单壳程，双管程构造，查【化学工业化工原理第三版上册】：图5-19得：平均传热温差
7、 K由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程适宜。4. 传热管排列和分程方法 采用组合排列法,即每程均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。见【化学工业化工原理第三版上册】：图6-13。 取管心距t=1.25d0，那么 t=1.2525=31.2532隔板中心到离其最.近一排管中心距离： S=t/2+6=32/2+6=22各程相邻管的管心距为44。管数的分程方法，每程各有传热管627根，其前后管程中隔板设置和介质的流通顺序按【化学工业化工原理第三版上册】：图6-8选取。5壳体径 采用多管程构造，进展壳体径估算。取管板利用率=0.75 ，那么壳体径为： D=1.05
8、t按卷制壳体的进级档，可取D=1400mm筒体直径校核计算：壳体的径应等于或大于在浮头式换热器中管板的直径，所以管板直径 的计算可以决定壳体的径，其表达式为：管子按正三角形排列：取e=1.2=1.225=30mm=32 39-1+2 30 =1276mm 按壳体直径标准系列尺寸进展圆整：=1400mm6折流挡板 采用圆缺形折流挡板，去折流板圆缺高度为壳体径的25%，那么切去的圆缺高度为 h=0.251400=350m，故可取h=350mm取折流板间距B=0.3D，那么 B=0.31400=420mm，可取B为450mm。折流板数目折流板圆缺面水平装配，见图：【化学工业化工原理第三版上册】：图6-9。7其他附件拉杆数量与直径选取，本换热器壳体径为1400mm，故其拉杆直径为16拉杆数量8，其中长度5950mm的六根，5500mm的两根。壳程入口处，应设置防冲挡板。8接收壳程流体进出口接收：取接收气体流速为u1=10m/s，那么接收径为圆整后可取管径为300mm。管程流体进出口接收：取接收液体流速u2=2.5m/s，那么接收径为圆整后去管径为360mm六、换热器核算1 热流量核算1
