化工原理课程设计列管式换热器设计.docx

列管式换热器设计说明书设计者：班级：姓名：学号：日期：指导老师设计成果日期书目一、方案简介3二、方案设计4I、确定设计方案42、确定物性数招43、计算总传热系数44,计算传热面积55、工艺结构尺寸56,帙热器核算7三、设计结果一览表10四、对设计的评述H五、附图（主体设需设计条件图（详情参见图纸六'参考文献12七、主要符号说明12附图一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给硝基苯降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产须要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,便利清洗.复合实际须要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉醉式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简洁、坚实、制造较简洁、处理实力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温柔大型装置中运用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。二、方案设计某厂在生产过程中，需将硝基苯液体从93C冷却到50C。处理实力为1X10$吨/年。冷却介明采纳自来水，入口温度27C,出口阻度37C.要求换热器的管程和壳程的压降不大于IOkP人试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按300天，每天24小时连续运行）I.确定设计方案（O选舞换热叁的类型两流体温度改变状况：热流体进口温度93C,出口温度50C冷流体。冷流体进口温度27P,出口温度37C。从两潦体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。（2）流於空间及渡速的确定由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷却水走管程，硝基苯走壳程。另外,这样的选择可以使硝基笨通过壳体壁面对空气中散热，提而冷却效果.同时，在此选择逆流。选用小25X2.5的碳钢管，管内流速取Ui=OSm/s.2、确定物性数据定性阻度：可取流体进口温度的平均值。光程硝基苯的定性温度为=W"E"管程流体的定性温度为:士电=32d依据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。硝基苯在71.5C下的有关物性数据如下：密度定压比热容导热系数粘度PO=1154kgrn'cpo=1.558kJ(kgC)=418.4×30.9×105=0.129W(m*C)o=0.000979Pas冷却水在32C下的物性数据:密度（压比热容导热系数pi=994.3kgm,cn=4.24kJ(kg*C)i=0.61.8W(mC)粘度i=0.(MX)818Pas3.计算总传热系数*H:WO=I×105×100o+300÷24%13889kghQo=WKPOAtO=I3889X1.558×(93-50)=93()479.7kJh=258.5kW(2)平均传然温差1.-Ak(93-37)-(5()-27)37.C5()-27(3)冷却水用量930479.7CrQi4.24x(37-27)21945.3kg(4)总传热系敷K管程传热系数d1u1p,0.02x0.5x994.3=121150.000818i=0.023，(誓严(竽严0.023xx1.2H5«x(生业01严0.020.618=26ISW(m*C)光程传热系数假设壳程的传热系数uo=290W(r-,C)：污垢热阻RSi=O.000344m2X?AV.RSO=O.000172m2,CV管壁的导热系数=45W(mC)K=：-+/?A+,+,d,di/2618.2x0.020+0000344竺2鹫至皎+00007I2+工0.02045×0.022529()=400VV(m,C)4、计算传麓面积=19.24/_0285.5X1.O-一K一d-400x37.1考虑15%的面枳裕度，S=I.15×S"=1.15×19.24=22.12m:5、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速及管长选用也25X2.5传热管（碳钢），取管内流速Ui=O.5nVs,选用管长为3m（2）管程数和传热管效依据传热管内径和流速确定单程传热管数ZAt22.12mmNt=-=94根向J3.1.4×0.025×3按单程管计分其流速为Uz(3600X994.3)21945.3/(360()x994.3)”，,u=-；=；=0.214S血;n<3.14x0.022X%44按单管程设计，流速过小，宜采纳多管程结构，则该换热器管程数为M=:耨-僧程）传热管总根数N=94（根）（3）平均做“国校正及光程数平均传热温差校正系数心给=些=2.4350-2723p=50-27=23=04193-3756按雎壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得,u=090平均传热温差tm=i=O.9O×37.1=33.39*C（4）传热管樗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，隔板两侧采纳正方形排列。