化工原理列管式换热器课程设计.docx

化工原理课程设计设计说明书设计题目换热器学院机电工程学院专业过程装备与限制工程姓名赵博学号140331214指导老师孟宪宇日期2017/6书目一、化工原理课程设计任务书1.通样倏热器的类型2.管程支配四、估算传热面枳.1.BiKft2平均传热温整3.代热面积4.冷却水川做五、工艺结种尺寸.I.钟粒和管内流速2首科攻相传热管政3 .传热源整校平均正及先程效4 .怙热管排列和分程方法5 .克体内存6 .折法岩板Ii7 .其他附件8.fiEW六、换焦铁算1.热流量核算2，温计算3.秧热器内流体的流淌阻力10七、结构设计IXaawaawa13I.泞头管板及钩圈法兰结构i5ii1.26薪法”：.和管箱网亮体法兰设计3.管箱结构设计4固定竭管板结构设计5.外头盖法兰、外头热«!法竺设计146 .外头i»ffi构ISH7 .柴片送齐8 .座选川及安萦位胃确定9 .折淹板布置10 .说明八、三设it#算1 .筒体墩厚计算2 .外头盖短节、封头厚度计算3 .管箱短节、封头庠度计算164 .管箱短节开孔补强校核175 .光体接管开孔补演校核6,固定管板计算187 .浮头管板及的圈198 .无折边球封头计算9 .浮头法兰计算20九、*文120一、化工原理课程设计任务书某生产过程的潦程如图3-20所示“反应器的混合气体经与进料物流换热后,用循环冷却水聘其从IIoC进一步冷却至60'C之后，进入汲取塔汲取其中的可溶性组分。已知混合气体的流量为221801梗/3压力为6.9M4,循环冷却水的压力为0.4A/P”,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8=90版/加定压比热容cf1=3.297切依C热导率4=0.0279w.,C粘度"=1.5()s循环水在34C下的物性数据：密度p=994.3依/病定压比热容.=4.174耳/依1(热导率4=0.624wnK粘度M=O.742x1.('%s二、确定设计方案1 .选和换热器的类型两流体器的改变状况：热流体进U沿度HOC出口逊度60C：冷流体进U温度29P,出口温度为39匕，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湿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 .管程支配从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走光程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，粕会加快污垢增长速度，使换热器的热流取下降，所以从总体考.虑，应使循环水走管程，混和气体走光程.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“湘度的平均值.故壳程温和气体的定性温度为T=四史=85C2管程流体的定性温度为39+29t=342依据定性温度，分别杳取光程和管程流体的有关物性数据，对混合气体来说，最牢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卑组分的有关物性数据，然后依据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（来自生产中的实泅值）：密度px=90kgm'定压比热容Cm=3.297kjkgC热导率i=0.0279wmC粘度必=1.5x1.O'Pas循环水在34C下的物性数据：密度P1=994.3kgm3定压比热容CW=4.174kjkgK热导率4=0.624wmK粘度M=O.742X10-3Pas四、估算传焦面积1.热流麻Q=w1.,1.z1.=221801×3.297×(110-60)=3.66×107kjh=10166.667kw2.平均传热温差先依据纯逆流计算,得a,(110-39)-(60-29),110-39In60-29=48.3K3.传热面枳由于亮程气体的压力较高，故可选取较大的Kt假设K=320W(m'k)则彷匏的传热面积为4=Ie=断78疝KM111320×48.34.冷却水用量10166667m=叼=:二二二4.I74×1O'×1O=243.6kgis=876856.8五、工艺结构尺寸I.管径和管内流速选用25×2.5较高级冷拔传热管（破例）,取管内流速Ui=UnVsO2 .管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数、，V876856.8/（3600x994.3）“八Ns=；600勺,O.785×O.O2-×1.3按单程管计算.所3的传热管长度为1.=-皿凡657,783.14×0.025×6001411技单程管设计,传热管过长.宜采纳多管程结构.依据本设计实际状况采纳非标设计,现取传热管,则该换热器的管程数为Np=7=7=2传热管总根数Nt=60()×2=1.2()03 .传热温电校平均正及光程数平均温差校正系数；RKFj1.O-%I1-I139-29-=0.124PJ-I39-29T1.