列管式换热器设计

目录1、列管式换热器设计 1.1 确定设计方案2 1.2 确定物性数据2 1.3 估算传热面积2 1.4 工艺结构结构3 1.4.1管径和管内流速3 1.4.2管程数和传热管数3 1.4.3 平均温差校正及壳程数4 1.4.4 传热管排列和分程方法41.4.5 壳体直径 4 1.4.6 折流板4 1.4.7 接管5 1.5 换热器核算5 1.5.1.传热面积校核5 1.5.2换热器内压降的核算72、主要结构尺寸和计算结果表93. 主要符号说明104、设计评述115、参考文献111、列管式换热器设计11确定设计方案1.1.1.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，其进口温度会降低，结合两流体的温度差，估计该换热器管壁温度和壳体温度之差较大，初步确定用浮头式换热器。 1.1.2.管程安排 由于循环冷却水容易结垢，若其流速太低，会加快结垢速度，影响换热，从总体考虑应使循环水走管程，混合气体走壳程。 1.2确定物性数据进料量：140000+（228-190）1000=178000kg/h项目管程壳程定性温度物性参数=90/m3=3.297kJ/=0.0279w/m=1.510-5Pas=994.3kg/m3=4.174kJ/kg=0.624w/m=0.74210-3Pas1.3估算传热面积1.3.1传热量： kg/h=8150.92kw1.3.2冷却水用量： 1.3.3平均温差：1.3.4初算总传热面积 由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值，假定总传热系数K=410W.m-2.-12,则，计算所需传热面积为： 1.4工艺结构尺寸1.4.1管径和管内流速选用252.5的碳钢管 取管内流速=1.2m/s 3 1.4.2管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数按单程管计算，所需的传热管长度为： 按单管程设计，传热管过长，因此采用多管程结构。先取传热管长l=5m，则该换热器管程数为： ，传热管总根数 5212=1042（根）1.4.3 平均温差校正及壳程数平均传热温差校正系数： 按单壳程双管程结构，温差校正系数应查1得：， 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。1.4.4 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3。隔板两侧采用正方型排列工管心距Pt=1.2525=31.2532（mm）,隔板中心到离其最近一排管中心距离：Z=Pt/2+6=22mm各程相邻管的管心距为44mm。 管束的分程方法:每程各有传热管521根，其前后箱中隔板设置和介质的流通顺序按【化工原理课程设计，表3-3】选取，横过管束中心线的管数：（根）1.4.5 壳体直径 采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率【化工原理课程设计，92页】，则壳体直径为：=1252(mm) 圆整可取1300（mm）1.4.6 折流板 采用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h=0.251300=325(mm),所以可以取h=350(mm)，所取折流板间距B=0.3D=0.31300=390（mm）可取B=400(mm)折流板数：1.4.7 接管壳程流体进出口接管，取壳内流体流速u1=10m/s,则接管内径为 取整后D1=270mm管程流体出口接管：取管内流体流速u2=1.2m/s,则接管内径为=460mm1.5换热器核算1.5.1.传热面积校核 1.管程传热膜系数 1管程流体流通截面积 Si=0.7850.0221042/2=0.1636 m2管程流体的流速和雷诺数分别 ui=703002/（3600994.30.1636）=1.2m/s Re=0.021.2994.3/（0.74210-4）=32161普朗特数 Pr=4.17410000.7421000/0.624=4.96可得 2，壳程传热膜系数 2 管子按正三角形排列，传热当量直径为 = =0.02（m） 壳程流通截面积 =4001300（1-25/32）=0.1138（m2） 壳程流体流速和雷诺数分别为普朗特数 黏度校正 1 则壳程传热膜系数3.污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻：0.859810-4m2 /W 管内污垢热阻： 3.439510-4 m2 /W 碳钢在此条件下的热导率为：50W/m3 已知管壁厚度为：，4.总传热系数K 5.传热面积校核实际传热面积换热器的面积裕度为 (1.151.1641.25)1 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。1.5.2换热器内压降的核算1.管程阻力11 由，传热管相对粗糙度0.01,参考图双对数坐标图2，得，流速， （3035）1管程流体阻力在允许范围之内 2.壳程阻力。按下式计算，其中.151流体流经管束的阻力11 则流体流过折流板缺口的阻力，其中 ，则 总阻力 ,(70110.84000。管程流体流动为湍流，能够较好的达到换热的要求。每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。正三角形排列结构紧凑，正方形排列便于机械清洗。该换热器的面积裕度H=16.4在15-25之间，则所设计换热器能够完成生产任务。管程流动阻力为30.0Kpa，10Kpa 30.0Kpa 35 Kpa在允许范围之内；5、参考文献1 天津大学化工原理教