列管换热器的设计

1生命与环境科学学院课程设计课程名称化工原理课程设计题目名称列管式换热器设计专业班级生物工程12014201班学生姓名覃祚树学号1201420122指导教师周治德2二O一四年七月八日I目录1设计任务书……………………………………………………………......................................................................11.1设计任务和设计条件............................................................................................................................11.2设计内容…….............................................................................................................................................22概述…………………..................................................................................................................................................33确定设计方案……………………………………………………….......................................................................43.1选择换热器的类型…………………………………………………............................................................43.2流动空间及流速的确定…………………………………………………………….........................................44确定物性数据……………………………………………………….......................................................................45计算总传热系数………………………………………………………...................................................................55.1计算热负荷和冷却水流量………………………………………………………………..................................55.2计算平均传热温差………………………………………………………......................................................55.3确定总传热系数K并计算传热面积…………………………………………………………….....................56换热器结构尺寸设计………………………………………………………...........................................................66.1管径和管内流速…………………………………………………….............................................................66.2管程数和传热管数…………………………………………………............................................................66.3传热管排列和分程方法…………………………………………….........................................................66.4壳体内径……………………………………………………………................................................................76.5折流板………………………………………………………………..................................................................76.6接管........................................................................................................................................87换热器核算…………………………………………………………........................................................................87.1热量核算…………………………………………………………...................................................................87.1.1壳程对流传热系数…………………………………………….......................................................97.1.2管程对流传热系数…………………………………………….......................................................97.1.3对流传热系数K…………………………………………..............................................................97.1.4传热面积…………………………………………………................................................................97.2核算压强降……………………………………….................................................................................107.2.1管程压强降………………………………………………...............................................................107.2.2壳程压强降…………………………………………………….........................................................10II8换热器主要结构尺寸和计算结果……………………………………………………........................................119设计评述及附图………………………………………………….......................................................................1210主要符号说明…………………………………………………………................................................................1311参考资料……………………………………………………..............................................................................1411列管式换热器设计任务书1.1设计任务和设计条件某生产过程的流程如图所示，反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混和气体的流量为113900kg/h，压力为6.9MPa，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为20℃，出口温度为35℃，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。物性特征：混和气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度ρ0=90kg/m3定压比热容cp0=3.297KJ/(kg•℃)热导率λ0=0.0279W/(m•℃)粘度0=1.5×10-5Pa•s循环冷却水在27.5℃下的物性数据：密度ρi=996.373kg/m3定压比热容cpi=4.174kJ/(kg•℃)热导率λi=0.6103W/(m•℃)2粘度i=0.742×10-3Pa•s1.2设计内容说明书要求1、概述2、设计方案的选择3、确定物理性质数据4、设计计算（1）计算总传热系数（2）计算传热面积5、换热器结构尺寸设计（1）管子的直径、长度、根数等管子尺寸（2）壳体直径、折流板长度和数目（3）隔板和接管尺寸6、设计结果汇总7、列管式换热器装配图8、设计评述9、符号说明10、参考文献图纸要求列管式换热器装配图32概述在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不用类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。完善的换热器在设计或选型时应满足以下各项基本要求。（1）合理地实现所规定的工艺条件传热量、流体的热力学参数与物理化学性质是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力学和流体力学的计算，经过反复比较，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，再单位时间内传递尽可能多的热量。（2）安全可靠换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵照我国《钢制石油化工压力容器设计规定》与《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。这对保证设备的安全可靠起着重要作用。（3）有利于安装、操作与维修直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与装拆，在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍，根据需要可添置气、液排放口，检查孔与敷设保温层。（4）经济合理评价换热器的最终指标是：在一定的时间内，固定费用与操作费的总和为最小。在设计或选型时，如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一指标尤为重要。43确定设计方案3.1选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度110℃，出口温度60℃。冷流体（循环水）进口温度20℃，出口温度35℃。该换热器冷却热的混合气体，传热量较大，可预计排管较多，因此初步确定选用固定管板式换热器。因气体操作压力为6.9MPa，属于较高压操作，因此不选用膨胀节。3.2流动空间及流速的确定单从两物流的操作压力看，混合气体操作压力高达6.9MPa，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降；且两流体温度相差较大，应使α较大的循环水（一般气体α液体）走管内。所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。选用Φ25mm×2.5mm的碳钢管，管内循环水流速取1m/s。4.确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值。壳程混合气体的定性温度t=260110=85（℃）管程循环冷却水的定性温度为t=23520=27.5（℃）根据定性温度，分别确定壳程和管程流体的有关物性数据。混和气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度0=90kg/m3定压比热容cp0=3.297KJ/(kg•℃)热导率0=0.0279W/(m•℃)粘度0=1.5×10-5P