换热器设计方案化工原理.docVIP

目录 一、方案简介 1 二、方案设计 2 1．确定设计方案 2 2、确定物性数据 3 3．计算总传热系数 3 4、换热器核算 6 5、换热器内流体的流动阻力 8 三、换热器主要结构尺寸和计算结果见下表： 9 四、对设计的评述 10 五、参考文献 11 六、主要符号说明 11 一、方案简介 本设计任务是利用冷流体（水）给煤油降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器. 选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。 二、方案设计 某厂在生产过程中，需将煤油液体从140℃冷却到40℃。处理能力为1.8×105吨/年。冷却介质采用自来水，入口温度26℃，出口温度40℃。要求换热器的管程和壳程的压降不大于100kPa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按300天，每天24小时连续运行） 1．确定设计方案 （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140℃，出口温度40℃冷流体。 冷流体进口温度26℃，出口温度40℃。 从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。 （2）流动空间及流速的确定 从两物流的操作压力看，应使煤油走管程，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贱，所以从总体考虑，应使循环水走管程，煤油走壳程。 选用ф25×2.5mm的碳钢管，管内流速取ui=5.5m/ｓ。 2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程煤油的定性温度为： 管程流体的定性温度为： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 煤油在90℃下的有关物性数据如下： ??? 密度???????? ρ0＝kg/m3 定压比热容??? Cp＝kJ/kg℃  热导率??????? λ0＝0.W/m℃  粘度????????? μ0＝×10-4Pa﹒s 冷却水在33℃下的物性数据： 密度　　 ρi=994.3kg/m3 定压比热容　 cpi=4.174 kJ/(kg·℃) 导热系数　　 λi=0.618 W/(m·℃) 粘度　　　　 μi=0.000818 Pa·s 3．计算总传热系数 （1）热流量 Wo=1×1.8×105×1000÷300÷24=25000kg/h Qo=WocpoΔto=25000×2.22×(140-40)=5550000kJ/h=1541.7 kW （2）平均传热温差 （3）冷却水用量 (4)计算传热面积 求传热面积需要先知道K值，根据资料查得煤油和水之间的传热系数在350 W/(㎡.℃)左右，先取K值为300W/(㎡.℃)计算 由Q=KA△tm 得 =㎡ （5）工艺结构与尺寸 1．管径和管内流速选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=5.5m/s。 2．管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 Ns= 按单程管计算，所需的传热管长度为 L= 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=3m，则该换热器的管程数为 Np= 传热管总根数 Nt = 16 × 31 = 496 3.平均传热温差校正及壳程数 R= P= 按三壳程结构得： 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，故取三壳程合适。 4.传热管排列和分程方法 采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。 取管心距t=1.25d0，则 t=1.25×25=31.25≈32㎜ 隔板中心到离其最.近一排管中心距离按式（3-16）计算 S=t/2+6=32/2+6=22㎜ 各程相邻管的管心距为44㎜。