换热器设计书.doc

目 录目 录11 设计条件及主要物性参数表11.1 设计题目11.2 操作条件12 概述与设计方案简介22.1 冷却剂出口温度的确定22.2 流动空间的选择22.3 管程和壳程数的确定32.4 设备结构的选择33 工艺设计计算33.1计算和初选换热器的规格33.2核算压力降43.3核算总传热系数54辅助设备的计算和选型74.1管径初选74.2 压头He75设计结果汇总表86设计评述9参考文献：91 设计条件及主要物性参数表1.1 设计题目 某制药厂在生产工艺过程中，需将乙醇液体从 75 冷却到 45 ，乙醇的流量为W kg/h。冷却介质采用 21 的河水。要求换热器的管程和壳程压降不大于30 kPa，试设计并选择管壳式换热器。1.2 操作条件 （1）乙 醇： 入口温度75 出口温度45 （2）冷却介质：河水 入口温度21 出口温度27 （3）允许压降：不大于30 kPa （4）定性温度（乙醇60，水24）下流体物性：密度（Kg/m）比热容 (KJ/Kg.)粘度(Pa.s)导热系数(W/m.)乙醇765.72.7580.601100.1696河水997.24.180.923100.60642 概述与设计方案简介换热器的选择涉及因素很多，如介质的腐蚀性及其它特性、操作温度与压力、换热器的热负荷、管程与壳程的温差、检修与清理要求等。具体选择时应综合考虑各方面因素。对每种特定的传热工况，通过优化选型会得到一种最适合的设备型号；如果将这个型号的设备应用到其他工况，则传热效果可能会改变很大。因此，针对具体工况选择换热器类型，是很重要和复杂的工作。对管壳是换热器的设计，应从下方面考虑。2.1 冷却剂出口温度的确定在水作为冷却剂时，为便于循环操作、提高传热推动力、冷却水的进、出口温差一般控制在510左右。在本次设计中将出口温度设计为27。2.2 流动空间的选择确定流动空间的基本原则：（1）不洁净和易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗比较方便。 （2）腐蚀性的流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管程便于检修与更换。（3）压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。（4）被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果。（5）饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，一般不需清洗。（6）有毒易污染的流体宜走管程，以减少泄漏量。（7）流量小或粘度大的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程中流动，由于流速和流向的不断改变，在低Re（Re100）下即可达到湍流，以提高传热系数。（8）若两流体温差较大，宜使对流传热系数大的流体走壳程，因壁面温度与大的流体接近，以减小管壁与壳壁的温差，减小温差应力。根据以上原则可以确定河水走管程，乙醇走壳程。2.3 管程和壳程数的确定当换热器的换热面积较大而管子又不能很长，为提高流体在管内的流速，需将管束分程。但程数过多，导致管程流动阻力和动力能耗增大，同时使平均传热温差下降，设计时应权衡考虑。管壳式换热器系列标准中管程数有1、2、4、6四种。在本次设计选用了管程为2。当温差校正系数小于0.8时应采用多壳程。然而在本次设计中=0.97，采用了单壳程。2.4 设备结构的选择根据本次题目的要求应当选用管壳式换热器。3 工艺设计计算 乙 醇： 入口温度75 出口温度45 冷却介质：河水 入口温度21 出口温度27 允许压降：不大于30 kPa 定性温度（乙醇60，水24）下流体物性：密度（Kg/m）比热容 (KJ/Kg.)粘度(Pa.s)导热系数(W/m.)乙醇765.72.7580.601100.1696河水997.24.180.923100.60643.1计算和初选换热器的规格（1） 计算热负荷和冷却水流量：=200002.75810(75-45)3600=459666.7 W=65980.9 Kg/h（2） 计算两流体的平均温度差。暂按单壳程，多管程计算，逆流时平均温度差为：= 而：P= R由图4-19查得：=0.97 则：（3） 假设K=300W/.则：S=由附录中根据S选择换热器，规格见下表：壳径/mm500管长/m3公称面积/44.3管子总数256管程数2管子排列方法正方形斜转45管子尺寸/mm流通面积/0.0226实际传热面积：S=2563.140.019(3-0.1)=44.29若选择该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为：/(.)3.2核算压力降（1） 管程压力降： 其中管程流通面积：Re=设管壁粗糙度， 由第一章中关系图中查得=0.039则：所以：（2） 壳层压力降： 其中 取h=0.3m 壳程流通面积为： 所以：计算表明管程和壳程压力都能满住题设的要求。3.3核算总传热系数（1）管程对流传热系数： )（2） 壳程对流传热系数： 取换热器列管之中心距则：取则：（3） 污垢热阻：参考附录管内外侧污垢热阻分别取：./W ./W（4） 总传热系数：管壁热阻可忽略时，总传热系数为：W/(m.)则有：由此可得设计选型满足要求。4辅助设备的计算和选型4.1管径初选初取水经济流速 由于125mm不是标准管径，因此确定 符合经济流速范围故确定：4.2 压头He在水槽液面及压力表处列柏努利方程取，查图得局部阻力： 底阀1个 标准90弯头3个 球心阀1个流入换热器流出换热器故 换热器压降 根据和以及IS型离心泵系列特性曲线可以选择型号为IS100-80-125的离心泵。5设计结果汇总表 （1）乙 醇： 入口温度75 出口温度45 （2）冷却介质：河水 入口温度21 出口温度27 （3）允许压降：不大于30 kPa （4）设计换热器型号及参数：壳径/mm500管长/m3公称面积/44.3管子总数256管程数2管子排列方法正方形斜转45管子尺寸/mm192流通面积/0.0226 （5）IS100-80-125的离心泵一台6设计评述换热器是石油、化工中最重要的热工设备，对换热器进行科学计算，对换热器的结构进行合理的设计，是换热器性能的重要保证。换热器的热工计算是换热器的设计基础，也是换热器结构设计的前提，因此在换热器的设计中，只有经过对换热器结构参数的不断调整，反复计算，才能使换热器的性能更高，设计更加合理。另外，在换热器设计中要综合考虑多种因素，如介质流速，压力降、膜传热系数、以及面积余量等，并尽量选择标准换热器以减少投资。还应根据实际工程需要结合实际工作经验方可设计出经济合理的换