换热器的设计——水冷却硝基苯.doc

化工过程及设备课程设计（本） 题 目 换热器的设计水冷却硝基苯 班 级 2010化工2班 学 号 45、46、47 组 长 王少平 组 员 何东宝、王少平、潘树灿 指导教师 黄卫清 完成日期 2013年12月 目录一、 设计任务和设计条件31.设计题目：换热器的设计水冷却煤油2.设计条件；3.设计任务；二、设计方案简介4 1.选择换热器的类型；2.管程安排；3.流向的选择；三、确定物性数据.5四、试算和初选换热器的规格.61.计算热负荷和冷却水流量；2.计算两流体的平均温度差；3.初选换热器规格；五、核算总传热系数.71、管程的给热系数2、壳程的给热系数3、污垢热阻4、计算总传热系数5、估算传热面积.六、核算压强降81、管程压强降2、壳程压强降七、辅助设备的计算及选型91、壳体直径、长度、厚度2.封头尺寸3.法兰及各连接材料的选择结构（1）选定法兰（2）选定垫片结构八、设计结果一览表12其他工艺参数九、对设计的评述附录：参考图一、 设计任务和设计条件1.设计题目：换热器的设计水冷却硝基苯2.设计条件：（1）硝基苯 处理量：16000/小时、进口温度：140、出口温度：60、压强降40kPa(2)冷却水进口温度：30、出口温度：40、压强降100即可达到湍流。但这不是绝对的，如流动阻力损失允许，将这类流体通入管内并采用多管程结构，亦可得到较高的表面传热系数。6.若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将表面传热系数大的流体通入壳程，以减小热应力。 7.需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。由于循环冷却水容易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。3.流向的选择当冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体，所需的传热面积小。逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。显然在一般情况下，逆流操作总是优于并流。三、确定物性数据定性温度：可去流体进口温度的平均值。壳程硝基苯的定性温度为T=100管程冷却水的定性温度为 T=35跟据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。硝基苯在110下的有关物性数据如下：密度 0=1097.59/m3定压比热容cp0=1.72kJ/（kg）导热系数 0l=0.140（W/m.C）粘度 0=0.00055（Pas）循环冷却水在35C下的有关物性数据如下：密度 i=994.3/m3定压比热容cpi=4.174kJ/（kg）导热系数il=0.6265（W/m.C）粘度 i =0.000742（Pas）四、试算和初选换热器的规格1.计算热负荷和冷却水流量热负荷量Q0=m0c0pt0=140001720（140-60）/3600=535111（kW）冷却水量W=46666.7 (kg/h)2.计算两流体的平均温度差平均传热温差tm=58.143.初选换热器规格根据两流体的情况，设 K=540W/(m2)，故S=17.04（m2）壳体内径（mm）300管子尺寸（mm）192公称压强0.4 MPa管长6 m公称面积70 m2管子总数98管程数2管子排列方法正三角形管心距 24 mm折流板数 19块折流板高度h60 mm折流板间距B 150 mm壳程流体进出口接管内径D80 mm管程流体进出口接管内径110 mm估计传热面积S0=ndL=983.140.0193=17.54 m2K0=524.7W/(m2)五、核算总传热系数1、管程的给热系数i i=0.36 =0.36（11674）0.55（6.67）1/3 =1174.69 W/m22、壳程的给热系数0假设壳程的给热系数0=290W/(m2)3、污垢热阻Rsi=0.000344 m2/WRs0=0.000173 m2/W4、计算总传热系数K管壁的导热系数：=45W/m=+ Rsi+ Rs0+ =0.025/（27310.020）+0.0003440.025/0.020+0.000172+1/290 =0.000457+0.00043+0.000062+0.000172+0.003448 =0.004569W/( m2)K=218.86 W/( m2)5、估算传热面积考虑15%的面积裕度S=15.52（m2）S= 1.1515.52=17.848 m2六、核算压强降1、管程压强降pi=（p1+p2）FtNpNs（Ft结垢校正系数，Np管程数，Ns壳程数）取换热管的管壁粗糙度为0.01mm，/d=0.005，而Rei=13545，查图得t=0.04,流速Ui=1.48m/s，=994.3kg/ m2p1=iLui2/（2di）=0.0393994.31.48/（0.0152）=8.494 KPap2=3ui2/2=3994.31.48/2=3.267 KPa对192mm的管子有Ft=1.5，且Np=2，Ns=1pi=（p1+p2）FtNpNs =（8.494+3.267）1.421=35.283 KPa500时，f0=5.0Re0-0.228=5.0（11674）-0.228=0.59111nc为横过管束中心线的管数，nc=11折流板间距B=0.15m，折流板数=19p1=0.50.5911111（19+1）=5.427KPa流体流经折流板缺口的阻力p2=NB（3.5-） B=0.15m，D=0.3mp2=19（3.5-）=5.551 KPa总压力降p0=（5.427+5.551）=10.978 KPa6.4mm垫片有效密封宽度：b=2.53=2.53=8mm垫片压紧力作用中心圆计算直径：DG=700-2b=700-28=684mm预紧时需要的压紧力：Fa=DG by=3.14684825.5=438143N操作状态下，需要的最小垫片压紧力：Fp=DG bmPc=23.1468482.750.3=28350N八、设计结果一览表参数管程壳程流率25590Kg/h14000 Kg/h进/出口温度/30/40140/60压力/KPa4040 物 性定性温度/35100密度/（kg/m ）3994.31097.58定压比热容/kj/（kgk）4.1741.72粘度/（Pas）0.74210-30.5510-3热导率（W/mk）0.62650.140普朗特数6.911.74设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/300台数1管径/192管心距/24管长/6000管子排列正三角形管数目/根98折流板数/个19传热面积/17.54折流板间距/150管程数2材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）1.480.068表面传热系数/W/（k）2540.34593污垢热阻/（k/W）0.0003340.000176热流量/W535111传热温差/K58.14传热系数/W/（K）540裕度/%13.0%其他工艺参数：壳体长度3000mm壳体厚度5mm封头类型标准椭圆封头封头材料碳素钢Q245封头厚度5mm封头短半径175mm法兰类型松式法兰法兰材料Q235法兰紧压面凹凸面垫片类型耐油垫垫片紧压面形状1a垫片材料橡胶石棉板垫片系数2.75比压力25.5Mpa垫片接触宽度20mm垫片基本密封宽度10mm垫片有效密封宽度8mm中心圆计算直径684mm预紧时需要的压紧力438143N九、对设计的评述在我们组接到任务后，我们采用小组成员每人负责一部分，最后进行汇总讨论的方式开展工作。由于一个成品的诞生需要很多的数据作参考，我们最先进行的是对数据的计算，