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1、前言热交换器是进行热量之间传递的通用工艺设备，被广泛应用于各 个工业部门，如化工、食品、电力。换热器分类方式多样，按照其工作原理可分为:直接接触式换热 器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类，其中间壁式换热器用量最 大,据统计，这类换热器占总用量的99 %。间壁式换热器又可分为管壳 式和板壳式换热器两类，其中管壳式换热器使用量最大，以其在高温、 高压和其他大型的换热设备中性能良好，因此被广泛操作使用。管壳 式换热器类型也有多种，如，固定管板式换热器、浮头式换热器及填 料函式换热器。近年来尽管管壳式换热器倍受新型换热器的挑战，但由于管壳式 热交换器具结效率高、便于清洗拆卸、操作弹性大、应用材料广等
2、优 点，管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型 换热器。如何优化改造管壳式换热器，提高其换热效率，便于操作， 是现在换热器优化最关注的问题。本说明书目的是对有机物进行冷 却，通过对管路进行一系列设计，寻求一种较优的方法。目录一. 前言2二. 课题及工艺要求52. 1课题52.2工艺要求5三. 选定设计方案53. 1换热器类型选择53. 2确定流动空间53. 3流速的确定5四. 确定物性数据6五. 计算总传热系数65. 1热流量65. 2平均传热温差65.3冷却水的用量75.4总传热系数7六. 计算传热面积8七. 工艺结构尺寸87.1管径及管内流速87. 2管程数和传热管数87
3、. 3平均传热温差校正及壳程数97. 4传热管排歹ij和分程方法107. 5壳体内径107. 6折流板io7.7接管11八. 换热器核算118. 1热流量核算118. 1. 1壳程对流传热系数118.1.2. 管程对流传热系数128.1.3 污垢热阻138. 1.4传热系数138.1.5 传热面积138.1.6换热器内流体的流动阻力14九. 换热器主要计算结果汇表15十.主要符号说明17十一.参考文献20二. 课题及工艺要求2.1课题管壳式换热器的设计选型2.2工艺要求要求将温度为90C的某液态有机物冷却到70C,此有机物 的流量为10.5 kg/so现拟用温度为t30C的冷水进行冷却。 要求
4、管壳式换热器管壳两侧的压降皆不应超过O.IMPa。己知 有机物在特征温度下的物性数据如下：p =997kg/m p =0. 6mPa. scp=2. 22kj/kg. C A =0. 16w/m. C三. 选定设计方案3.1换热器类型的选择液体有机物温度变化情况：90C-70C.管壳式换热器管壳两侧的 压降皆不超过0.lMPa因此，估计冷、热两流体的温差不大、压力 不高，于是初步选定固定管板式换热器。3.2确定流动空间冷却水为防结垢走管程，液体有机物为便于散热走壳程。选用。25mmX2. 5mm的碳钢管。3.3流速的确定初设管程流速Ui=lm/s四. 确定物性数据冷却剂：河水，从乙tm10C及
5、防止水中盐类析出为原则，选择出口温度：12=40 C循环水的定性温度为y =(40 + 30)/2 = 35 C液体有机物的定性温度为Tm=?070=8()2两流体的温差 -tm = 80-35 = 45C 50 C两流体在定性温度下的物性数据如下性 流体温度t笆密pkg/m3粘度日mPa s比热容cDkJ/(kg C)导热系数W/(m C)有机物699970.62.220. 16冷却水359940. 7254.080.626五. 计算总传热系数5. 1热流量Q0=m0cDAto=10. 5X2. 22X (9070) =466. 2kw5. 2平均传热温差并流时，岫=90-30=60。 At
6、2 =70-40 = 30C60-30 仁Atm = 巳=43.3Cf M| 60In-In At. 30逆流时，Ati =90-40 = 50。 At2 =70-30= 40Ct】一M 50-40-y = .旦=44.8c飒，叫，50In -In 40选择逆流传热。466.2x36005.3冷却水的用量w = -= 二 =41135cg/h cPi(t2-ti) 4.08x(40-30)5. 4总传热系数 5.4. 1总传热系数的经验值见课本附录，选择时除要考虑流体的物性和操作条件外，还应考虑换热器的类型。总传热系数的选择高温流体低温流体总传热条数/LW/ (m3- C)水水14002840
7、甲醇、氢水14002840有机物M 水4308500. 5mPa s有机物M 水28 4300. 5mPa , s 气体水12 280水冷冻盐水570-1200水冷冻盐水230580硫酸水870四氯化碳氯化钙溶液76氯化氢气（冷却除 外）氯气（冷却除外）盐水35 175水35 175焙烧S02气体Z230465氮Z66水Z41011605.4. 2根据管程走循环水，壳程走有机物，总传热系数K现暂取:K = 570W/nrC六. 计算传热面积A Q 4662X103.Ao = 18.26m-KAtm 逆570x44.8面积裕度*=15%, A=AoXl. 15=21 m2根据A可以选择下述标准换
8、热器（查附录得）：（排列方式：正三角形）公称直公称压管程数管子根中心排管程流换热管管心距换热径力N数管数通面积长度/mm面积DN/mmPN/MPanNt/m225 x 2.5mmL/mm/m24004294110.014845003232.5七.工艺结构尺寸7.1管径及管内流速选取0 =25X2. 5mm碳钢管；管内水流速u=lm/S;7. 2管程数和传热管数:v 41139(994x360。,0.785x0.023 xl 根按单管程计算时，所需传热管长为l = - = 7.23mdon5 3.14x0.025x37因此按单程设计，传热管过长，可以采用多管程设计。若换热管长L=4. 5,管程数
9、为Np二2时，则A211L = 59.4 却 60乃dL 3.14x0.025x4.5每程管数为60/2二30_ v _ 41135/(994x3600 _八 At Atmi = 0.98x 44.8 = 43.904c7.4传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用矩形排列。 取管心距 t二 1. 25do=l. 25X25 =31.2532mm 横过管束中心线的管数守1.19 成= 1.19 面=9.22圆取整nc=107. 5壳体内径采用多管程结构，取管板利用率 =0.75壳体内径 D=1.05t1.05x32j60/0.75 =300.5mm圆整可取D=
10、400mm7. 6折流挡板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的28%。则切去的圆缺高度为h=0. 28X400mm=112mm折流挡板间距 B=0. 6D=0. 6X0. 4=0. 24mm折流挡板数队二传热管长/折流板间距=4500/240-1=18块采用折流板圆缺面水平装配.相邻两折流板间距D=400mm管心距t=32mm查表得得折流板厚度为5mm折流板厚度与壳体内径及折流板间距有关见表5. 5. 1所列数据。表5. 5.1.折流板厚度/ mm壳体公称内径/mm相邻两折流板间距/rrnnW300300450450600600750750200250356101040070056
11、101012700-10006810121610006101216167.7接管管程流体出口接管：取接管内流速u-lm/s则接管内径为d, = 1- = J=O.121m 圆整取 130mm-,3600x994x3.14x1壳程流体出口接管：取接管内流速u2=l. 5m/s则接管内径为di 二36。：忠二L.5= 9血圆取整 /mm八.换热器核算8.1热量核算8. 1. 1壳程对流传热系数采用弓形折流板，壳程表面传热系数的计算式 _ n M D 0 55 nrl/3z /、。14(Xo-U.30Reo pi (/o/Zw)Cle由三角形排列得当量直径4xA=一侄-农4I2 4 J-e . A x0.032- -0.785x0.0025-2(4.73严
