列管式换热器多种方案设计计算过程详细..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/s4、传热面积的计算。平均温度差确定R和P值 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==75m25、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：，取n为123管长：=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=28.5mmDi=t(nc—1)+2e=19×(—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==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=W/(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拉杆的直径和数量与定距管的选定。选用Φ12mm钢拉杆，数量6条。定距管采用与换热管相同的管子，即Φ19mmΧ2mm钢管。温度补偿圈的选用。由于（80.1+40）/2-(30+38)/2=26.05＜50℃，故需不虑设置温度补偿圈。（4）流体进出口接管直径等。苯的进出口管道直径：=0.15m经圆整采用Φ159mm×10mm热轧无缝钢管，实际苯的进出口管内流速为=0.867m2水的进出口管道直径：=0.106m经圆整采用Φ108mm×5mm热轧无缝钢管，实际水的进出口管内流速为=2.5m6、管、壳程流体的压力降计算。管程压降：ΣΔpi=（Δp1+Δp2）FtNsNp管程数Np=3，串联壳程数Ns=1，对于Φ19mmΧ2mm的换热管，结构校正系数为Ft=1.5。Re=,取ε=0.2mm，即ε/di=0.2/14=0.015查表，得到λ=0.044=5066.6Pa△p