-t,-110-29按单壳程，双管程结构，杳【化学工业出版社化工眼理（第三版上册】：图5/9得：Q=0.96平均传热讯差Zu1.=£*5=096X48.3=46.4K由于平均传热温差校正系数大于0.8,同时光程：，T较大，故取电无程介适.4 .传热管排列和分程方法采纳组合排列法,即每程内均按正三角形排列.隔板两恻采纳正方形排列（.见【化学工业出版社化工原理（第三版上册】：图643取管心距1.=1.25d,则«=125X25=31.25s321111隔板中心到离其母,近一插管中心距离；S=t2+6=322+6=2211n各程相邻管的管心距为44m.管数的分程方法，每程各有传热管600根，其前后管程中隔板改设和介质的流通依次按【化学工业出版社4化工原理3(第三版)上册】：图68选取,5 .壳体内径枭纳多方程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率n=0.75,则壳体内径为：D=1.05yN=1.05×321200/0.75=134w?按卷制壳体的进级档，可取D=UOOmm简体宜径校核计算：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，所以管板直径的计蚌可以礴定壳体的内径，其表达式为：Di=I(nc-1.)+2e管子按正三角形排列：n«=I.H瓦=1.1×T2=381.Re=1.2do=1.,2×25=3Omm.D1=32X(38-1)+2×3O=1244mm按光体直径标准系列尺寸进行圆形：D1=I-WKhnm6 .折流挡板采纳圆块形折流挡板，去折流板回玦高度为壳体内径的25%,则切去的圆玦高度为h=O.25×1.400=350n.故可取h=350mm取折流板间距B=0.3D.则BM).3×1.400=420mm,可取B为450mm,折流板数目NB=传热管长折流板间距TOoO45014.514折流板即缺面水平装配，见图：【化学工业出版社d化工原理(第三版)上册】：图6%7 .其他冏件拉杆数宜件选取.本换排戏充体内行为U(Xhnm.故其拉用径为16拉杆I18.其中匕度595Omm的六根.55(X)mm的两极.光程入口处，应设置防冲挡板，8 .接管光程流体进出U接管：取接管内气体流速为U1.=Iom-则接管内径为n4V4×22I8OI(36×9O)D=,=J=0.295%V3.14x10回整后可取管内径为3(X)mm.管程流体进出口接管：取接管内液体流速U2=2.5m,则接笆内径为r、4×876856.«/(36(X)×W4.3)Q,=.:=0.353-V3.14x2.5回整后去管内径为35Omm六、换热器核算1 .热流段核算<I)光程衣面传热系数用克恩法计算，见式【化学工业出版社4化工原理：，(第三版>上册】：式<5-72a):=0.363Re(IPr%(*产4当一直径，依【化学工业出版社化工原理(第三版)上册】：式(5-73a)得42-<2-4-=0.0<光程流通极面积：S1,=ZX1.-)=450×140(X1.-)=0.1378光程流体流速及其出诺数分别为221801/(3600x90)0.1378=5.0msRet=*潸普朗特数=1.773CCp3.2<Z7×IO,×1.5×1.(),Pr=-E-=0.0279枯度校正%=0.3600279X6(XXy,'51.773×=915.7hzK().02<2>管内表面传热系数:,=0.023&R”Prg&管程流体流通截面枳：Iz>0f)S1=0.7850.022=0.1884，2管程流体流速:8768568/(3600x994.3)“3仙0.1884雷诺斯Re=0.02X1.3X994.3/(0.742×IO3)34841普朗特兹:.4.174×K)0.742×105,一0.624It=4.96a,=O.O23×X3484P1.iX4.96,u=5858vK0.02（3）污垢热阻和管岷热阻：【化学工业出版社化工原理（笫三版）上册】:表55取；管外侧污垢热阻Rt,=O.（KX）kfw管内制污垢热B1.R1=0.0006m2kIw管壁热阳按【化学工业出版社化工原理3（第三版）上册】：图S3杳得碳钢在该条件卜的热导率为SOMmK1.所以拉="丝=0.000（）5卜w50（4）传热系数K,有：二f25O.OOO6×250.00005×25nrun1.(5858x202022.5935.7；402hm:-K（5）传热面积裕度:计算传热面积Ac：10166.667x10',=523.6"402×48.3该换热器的实际传热而枳为AjAp=z,Wz=3.14×0.025×7×12=659.4J该换热器的面枳裕度为“=X=6594-523.6=26%523.6传热面枳裕度合适.该换热器能彰完成生产任务,2.壁温计匏因为管壁很薄，而且壁热阻很小,故管壁制度可按式Iu/J%计算。由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低，为确保军库，取循环冷却水进I温度为159,出口温度为39C计算传热管壁海。另外,由于传热管内恻污垢热阻较大，会使传热管壁温上升，降低了壳体和传热管室温之差.但在操作初期，污垢热阻较小，克体和传热管间壁温差可能较大。计算中