管壳式卧式换热器设计说明书

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1、管壳式卧式换热器设计说明书1 设计题目管壳式卧式换热器设计2 设计条件某厂用循环冷却水甲苯从80冷却到50,甲苯年处理能力为44500t/a，压力为6.5MPa，循环冷却水的入口温度为25，出口温度为35，要求冷凝器允许压降不大于500000Pa；试设计一台管壳式卧式换热器完成该生产任务。每年按330天计算，每天24h连续运行。表1 主要物性参数流体定性温度/密 度kg/m3粘度mPas比 热 容热导率甲苯708660.455191 kJ/(kgK)0.1273W/(mK)循环冷却水30994.30.7424.174 kJ/(kg)0.624W/(m)3 设计内容和要求 (1)标题页(2) 目

2、录(3) 确定设计方案(4) 传热面积计算(5) 工艺结构尺寸计算(6) 换热器校核(7) 换热器主要结构参数和设计结果一览表(8) 换热器工艺条件图(9) 自设计使用该换热器的工艺流程图(10)对本设计的评价(11)参考文献4 设计内容4.1 选择换热器的类型本设计中循环冷却水甲苯选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：温差不大；温差较大但是壳程压力较小；壳程不易结构或能化学清洗。本次设计条件满足第种情况。另外，固定管板式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装

3、置中。采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。4.2流动方向本冷却器的管程走循环冷却水，壳程走甲苯。热空气和冷却水逆向流动换热。4.3 估算传热面积4.3.1.热流量甲苯的质量流W=44500t/a=44500103/(33024)=5618.687 kg/h热流量为Q=Wcp (T1T2) =5618.6871.91（8060）=214633.8 kJ/h = 59620.5W 4.3.2.平均传热温差= =384.3.3.传热面积初步设定设K=200 Wm-2-1。则估算的传热面积为 m2取安全系数1.2，则A=9.705m4.3.4冷却水用量

4、Wo = kg/h4.4主体构件的工艺结构尺寸4.4.1管程数和传热管数选用252.5mm的传热管(碳钢管)；do=25mm,di=20mm管子根数：n=Adol=41.242中心线或中心线附近管子根数nc=11取管程数为2，则N=n+拉杆+5=42+6+5=534.4.2平均传热温差校正平均传热温差校正系数=2=0.182温度校正系数为0.97平均传热温差校正为tm=tm=0.9738=36.86( )4.4.3传热管的排列采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。其中，每程内的正三角形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数

5、较高，相同的壳程内可排列更多的管子。4.4.4壳体内径取管间距：t 32 mm ，则得D=489.38mm可取D为509mm4.4.5折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则取折流板数12，则折流板间隔：h= =0.234.4.6计算接口直径1.计算循环冷却水进出口管径，设流速u=0.5m/s所以选用直径为65mm的管子。2.计算甲苯进出口管径所以选用直径为70mm的管子。4.5换热器主要传热参数核算4.5.1热量核算(1)壳程对流传热系数 对于圆缺形折流板，可采用克恩公式 ho = 其中：当水做冷却剂时，粘度校正为=1.05当量直径，管子为正三角形排列时，de0.02

6、02 m壳程流通截面积So = hD(1)=0.230.509（1）0.0257 m2壳程冷却水的流速及其雷诺数分别为Go =5618.6870.0257=218625.95kg/(sm2)Reo=2696普朗特准数Pr =6.83因此，壳程水的传热膜系数ho为ho = 0.360.1273/0.020226960.556.831/31.0=329.6 W/(m2)(2)管程对流传热系数其中：hi = 管程流通截面积Si =0.0066 m2管程空气的流速及其雷诺数分别为Gi =779115.2kg/(hm2)=216.42 kg/(sm2)Re=5833.45 de=0.029m普兰特准数P

7、r =4.96因此，管程空气的传热膜系数hi为=1548.64 W/(m2)(3)基于管内表面积的总传热系数Ki污垢系数：管内侧Ro0.000344m2W-1管外侧Ri0.0005191m2W-1管子材质金属的导热系数116.3Wm-1-1 =0.0048解得：208W/ (m2)此计算值与前面的初设值Ki=200 W/ (m2)的关系：该换热器的传热系数裕度为 满足换热器设计所要求的5%之内的范围，初选的换热器合适。(4) 传热面积换热器的实际传热面积Sp=3.140.025422.9= 9.56m2该换热器的面积裕度为= =18 %满足要求的30%以下的范围，该换热器符合实际生产要求。4.

