化工原理设计方案之换热器.docVIP

（一）设计任务和设计条件： 某生产过程的流程如图所示，出混合器的混合气体经过与进料物流换热后，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可溶组分。已知混合气体的流量为227801kg/h,压力为6.9Mpa,循环冷却水的压力为0.4Mpa，循环水入口温度29℃，出口温度为39℃，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。已知混合气体在85℃下的物性数据如下： （二）确定设计方案： 1.选择换热器的类型：该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，进口温度会降低，考虑这一因素，估计该换热器的管壁温与壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。 (原因：固定管板式换热器适用于壳程流体清洁，不易结垢，或者管外侧污垢能用化学处理方法除掉的场合，同时要求壳体壁温与管子壁温温差不能太大。) 浮头式换热器能在较高的压力下工作，适用于壳体壁温与管壁温差较大或壳程流体易结垢的场合。U型管式换热器适用于壳程易结垢，或壳体壁温与管壁温差较大的场合，但要求管程流体较为清洁，不易结垢。) 2.流程安排：从物流操作压力上来看，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，使传热器的传热能力下降，从总体上来看，应使循环水走管程，混合气体走壳程。 （三）确定物性参数： 定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取进出口温度平均值。 故混合气体的定性温度为 管程流体的定性温度为 查表确定冷却水在34℃下的物性数据： （四）估算传热面积： 1.热流量： 2.平均传热温差： 先按纯逆流计算（一般逆流优于并流，在工程上若无特殊需要，均按逆流考虑） 3.传热面积： 由于壳程气体压力较高，故选取较大的K值。假设K估=313W/(m2.K)，则估算的传热面积为 4．冷却水的用量： （五）工艺结构尺寸： 1.管径和管内流速： 选用 高级冷拔传热管（碳钢），并取管内流速ui=1.3m/s。 我国国标换热器中常见的换热管规格有 以及 流速的选择应使流体处于稳定的湍流状态，即雷诺数大于10000。对于传热热阻较大的流体或易结垢的流体选取较大流速，以利于增加表面传热系数，降低结垢程度与速度。并要考虑合适的流速下，换热器有适当的管长和管程数。 2.管程数与传热管数： 若按单程管计算，所需传热管长度为 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标准设计，取传热管长l=7m，则该换热器的管程数为 传热管的总根数：NT=616×2=1232(根) 3.平均传热温差校正及壳程数 按单壳程，双管程结构，查标图得： 平均传热温差 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。 4.传热管排列与分程方法： 对于多管程换热器，常采用组合排列方式。各程内采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用矩形排列方法。 故拟采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧用矩形排列。如图 取管心距t=1.25d0，则 （传热管与管板连接采用胀接时，t=(1.3-1.5)d0;焊接时，t=1.25d0） 隔板中心到离其最近一排管中心距离 各程相邻管的管心距为44mm。 5.壳体内径： 采用多管程结构，壳体内径可由下式估算。取管板利用率。（正三角形排列，2管程，=0.7-0.85，4管程以上，=0.6-0.8） 则壳体内径为 按卷制壳体的进级档，可取D=1450mm。 6、折流板： （作用说明：列管式换热器壳程流体流通面积比管程流通截面积大，为增大壳程流体的流速，加强其湍动程度，提高其表面传热系数，需设置折流板。对于多壳程换热器不仅需要设置横向折流板，而且需要设置纵向折流板将换热器分为多壳程结构。对于多壳程换热器，设置纵向折流板的目的不仅在于提高壳程流体的流速，而且是为了实现多壳程结构，减少多壳程结构造成的温度损失。） 采用弓形折流板，可取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为 并且折流板圆缺面水平装配。 7.其他附件： 拉杆数量与直径可由国标查取（见下图），本换热器传热管外径25mm，其拉杆直径为16mm，共8根拉杆。壳程入口处，应设置防冲挡板。（如下图） 拉杆直径/mm 换热管外径 10 14 19 25 32 38 45 57 拉杆直径 10 12 12 16 16 16 16 16 拉杆数量 公称直径DN/mm 拉杆直径/mm 400 ≥400 ＜700 ≥700 ＜900 ≥900 ＜1300 ≥1300 ＜1500 ≥1500 ＜1800 ≥1800 ＜2000 10 4 6 10 12 16 18 24 12 4 4 8 10 12 14 18 16 4 4