列管式换热器设计说明书.doc

_食品科学与工程专业化工原理课程设计说明书 题目名称 列管式换热器设计说明书 专业班级 10食品科学与工程1班 精品资料2012 年 01 月 06 日目录1、设计方案11 .1 设计条件12、衡算12.1传热面积的计算：12.1.1煤油用量12.1.2平均传热温差12.1.3热流量12.1.4初传热面积12.2确定换热管数目和管程数目12.2.1管层数和传热管数22.2.2平均传热温差及壳层数平均温差较正系数：22.3传热管排列和分层方法22.3.1隔板中心到最近一排管中心距22.3.2壳体直径22.3.3折流板32.3.4接管32.4换热器核算32.4.1传热面积核算32.4.2壳程传膜系数42.4.3污垢热阻和管壁热阻42.4.4总传热系数K42.4.5传热面积校核42.5换热器内压核算52.5.1管程阻力52.5.2壳程阻力53 附录及图纸54总结65参考文献76附图71、设计方案列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。本论文是工业生产煤油用冷却水冷却的换热器进行选择、及主要设备工作部件尺寸的设计。1 .1 设计条件水入口温度10，出口温度60，流量20 m3/h；煤油入口温度170，出口温度50。2、衡算管层的定性温度T=10/2+60/2=35；壳层的定性温度T=170/2+50/2=110。查询煤油物理性质表1煤油在110下有关物理参数如下：密度=825kg/m3；粘度=7.1510-4Pas；比热容Cp=2.2kJ/(kg)；导热系数=0.14W/(m)。查询饱和水的物理性质表2水在35有关的物理参数：密度=994.2kg/m3；粘度=0.72310-3Pas；比热容Cp=4.174kJ/(kg)；导热系数=0.626W/(m)。2.1传热面积的计算：2.1.1煤油用量qm,c=体积流量密度=20994.2=19884kg/h2.1.2平均传热温差先按照逆流计算。式中T1为煤油入口温度；T2为煤油出口温度；t1为水入口温度；t2为水出口温度。2.1.3热流量(kJ/h)2.1.4初传热面积假设K=300W/(m2)则m22.2确定换热管数目和管程数目管径和管内流速先取管内流速为ui=2.0m/s，故d=17mm。因市面上无此规格管径，故选取2.52.5mm的管子。其内径为25-22.5=0.02m，故内径实际流速2.2.1管层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：按单管层计算，所需传热管长度为：m单管过长，采用多管结构选用l=7m长的管子，管程数为： 2.2.2平均传热温差及壳层数平均温差较正系数： 按照单壳层，双管层结构，查温差校正系数值3 ，平均传热温差。由于平均传热较正系数大于0.8。同时壳层程流体流量越大，故采取单壳层合适。2.3传热管排列和分层方法采用组合排列法。每程均按正三角排列，隔板采用正方形排列。管心距Pt=1.25d0，则Pt=1.2525=31.2532mm2.3.1隔板中心到最近一排管中心距mm各程邻管的管心距为44mm。2.3.2壳体直径采用多管程结构，正三角排列=0.70.85，故计算取管板利用率0.75，则查询壳体直径公式3为mm式中为管板利用率；n为换热器总管数。故取D=600mm。2.3.3折流板列管式换热器壳程流体流通面积比管程流通面积大，为增大壳程流体的流速，加强其喘流程度，提高其表面传热系数，需设置折流板。折流板采用弓形流板，弓形折流板圆缺高度为壳体内径25%，则切去圆缺高度为h=0.25600=150mm，故可取h=150mm。取折流板间距B=0.7，则B=0.7600=420mm。故可取B=400mm。折流板数目2.3.4接管壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为u1=0.7m/s，则接管内径为m取管内径为150mm。管层流体进出口接管：取接管内流体流速u2=1.0m/s，则接管内径m取管内径为100mm。2.4换热器核算2.4.1传热面积核算查询管程低粘度对流传热系数公式3式中对流传热系数，(W/m2)；流体的热导率，(W/m)；di为管内径，m；Re雷诺数；Pr普朗特数。管层流体流通面积m2管层流体和雷诺数分别为m/s普朗数2.4.2壳程传膜系数查询壳程无相变对流传热系数公式3管子按正三角排列，传热当量直径为mPt相邻两管中心距，m；d0管外径，m。壳程流通截面积m2壳层流体 和雷诺数分别为m/s普朗数黏度较正(W/m2)2.4.3污垢热阻和管壁热阻查询壁面污垢热阻的数值范围表3，管外侧污垢热阻R0=1.719710-4m2/W管内侧污垢热阻Ri=1.719710-4m2 /W。已知管壁厚度b=0.0025m，碳钢在改条件下热导为50W/(m)。2.4.4总传热系数K (W/m2)2.4.5传热面积校核计算出的传热面积m2换热器实际传热面积Sm2换热器面积黏度故该换热器能完成生产任务，即该方案可用。2.5换热器内压核算2.5.1管程阻力，由Re=275022000为湍流，查询摩擦系数与雷诺数、相对粗糙度间关系图3：传热管相对粗糙度0.01，=0.038，ui=1.00m/s，=994.2kg/m3管程流体阻力在允许范围内。2.5.2壳程阻力已知Ns=1，Ft=1流体流经管束的阻力，流体经过折流板缺口阻力总阻力3 附录及图纸 附表一 换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程流率/(kg/h)19884220000进（出）口温度/10(60)170(50)压力/MPa0.46.9物性定性温度/35110密度/(kg/m3)994.2825定压比热容/kJ/(kg)4.1742.2黏度Pas0.74210-37.1510-4热导率W/(m)0.6260.14普朗特数4.8411.2设备结构参数设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/mm600台数1接上表 设备结构参数管径/mm252.5管心距/mm32管长/mm7000管子排列正三角形管数目/根90折流板数/个17传热面积/m248折流板间距/mm400管程数5材质碳钢主要计算结果 管程壳程流速/(m/s)1.00.13表面积传热系数/W/(m2)4816484污垢热阻/(m2/W)1.719710-41.719710-4阻力/MPa0.022696.8210-4热流量/kW1132.72传热温差/K80传热系数/W/(m2)361裕度%1.23备注：本设备采用管程为碳钢，且壳程为金属。故其保养得当可长期使用，本设备因管程为水，壳程为煤油且管束可以抽出单独清洗。故可人工清洗。压力维持设备：因此煤油是工业提取后冷却用，故可在需要高度修建一个储油池。采用重力作用维持设备运行；关于设备选型详见上表及附图。4总结采用浮头式换热器优点：管束可以抽出，以方便清洗管、壳程；介质间温差不受限制；可在高温、高压下工作；可用于结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合。缺点：小浮头易发生内漏；金属材料耗量大，成本高；结构