管壳式换热器工艺设计说明书

《管壳式换热器工艺设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管壳式换热器工艺设计说明书（16页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、管壳式换热器工艺设计说明书1.设计方案简介1.1工艺流程概述由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。如图1，苯经泵抽上来，经管道从接管A进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管C进入换热器管程。两物质在换热器中进行交换，苯从80被冷却至55之后，由接管B流出；循环冷却水则从30升至50，由接管D流出。 图1 工艺流程草图1.2选择列管式换热器的类型列管式换热器，又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。其主要优点是：单位体积所具有的传热面积大以及窜热效果较好；此外，结构简单，制造的材料范围广，操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用

2、列壳式换热器。如下图所示。1.2.1列管式换热器的分类根据列管式换热器结构特点的不同，主要分为以下几种：固定管板式换热器固定管板式换热器，结构比较简单，造价较低。两管板由管子互相支承，因而在各种列管式换热器中，其管板最薄。其缺点是管外清洗困难，管壳间有温差应力存在，当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。固定板式换热器浮头式换热器浮头式换热器，一端管板式固定的，另一端管板可在壳体内移动，因而管、壳间不产生温差应力。管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生内漏时不便检查

3、；管束与壳体间隙较大，影响传热。浮头式换热器适用于管、壳温差较大及介质易结垢的场合。填料函式换热器填料函式换热器，管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式换热器低，检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。U形管式换热器U形管式换热器，只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管内不便清洗，管板上布管少，结垢不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，内层管子损坏后不易更换。U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁，不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。1.2.2类型的确定所设计的

4、换热器用于冷却苯，苯：入口温度80，出口温度55；水：入口温度30，出口温度43；该换热器的管壁温和壳体壁温之差满足Tm-tm=75-40=3550，两流体温度差不大。加上固定管板式换热器结构简单、造价低廉，所以本设计选用固定管板式换热器，且不需考虑热补偿。1.3流动路径的选择本设计为两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一般较大，且易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，苯走壳程。2.课程设计基本思路和步骤1.1课程设计准备工作1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作

5、时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。1.2课程设计书组成部分完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设计工作的主要依据，应包括以下主要内容：1.封面；2.目录；3.设计任务书；4.设计方案简介；5.设计条件及主要物性参数表；6.工艺设计计算；7.辅助设备的计算及选型；8.设计结果汇总表；9.设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论；10.工艺流程图及设备工艺条件图；11.参考资料。1.3课程设计的步骤 1. 动员和布置

6、任务； 2. 阅读指导书和查阅资料 3. 设计计算,绘图和编写说明书；整个设计是由论述、计算和绘图三部分组成。论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处；图表应能简要表达计算的结果。3.课程方程设计任务将纯苯液体从80冷却到55，其流量为20000kg/h。冷却介质采用35的循环水。要求换热器的管程和壳程压降不大于10kpa，试设计能完成上述任务的列管式换热器。4.确定物性设计苯的定性温度：T=67.5C水的定性温度：t=39C分别查得苯和水在定性温度下的物性数据如下表纯苯水/ kg/m3828.6992.6 W/(m.)0.1290.632

7、/ Pa.s0.352x10-30.67x10-3Cp/ kJ/（kg.）1.8414.1745.估算传热面积5.1传热平均温度差（先按逆流计算）tm=5.2计算热负荷（忽略热损失）Q=qm1cp1(T1-T2)= 1.841103 (80-55)=2.56105 5.3冷却水的用量（忽略热损失）qm2= 5.4初算传热面积参照传热系数K的大致范围，取K=450W/（m2.）则估算传热面积为： A估= = =20.61m2由于考虑安全系数和数值的近似性，常取实际传热面积是计算值的1.151.25倍。本试验取实际面积为估算面积的1.15倍，则实际面积为： A实=1.15X20.61=23.70m

8、26.工艺结构尺寸6.1选管子规格选用25mmx2.5mm低合金钢无缝钢管，管长l=3m。6.2总管数和管程数 总管数：Error! No bookmark name given. 单程流速：u= 单程流速较低，为提高传热效果，考虑采用多管程。 列管式换热器中常用流速范围流体的种类一般液体易结垢流体气体流速/（m/s)管程0.531530壳程0.21.50.5315 按管程流速的推荐范围，选管程流速为u=0.5m/s，所以管程数为 m= 取双管程 6.3确定管子在管板上的排列方式 因管程为双程，故采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。 管子于管板采用焊接结构。 据下

9、表，管外径d0/mm19253238管心距a/mm25324048分程隔板两侧相邻的管心距ac/mm38445260 故管心距取 a=1.25d0=1.2525=31.2532mm 隔板两侧相邻管心距 ac=44mm6.4壳体内径的确定 多管程结构壳体内径按下式估算 D=1.05a式中为管板利用率，取值范围如下 正三角形排列 2管程 =0.70.85 取管板利用率=0.8，则壳体内径为 D=1.05a=1.05=378mm 按壳体标准圆整取 D=400mm 换热器长径比=7.5，在推荐范围610内，壳卧式放置。6.5绘管板布置图确定实际管子数目实际排管数目为102根，扣除4根拉杆，则实际换热管

