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1、（学院的名称/logo）课程设计课程名称题目名称列管式换热器设计专业班级学生姓名学号指二 O 一 O 年 00 月 00 日目录一、化工原理课程设计任务书 二、确定设计方案1. 选择换热器的类型2.管程安排三、确定物性数据四、估算传热面积51. 热流量3.传热面积2. 平均传热温差4.冷却水用量五、工艺结构尺寸61.管径和管内流速5.壳体内径2. 管程数和传热管数6.折流挡板73. 传热温差校平均正及壳程数7.其他附件4. 传热管排列和分程方法8.接管六、换热器核算81.热流量核算3.换热器内流体的流动阻力2.壁温计算10136.外头盖结构设计7.垫片选择8.鞍座选用及安装位置确定9.折流板布
2、置10.说明七、结构设计1.浮头管板及钩圈法兰结构设计2.管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计3. 管箱结构设计4. 固定端管板结构设计5. 外头盖法兰、外头盖侧法兰设计14八、强度设计计算151.筒体壁厚计算6.固定管板计算182.外头盖短节、封头厚度计算7.浮头管板及钩圈193.管箱短节、封头厚度计算168.无折边球封头计算4.管箱短节开孔补强校核179.浮头法兰计算205.壳体接管开孔补强校核九、参考文献20一、化工原理课程设计任务书原料补充吸换枠器某生产过程的流程如图 3-20所示。反应器的混合气体经与进料物流换热后， 用循环冷却水将其从110C进一步冷却至60C之后，进入吸收塔吸收其中的可溶
3、 性组分。已知混合气体的流量为37000kg h，压力为6.9MPa ,循环冷却水的 压力为0.4MPa，循环水的入口温度为29C，出口的温度为39C，试设计一列 管式换热器，完成生产任务。已知：混合气体在85C下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）密度p = 90 kg; m3p1定压比热容c = 3.297 kjkg gC热导率九=0.0279 wmgC粘度卩=1.5 x10-5 Pa gs循环水在34C下的物性数据:密度定压比热容c = 4.174 kjkg gKp1热导率九=0.624 wmgK粘度卩=0.742 x10-3 Pags确定设计方案1选择换热器的类型两流体温的变化情况
4、：热流体进口温度110C出口温度60C ；冷流体进口温度 29C，出口温度为39C，该换热器用循环冷却水冷却，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，若其流速太低，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110 + 60T=85 C2管程流体的定性温度为t=39 + 292=34
5、 C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。若不具备此条件，则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85C下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度P = 90 kg / m 31定压比热容c =3.297kj/kg Cp1热导率九=0.0279w/mC1粘度m =1.5x 10-5Pas1循环水在 34C下的物性数据：密度p =994.3 kg/m31定压比热容c =4.174kj/kgK p1热导率九=0.624w/mK1粘度m =0.742 x 10-3Pas1四、估算
6、传热面积1.热流量Q1= m c At1 p1 1=37000 X 3.297 X (110-60)=0.61 X 107kj/h =1694.444kw2. 平均传热温差先按照纯逆流计算，得=48.3KA =(110 - 39) - (60 - 29)1 110 - 39 In60 - 293. 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=320W/(m? k)则估算的传热面 积为Ap=2 /也=1694444/麗0其4託=109.63/4冷却水用量m= - = 1694444/4.17x10 =40.6覘 /414616血弘 c Atpi i五、工艺结构尺寸2管程数和传热管
7、数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数= V _ 915486.2/（3600x994.3） 肋Ns 兀 20.785 x 0.022 x 1.3d 2u4 i按单程管计算，所需的传热管长度为A686.76L=p _14 m兀d n3.14 x 0.025 x 627os按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长 l=7m，贝该换热器的管程数为L 14Np= _2l7传热管总根数Nt=627X2=12543.传热温差校平均正及壳程数平均温差校正系数：T -T 110-60R= 2 _ 5t -139 - 2921t -tP= 21T -111
