列管式换热器多种设计方案策划设计方案计算过程详细.docxVIP

根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下： 设计要求： 某工厂的苯车间，需将苯从其正常沸点被冷却到40℃；使用的冷却剂为冷却水，其进口温度为 30℃，出口温度自定。 物料（苯）的处理量为1000 吨/日。 要求管程、壳程的压力降均小于30 kPa。 1、换热器类型的选择。 列管式换热器 2、管程、壳程流体的安排。 水走管程，苯走壳程，原因有以下几点： 1.苯的温度比较高，水的温度比较低，高温的适合走管程，低温适合走壳程 2.传热系数比较大的适合走壳程，水传热系数比苯大 3.干净的物流宜走壳程。而易产生堵、结垢的物流宜走管程。 3、热负荷及冷却剂的消耗量。 冷却介质的选用及其物性。按已知条件给出，冷却介质为水，根进口温度t1=30℃，冷却水出口温度设计为t2=38℃，因此平均温度下冷却水物性如下： 密度ρ=994kg/m3 粘度μ2=0.727Χ10-3Pa.s 导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K) 苯的物性如下： 进口温度：80.1℃ 出口温度：40℃ 密度ρ=880kg/m3 粘度μ2=1.15Χ10-3Pa.s 导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K) 苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s 热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W 冷却水用量：Wc=Q/[cpc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s 4、传热面积的计算。 平均温度差 △tm=△t2-△t1ln△t2△t1=80.1-38-（40-30）ln80.1-3840-30=27.2℃ 确定R和P值 R=T1-T2t2-t2=80.1-4038-30=5.01 P=t2-t1T1-t1=38-3080.1-30=0.16 查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为 △tm=△t’m×0.9=27.2×0.9=24.5 由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K（估计）为400W/（m2·℃） 估算所需要的传热面积： S0=QK估计△tm=740000400×24.5=75m2 5、换热器结构尺寸的确定，包括： （1）传热管的直径、管长及管子根数； 由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm×2mm 管内流体流速暂定为0.7m/s 所需要的管子数目：n=4Vdiπui=4×(11.57/880)3.14×0.7×0.0152=122.1，取n为123 管长：l=S0nπd0=75123×3.14×0.015=12.9m按商品管长系列规格，取管长L=4.5m，选用三管程 管子的排列方式及管子与管板的连接方式: 管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。 （2）壳体直径； e取1.5d0，即e=28.5mm Di=t(nc—1)+2e=1.25×19×(1.13×123—1)+2×28.5=537.0mm，按照标准尺寸进行整圆，壳体直径为600mm。此时长径比为7.5，符合6-10的范围。 壳体壁厚的计算 选取设计压力p=0.6MPa，壳体材料为Q235，查的相应的许用应力；焊接系数（单面焊），腐蚀裕度，所以 排管方式： 横过中心的管子数目：nc=1.13×123=21.1，取整21根 有排管图得出，中心有21根管道时，按照正三角形排列，可排331根，每边各加8根，总共可以排列379根，除去6根拉杆，总共可以排出373，与上述计算相差不大，所以实际管子数目为373根。 实际传热面积S0=Nπdo（L-0.1）=373×3.14×0.019×（4.5-0.1）=97.9m2 实际传热系数K=Q△tmS05×97.9=308.5W/(m2·K) （3）折流板尺寸和板间距； 选取折流板与壳体间的间隙为3.5mm，因此，折流板直径 Dc=600-2Χ3.5=593mm 切去弓形高度 h=0.25D=0.25Χ600=150mm 取折流板间距ho=300mm 那么NB=（4.5-0.1）/0.3=14.6 ,取整得NB=15块 实际折流板间距 h=（L-0.1）/(N+1)=（4500-100）/（15+1）=275mm 拉杆的直径和数量