化工原理课程设计方案换热器的设计方案9.docVIP

1．概述 化工生产中所用的换热器类型很多。按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器。按其结构分，有列管式、板式等。不同类型换热器，其性能各异。 列管式换热器是目前应用最广泛的一种换热器设备，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家已有系列化标准。列管式换热器在换热效率、紧凑性和金属消耗量等方面不及其它新型换热器，但由于它有结构牢固、适应性大、材料范围广等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中占有绝对优势。 2．设计方案的确定 2.1 列管式换热器型式的选择 本次设计任务是用25℃的自来水将甲苯从105℃冷却到60℃，两种换热流体的温差较大，故可选用浮头式换热器。浮头式换热器管束可以拉出，便于清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热流体的温差较大时，不会因为管束与壳体的膨胀量不同而产生温差应力。 2.2 流程的选择 可选水走管程，甲苯走壳程。原因：冷却水硬度较高，受热后容易结垢，在管内便于清洗，管内流体易于维持较高流速，可以避免悬浮颗粒的沉积。被冷却物料走壳程，便于散热。 2.3 流速的选择 表1 列管式换热器内常用的流速范围 流体种类 流速/（m/s） 流体种类 流速/（m/s） 管程 壳程 管程 壳程 一般流体 0.5~3 0.2~1.5 气体 5~30 3~15 易垢流体 ﹥1 ﹥0.5 表2 不同黏度流体的流速（以普通钢管为例） 流体黏度μ/[×10N·s/m] 最大流速（m/s） 流体黏度μ/[10N·s/m] 最大流速 （m/s） ＞1500 0.6 100~35 1.5 1500~500 0.75 35~1 1.8 500~100 1.1 ﹤1 2.4 由题意选管程流速为0.7m/s。 2.4 确定物性数据 定性温度：可取流体进出口温度的平均值 壳程甲苯的定性温度 T==82.5℃ 管程水的定性温度 t = =30℃ 根据定性温度，分别查表可得有关物性数据： 甲苯（82.5℃） 水（30℃） 比热容c[J/(kg?℃)] 1910 4174 密度ρ(kg/m) 808 995.7 黏度μ(pa?s) 0.0003 0.000801 导热系数λ[w/（m?℃）] 0.121 0.617 3. 工艺计算 3.1根据传热基本方程式Q=KAΔt来估算传热面积 3.11传热量 Q= =＝3.61×10kJ/h＝1.0×10w 3.12平均传热温差 甲苯 105℃→60℃ 水 35℃←25℃ 温差 70℃ 35℃ Δt=Δ==50.5℃ 3.13冷却水的用量 W===86488(kg/h) 3.14估算传热面积 取K值为420w/(m·℃) A===47.1m 4. 换热器的工艺结构尺寸计算 4.1 管程与管数 选取F φ25×2.5 n===109.8取110（根） 4.2 管长的确定 传热管长度L===5.45m 取管长=3m N=(管程) 传热管总根数N=110×2=220(根) 4.3 平均传热温差校正 R= P= 查表可得εΔt=0.96 4.4 采用三角形排列，取管心距a=1.25d 则： a=1.25×25=31.25≈32mm 横过管中心线管数 b=1.1=1.1×=16.3 取17 4.5 壳体内径 采用多管程结构，壳体内径应等于或稍大于关闭的直径： 式中 D——壳体内径,mm； a ——管心距，mm； b——最外层的六角形对角线上的管数； e——六角形最外层管中心到壳体内壁距离，一般取e=(1~1.5)d，取32mm。 圆整可取 D=600mm （4~10） 4.6 折流板 采用方形折流板，取方形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为 h=0.25600=150mm 取折流板间距B=0.3D=0.3×600＝180mm取200mm 折流板数N=传热管长/折流板间距－1＝ 查表得拉杆直径为12mm，拉杆数为4。 5. 换热器的校核计算 5.1 壳程对流给热系数α 当量直径，由正三角形得： d==0.02m 壳程流通面积： =BD(1－)=0.2×0.6×（1－）=0.0263m 壳体流速及其雷诺数： u=/s Re= 普兰特准数： Pr= 5.2 管程对流给热系数 S= u= Re= Pr= 5.3 传