8、39 - 29110 - 29_ 0.124按单壳程，双管程结构，查【化学工业出版社化工原理（第三版，上册】：图5-19得：s _ 0.96At平均传热温差 At _s At_ 0.96 x 48.3 _ 46.4 KmAt m 塑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，故取单壳程合适。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。见【化学工业出 版社化工原理（第三版，上册】：图 6-13。取管心距 t=1.25d0，贝9 t=1.25X25=31.2532 mm隔板中心到离其最.近一排管中心距离：S=t/2+6=32/2+6
9、=22 m各程相邻管的管心距为44 m。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 学工业出版社化工原理（第三版，上册】：图 6-8选取。5壳体内径 采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率n=0.75，则壳体内径 为：D=1.05t JN/耳 _ 1.05 x 32、； 1254/0.75 _ 1374mm按卷制壳体的进级档，可取 D=1400mm 筒体直径校核计算：壳体的内径 D 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i的计算可以决定壳体的内径，其表达式为：D = t （n 一 1） + 2eic0管子按正三角形排列：n二
10、1.1、.；N二1.1心1254二39cv t取 e=1.2d 0=1.2 x 25=30mm D =32 x （39-1） +2 x30 =1276mm按壳体直径标准系列尺寸进行圆整:iD =1400mmi6折流挡板 采用圆缺形折流挡板，去折流板圆缺高度为壳体内径的 25%，则切去的圆 缺高度为h=0.25X1400=350m，故可 取 h=350mm取折流板间距 B=0.3D，贝9 B=0.3X1400=420mm,可取 B 为 450mm。折流板数目NB =传热管长 _ 折流板间距一1 _7000450-1 _ 14.5 沁 14折流板圆缺面水平装配，见图：【化学工业出版社化工原理（第三
11、版）上册】：图 6-9。 7其他附件拉杆数量与直径选取，本换热器壳体内径为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接管壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为u 1=10m/s，则接管内径为D _ i14V _ 4 x 231801/(3600 x 90) _ 0 302 1 、呻3.14 x 10*圆整后可取管内径为 300mm。管程流体进出口接管：取接管内液体流速U2=2.5m/s，则接管内径为n i4x915486.2/(3600x994.3)八“D _ 0.36123.14 x 2.5圆整后去管
12、内径为 360mm六、换热器核算1 热流量核算（1）壳程表面传热系数用克恩法计算，见式【化学工业出版社化工原理（第三版）上册】式（5-72a）：九/ pa = 0.36Re 055 Pr 鮎（）。4 0d 0Pew当量直径，依【化学工业出版社化工原理（第三版）上册】式（5-73a）得3兀4 12 -d 2d =一2土厶=0.02mendo壳程流通截面积：S = BD(1 - do-) = 450 x 1400(1 -兰)=0.1378ot32壳程流体流速及其雷诺数分别为231801/（3600x90）0.1378=5.2m / sRe =odu p 0.02x5.2x90e 0= 624000
13、P1.5 x 10 - 51普朗特数粘度校正cPr = p九P = 3.297 x 103 x 1.5x 10-51 仆0.02792）管内表面传热系数：()0.14 沁 1w0 0279/a = 0.36 xx 6240000.55 x 1.77313 = 935.7w/m2 - Ko0.02九a = 0.023 Reo.8 Pro.4 idi管程流体流通截面积：S = 0.785 x 0.022 xi1254=0.19692管程流体流速：915486.2/(3600x994.3)=1.3m / s0.1969雷诺数：Re 二 0.02 x 1.3 x 994.3 /(0.742 x 10-
14、3)沁 34841普朗特数：3)4)Pr = 474 %103 % O742 %103 = 4.960.624i = .23 X 営 X 348410 X 曲4 = 5858W/ m2 -K污垢热阻和管壁热阻：【化学工业出版社化工原理(第三版)上册】：表 5-5取管外侧污垢热阻R = 0.0004m2 - k/wo管内侧污垢热阻R = 0.0006m2 - k/wi管壁热阻按【化学工业出版社化工原理(第三版)上册】：图 5-4 查得碳钢在该条0.00250 00005 /0.00005m2 - k / w50件下的热导率为50w/(mK)。所以R =w传热系数 K 有：eKeRdRd+ i_o + w_o + Rd d im120
