换热器设计书2

嘉兴学院南湖学院管壳式换热器课程设计报告设计题目：管壳式换热器课程设计学院名称：嘉兴学院南湖学院专业：化学工程与工艺班级：化工N111姓名：郭潇琼学号：201145849209指导教师：欧阳玉霞2013年7月11日目录设计任务书............................................Ⅰ工艺设计1、选择合适的换热器....................................11.1确定物性参数...................................11.2计算热负荷Q和水hm..............................11.3计算温差mt和估计传热系数估K...................11.4估算换热面积...................................21.5试算和初选换热器的规格.........................22、核算总传热系数......................................32.1计算管程给热系数i.............................32.2计算壳程对流传热系数0.........................42.3确定污垢热阻..................................52.4总传热系数0K...................................53、核算压强降..........................................63.1计算管程压强降.................................63.2计算壳程压强降.................................6机械设计1管子数n..............................................82换热管的排列形式.....................................83换热器壳体直径的确定.................................84换热器壳体壁厚的计算.................................95换热器封头的选择.....................................96容器法兰的选择......................................107管板.................................................117.1管板与壳体的连接...................................117.2管板厚度的计算....................................118管子拉脱力的计算....................................129计算是否需要膨胀节..................................1310折流板设计.........................................1411裙座设计............................................14化机基础课程设计任务书一、设计起讫时间2013年7月8日—2013年7月19日。二、设计内容设计一台管壳式换热器。三、设计参数和技术特性指标（1）有机液：入口温度：70℃，出口温度：30℃质量流量:1班：20000+1000×10=30000kg/h密度ρ=950kg/m3，比热cp=2.261kJ/(kg·℃)导热系数λ=0.172W/(m·℃)粘度µ=0.742×10-3Pa·s（2）水：入口温度：25℃，出口温度：40℃四、设计任务（1）工艺设计：进行物料衡算和热量衡算，选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求（2）机械设计：进行材料选择和厚度计算，设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板等。（3）编写课程设计说明书（嘉兴学院稿纸）。（4）绘制换热器的装配图（1张A2）。Ⅰ一、工艺设计1、选择合适的换热器1.1确定物性参数有机液的定性温度：5023070mT℃水的定性温度：5.3224025mt℃两流体在定性温度下的物性数据如下:物性流体密度㎏/m3比热KJ/(㎏·oC)粘度mPa·s导热系W/(m·oC)有机液9502.2610.742×10-30.172水［1］994.8254.1740.764×10-30.6221.2计算热负荷Q和水hm由热量衡算KWkgkjhkgTTcmph667.753360030-70)/(261.2/30000)(Q211℃）℃（℃［2］skgttcmph/037.12)2540(174.4667.753)(Q122水化原p148(5-22)1.3计算温差mt和估计传热系数估K逆流时，Ct3040701Ct525302Ctttttm953.13530ln530ln2121逆［3］化原p148(5-24)而33.0257025401112tTttP67.2254030701221ttTTR由《化工原理》上册153P页查图5－19(a)可得:82.0,管程数Np=6所以Cttmm44.11953.1382.0，又因为0.828.0，故可选用单壳程的列管换热器。根据管程走有机液，壳程走水，且逆流，总传热系数K的范围是290～870W/(2m·oC）［4］现暂取：CW/m5002K1.4估算换热面积223mm76.13144.11/50010667.753tKQA℃℃逆估mW［5]化原P154（5-23）1.5试算和初选换热器的规格又因为有机液走管程且初选mm.219，所以设smui/55.0［6]由iiinduV24V=Ms/p=31.58可求得单管程的管子根数：913600015.014.3/55.04/58.314232hmhmduVniiimndALii27.2491019.014.376.1310估5.4627.24L所以546916ipnNn据此初选固定管板式换热器规格尺寸为：壳径D=a（b-1）+2L有化工设备机械基础P208表7-4可知，b=25，由表7-5可取a=25mm所以D=25*（25-1）+2*4.5=609mm圆整后为700mm壳径D700㎜管子尺寸Φ19×2mm管程数pN4管长L4.5m管子总数n546管子排列方法正三角形2、核算总传热系数2.1计算管程给热系数i222016.04150.0914mdnAiiismhmAVuisi55.0016.03600/58.313（与假设相一致合适）化原P5（1-13）湍流431006.110742.095055.0015.0Reiiiud［7]化原p16(1-26)75.9172.010742.010261.2Pr33piC［8]所以CmWdiii23.08.043.08.0/184.86775.9)1006.1(015.0172.0023.0(PrRe023.0有机液被冷却）［9]2.2计算壳程对流传热系数0换热器中心附近管排中流体流通截面积为：2045.0019.0257.02.0mdnDhSoc［10]式中h折流挡板间距，取200mm；t=25mm因为是正三角形排列，所以261.1nnc因为skgmh/037.12水所以smAVus/27.0045.0825.994037.1200由正三角形排列得：mddtde017.0019.014.3)019.0414.3025.023(4)423(4220202［11]76.597610764.0825.99427.0017.0Re300ude因为0Re在3102～6102范围内，故可用下式计算0［12]31055.000PrRe36.0ed13.5622.010764.010174.4Pr330pC壳程中水被冷却，取95.0，所以08.257795.0)13.5()76.5976(017.0622.036.03155.00CmW2/2.3确定污垢热阻管内、外侧污垢热阻分别取为：（水）有机液体），WCmRWCmRsosi/00021.0(/00018.022［13]2.4总传热系数0K因为管程走有机物，管子材料选用20R，取其导热系数为/5.16Ww(m·oC)，总传热系数0K为：CmWddddRRKiiisiso2440000/79.43515184.867191519101.2108.108.25771111［14]化原p145(5-11c)23017.15144.1179.43510667.753mtKQAm1.115.176.13117.15122mmAA估，所以合理由前面计算可知，选用该型号换热器时，要求过程的总传热系数为CmW2/500，在传热任务所规定的流动条件下，计算出的0K为CmW2/79.435，其安全系数为：%7.1410079.43579.435500故所选择的换热器是合适的。3、核算压强降3.1计算管程压强降NsNFPPPptt21［15]前面已算出：smui55.0，41006.1Rei（湍流）取不锈钢管壁粗糙度mm1.0则0067.0151.0id，由《化工原理》上册第一章P25的Re关系图中查得：031.0所以PaudLPii29.1336255.0950015.05.4031.02221PauPi06.431255.0950323222对于mm219的管，5.1tF1,6NsNpNsNFPPPptt21PaPt15.15906165.106.43129.13363.2计算壳程压强降sssNFPPP，，21［16]其中21115.12001uNnFfPNsFBcs，，，对于液体管子为正三角形排列，取F=0.5265461.11.1nnc取折流挡板间距mmh200折流挡板数：2212.05.41hLNB50076.597610764.0825.99427.0017.0Re300ude所以689.076.59760.5Re0.5228.0228.000f所以PaP24.7470227.0825.99412226689.05.021PauDhNPB20.2564227.0825.9947.02.025.322225.32202，PaP61.11539115.1)20.256424.7470(0由上面计算可知，该换热器管程与壳程的压强均满足题目要求，故所选换热器合适。机械设计1管子数n选Φ219的20R无缝钢管，管长4.5mLFnd均因为,F为A估根所以均5495.4017.014.376.131FLndn其中安排拉杆需减少6根，故实际管数n=549-6=543根2换热管的排列形式采用正三角形排列，由化工设备机械基础表7-4查的层数为12，查表7-5，取板间距a=25mm。3换热器壳