10、数为98根。 取管板厚度为40mm，设管子与管板焊接时伸出管板长度为3mm，所以换热器的实际传热面积为A=nd0（120.04-20.003）=983.140.025(320.0420.003)=22.4m2 管程实际流速 ui=管板布置图：6.6折流挡板 采用弓形折流挡板，取弓形折流挡板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去圆缺高度为： h=0.25400=100mm 因壳程为单相清洁流体，所以折流板缺口水平上下布置。缺口向上的折流板底部开一90小缺口，以便停车时排干净器内残液。 取折流板间距 B=150mm（0.2DBD）。 折流板数 NB=换热管长/折流板间距1=3000/150-1=19（

11、块）6.7其他附件 拉杆直径换热管外径d0/mm10d01414d02525d057拉杆直径d/mm101216 拉杆数量 公称直径DN/mm拉杆直径d/mm400400 700700 900900 13001300 15001500 18001800 0.8,所以选用单壳程可行。tm=7.1.2总传热系数K的计算管内传热系数Re=du/=(0.020.502992.6) / (0.6710-3）=14874Pr=cp/=(4.1741030.6710-3) / 0.632=4.42按式子计算a=0.023/diRe0.8Prn流体被加热，则n=0.4ai=0.023/diRe0.8Pr0.4

12、=0.0230.632/0.02148740.84.420.4=2868W/(m2.)管外传热膜系数按式子计算Re=21031106时a0=0.36/deRe0.55Pr1/3(/w)0.14 管子按正三角形排列，则传热当量直径为de=壳程流通截面积：S=BD(1d0/t)=0.15壳程流体流速：u=qv/S=Re=deu/=Pr=cp/=壳程中苯被冷却，取(/w)0.14=0.95，则a0=W/(m.)污垢热阻和管壁热阻从表中查得，管内、外侧热阻分别取：Rm2. /W，m2. /W，已知管壁厚度，取碳钢导热系数W/（m. ）总传热系数KK=W/(m2. )7.1.3传热面积校核所需传热面积

13、A=Q/（Ktm）=前面已经算出换热器额实际传热面积A=22.4m2，则A /A=7.2壁温的计算换热器壁温可由下式估算tw=(a1Tma2t m) / (a1+a2)已知a1=W/（m2. ）a2=2868 W/（m2. ）Tm=0.4+0.6T2=0.4 t m=0.4换热器平均壁温为：tw=壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即Tw= 65 。壳体壁温与换热器壁温之差为：t=65-45.0=20.07.3核算压力降7.3.1管程压力降pi=(p1p2)FtNsNp已知Ft=1.4，Ns=1，Np=2，ui=0.502m/s，Rei=15585（湍流）。对于碳钢管，取管壁粗糙度 由上图R

14、e关系图中查得7.3.2壳程压力降已知 有 管子按正三角形排列 F=0.5 , b=1.1， 折流挡板间距：B=0.15m折流挡板数：壳程流通截面积：壳程流速：所以： 从计算结果可看出，本设计设计换热器的管程和壳程的压力降都能满足设计要求，均小于10KPa。8.课程设计总结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实验类的，听课的时候也一头雾水，根本不知道该做什么，该怎么做，无从下手，只是觉得好难。有一段时间都在观望。所以自己设计的时候只能是根据老师提供的模板，用新的数据代替旧的数据，其他的公式完全照抄，花了一天时间，终于把计算部分完成了。裕度15，在合理范围内，但是，一看压力降

15、，彻底崩溃了，12多千帕，天啊，完全不合理。再细看模板和自己的设计的时候，发现了很多问题，我的设计根本是行不同，果真用这设计的话，也是谋财害命。所以我决定重新来过。这时离交作业还有三天，做出来的裕度居然一直都在50以上，重新分析计算的过程中也出现了几次错误，由于急于求成，算出来后的结果偏离太多，检查才发现部分数据出现了错误，而且老师给的模板里面也有一些错误，这样照搬下去的一些公式就除了问题了，只好静下来认真地理解和消化原有的一些公式，这样又一次重新算过。因此，有花了一天的时间在计算上。其实，在整个过程中，虽然遇到了很多问题，也犯了不少错误，但是自己真的学到了很多东西，比如word文档公式的运用

16、，比如如何使自己的设计更加合理，这就要求自己在设计前要详细的考虑各种可能出现的问题和解决办法，才能达到事半功倍的效果。我觉得，如何查找数据也很重要，假如自己查不到数据，接下来的工作完全没办法做，假如查的数据是错误的，那设计出来的东西也是错误的，而且很可能导致严重的后果。所以，没有什么事我们做不到的，关键的是，我们是否有用心去做。第一次做课程设计，我们大都是在摸索中前进，走了不少曲折的路。加上可利用文献资源有限、时间有限，这次设计仍存在许多地方需要去改进与完善。但是我相信，只要我不断努力学习研究，将来一定会进步，并且熟练掌握这门课程！参考文献：【1】 作者：王志魁； 书名：化工原理； 版次：第三版； 出版社：化学工业出版社；出版年：2010年2月。【2】作者：王明辉； 书名：化工单元过程课程设计； 版次：第一版； 出版社：化学工业出版社；出版年：2002年6月。【3】作者：赵玉清； 书名：加热与冷却； 出版社：化学工业出版社；出版年：1997年12月；版次：第一版。