取管心距t=1.25do,则t=1.25×25=31.25¾32（mm）横过管束中心线的管数/Vc=1.1.f94=IO.71.1.U得到各程之间可排列I1.支管，即正六边形可推6层。则实际排管数设为102根,其中4根拉杆，则实际换热器为98根(5)壳体内径采纳多管程结构，取管板利用率Q=O7,则壳体内径为圆整可取D400mm(6)采纳弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为h=0.25×400=1.(X)nn.故可取h=I(X)mm.取折流板间距B=0.5D.则B=0.3×400=2(X)mm,可取B为200。折流板数NB=传热管长/折流板间距-I=3000/200-1=14(块)折流板圆缺面水平装配。<7)接管壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为U=I0m,则接管内径为4×13889/(3«X)×1154)3.14,00.065m取标准管径为108nm×IIinnu管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速u=1.5ms,则接管内径为jj4x21945.3"3600994.3)八d,=,=().072m*V3.14x1.5取巾76mmX6.5mm无缝钢管。6.换热器核算(1)热量核算壳程对潦传热系数对圆缺形折流板，可采纳凯恩公式0=0.362&产人72严d.当量直径，由正三角形排列得X0.0321-0.0252)43.14x0.025=0.020m亮程流通截面积S1.J=8。(I-S)=0.2X0.4×(1-)=0.0175m°t0.032壳程流体流速及其需诺数分别为13889/<3600x.54)=0J9|m/5().0175f1.0.02x0.19Ix1.1.54,c,Ren=4503().(M)()979普兰特准数1.558X10)o.0oo979,1r=11.00.129au=0.36××106324°”×11.8h,X1=866.6W/(nr-D-0.02管程对流传热系数管程流通截面积S,=0.785x0.02'×982=0.014«nr管程流体流速2.945.3/(3600x994.3)=(h414m/s,0.0148C0.02×0.414×994.3Rc1=10064.60.000818普兰特准数4.24X10,×0.000818一r=5.60.618a,=0.()23××10891.Iu×5.604=240231V(m,C)10.02传热系数KK=÷÷÷+”:+0,000344X”竺,竺经324023x0.020=347.5W(n'C)0.02045x0.02251-0.000712+866.6传热面积S6=2=2585"-CWKAJ347.5×37.1该换热器的实际传热面积SpSP=皿W=3.14X0.025X(3-0.06)×<98-1.1.)22.211r该换热器的面积裕度为H=500=22'22t1.=11%S20传热而积裕度合适，该换热错能够完成生产任务。(2)换霜器内流体的压力降管程流淌阻力Pi=(P1+P2JFtNsNpNs=I,Np=2,Ft=1.5由Re=10064.6，传热管相对粗糙度0.01/20=0.(X)5,查莫狄图得i=0.037W/m,C.流速Ui=O.41.4ms,P=994.3kgn3.所以AnCgr3994.3X0.4142AE=0.037X×=472.9PaAn,994.3X0.4141”一人=3*=255.6PaZAE=(472.9+255.6)×1.5×2=21.85.5Pa<IOkPa管程压力降在允许范围之内。壳程压力降EAEMM+Ag)FtNsNS=I,F1.=I流体流经管束的阻力AU=%,(+1)等F=0.5f1.,=50064.62a=0.6114ne=11,NB=I4,“0=0.191I54×0IO1.2A/：=0.5x0.6114×1.1×(14+1)×UjrY=()64/PQ2流体流过折流板缺口的阻力AP劫一H=0.2n,D=OAma.,Z2Bot;14,I2x0.2'iI54×0.191.2蜴=Nfi(35)-=14×(3.5)×-=736.7/Z)20«42总压力降ZAR=(1064.1+736.7)×1.×1.=1.800.8VIOkpa壳程压力降也比较相宜.三、设计结果一览表换热港形式：固定管板式换热面积（nf）:22.2工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水硝基苯操作压力，Pa未知未知操作温度，C27/3793/50流兄,kg/h21915.313889流体密度，kgm1994.31154流速，m.s0.4140.191传热量，kW258.5总传热系数，w1.nzK347.5传热系数,W/(m2'C)2402.3866.6污垢系数，K/W0.0003440.000172阻力降，Pa2185.51800.8程数21举荐运用材料碳钢碳钢管子规格25X2.5倍数98管长mm:3000管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm200切口高度25%壳体内径,E100保温层厚度，m未知表格1四、对设计的评述初次接触化工原理课程设计，还荒谬地以为是像其他课程一样是试验类的，听谡的时候也头雾水，根本不知道该做什