8、5.2壁温核算 因管壁很薄，且管壁热阻很小，该换热器用自来水作为冷却水，设定冷却水进口温度为25，出口温度为35来计算传热管壁温度。传热管平均壁温=38.439查的在该温度下甲苯的粘度，水的粘度对管侧对壳侧换热器内流体的流动阻力(压降)(1)管程流动阻力管内流体在Re=5833.45时，查的摩擦阻力系数=0.011直管部分的压降：p1=31.73（kg/m2）=311Pa弯管回路中的压降：p2=57.7(kg/m2)=565.46 Pa总压降：pi（p1+p2）（311+565.46）876.46Pa(2)壳程阻力：用概算法：p1= =13.6（kg/m2） 管侧，壳侧的压力损失均满足要求，该

9、设计可行5 计算结果总汇表2 设计结果一览表换热器形式： 管壳卧式换热面积/m： 8.65工艺参数名称物料名称操作压力/MPa操作温度/流量/（kg/h）管程循环水0.5455142.16壳程甲苯6.5905618.687流体密度/（kg/m）994.3866流速/(m/s)0.50.5传热量/kw59.6259.62总传热系数/208 208传热系数/1548.64329.6污垢系数/0.00033440.0005159阻力降Pa876.46133.416程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格252.5管数38管长3000mm管间距/mm32排列方式正三角形折流板形式上下间距230mm壳体内径

10、/mm509切口高度127.25mm设计感想此次化工原理课程设计题目是“空气压缩机后冷却器设计”，因为上学期彭老师对传热与换热设备相关内容讲得很详细，印象还比较深，加上这学期正好学习了过程设备设计。另外，从图书馆借阅的几本书也非常具有参考性，所以总体来说这次课程设计没有遇到太大的难题。但不可否认的是设计过程很磨练人的耐心和毅力。一 数据计算 这是设计第一阶段的主要任务。数据计算的准确性直接影响到后面的各阶段，这就需要我们具有极大的耐心。从拿到原始设计数据到确定最终参数，持续了将近一个星期：确定需要求的参数，查资料找公式、标准值等，一步一步进行计算。我在确定传热面积的时候，因为取的管数太多导致后

11、面得到的传热面积裕度超出规定范围，所以又得回去再算一遍，可见在设计过程中，细心是非常重要的，因为它可以减少很多不必要的麻烦。二 查资料 以前有个错误的认识：查资料嘛，按部就班就可以了，简单！但是这次课程设计却完全改变了我的认识。其实查资料是很讲究技巧的，也是相对比较灵活的。另外，我这次用到的参考资料有将近10种之多，这在之前是难以想象的。三 AutoCAD绘图 这是第一次尝试用专业绘图软件AutoCAD进行绘图。这个软件我们很熟悉也很陌生，熟悉是因为大一学工程制图时有接触到这个软件，陌生是因为正真会用或用得好的同学是凤毛麟角。但是，没有压力哪来动力，在下定决心之后，马上借来几AutoCAD学习

12、的资料，重温各种操作工具及技巧等。在准备了几天之后才开始正式画图，不断修改，差漏补缺，知道最后完成整个设计图。四 完成设计说明书 这是最后总结性的阶段。需要对前面的数据进行整理归纳，需要一定的耐心。 耐心、细心、决心是本次课程设计最大的感受。 最后，再次感谢柯老师在整个设计过程中给予的悉心指导！参考文献【1】钟理, 伍钦，马四朋. 化工原理（上）. 北京，化学工业出版社，2008.8.【2】材料与零部件（上）. 上海科学技术出版社. 1982.7.【3】钱颂文. 换热器设计手册，北京，化学工业出版社，2002.8【4】匡国柱. 化工单元过程及设备课程设计. 北京，化学工业出版社，2002【5】陈锦昌. 计算机工程制图. 广州，华南理工大学出版社，2006.8.【6】郑津洋，董其伍，桑芝富. 过程设备设计. 北京，化学工业出版社，2009.1.【7】赵军. 化工设备机械基础. 北京，化学工业出版社. 2000.附 录:1.符号说明表3 符号说明一览表符号代表意义符号代表意义WG流量质量流速Pr粘度普兰特准数Q热负荷热导率Tm对数平均温度传热膜系数K传热系数Re雷诺数温度修正系数r污垢系数A传热面积ft摩擦阻力系数l管长L管箱长度N管数Sc流道面积D壳内径d管径h折流板间隔P压强