




已阅读5页,还剩7页未读, 继续免费阅读
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
化工原理课程设计换热器课程设计班级: 09精细化工班姓名: 学号: 指导老师: 丁 慧 玲时间: 2011/6/2 目录1.设计任务书与条件-32.概述与设计方案简介-43.工艺及设备设计计算-44.辅助设备的计算及选型-85.设计结果汇总表-106.设计评述及收获-117.参考资料-118.换热器装配图-12摘要 换热器是把热量从热流体传递到冷流体的设备,广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品加工、动力以及原子能工业部门当中。本文通过估算传热面积(S估=,管程数,折流管数,传热面积校核,换热器内压降核算等设计出了浮头式换热器。本文对换热器,流速,流径进行了选择,考虑到了冬季温差较大,不清洁液体易结垢的因素,忽略了热损失,确定了温度等物性数据,完成了本文设计的任务。 关键字:浮头式换热器 普朗特数 雷诺数1设计任务与条件某生产过程中,反应器的混合气体经与进料物流换热后,用循环冷却水将某从110进一步冷却至60之后,进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混合气体的流量3kg/h,压力为6.9MPa,循环冷却水的压了为0.4MPa,循环水的入口温度为29,试设计一台列管式换热器,完成该生产任务。经查的混合气体在85下有关物性数据:密度 =90kg/m3;定压比热容Cp,1=3.297kJ/(kg);热导率1 =0.0279W/(m);黏度1=1.5Pas。2.设计方案简介2.1换热器的选择 管壳式换热器具有其他类型换热器所不可比拟的优点,所以换热器向高参数、大型化发展的今天,仍是石油、化工生产中,尤其是高温、高压和大型换热器的主要结构形式 管壳式换热器按照结构形式可以分为固定管板式(管壳间有温差应力存在,当两种介质温差较大时,必须设计膨胀节。适用于壳程压力不高的场合)、浮头式(适用于管、壳温差较大,介质易结垢的场合)、填料函式(操作压力越高,密封越困难,多用于低压和小直径的场合)、U型管式(适用于管、壁温差较大,尤其是管内介质清洁不易结垢而壳程介质易结垢,需要经常清洗的高温、高压、腐蚀性较强不适合采用浮头式和固定管板式的场合)和釜式换热器(适用于处理不清洁、易结垢介质,并能承受高温高压的场合)五种。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,考虑到这一因素,估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差很大,因此初步确定选用浮头式换热器。浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接,可在壳体内沿轴向自由伸缩,该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在,壳体或环热管膨胀时,互不约束,不会产生温差应力;管束可以从壳体内抽搐,便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂,用材量大,造价高;浮头盖与浮动管板间若密封不严,易发生泄漏,造成两种介质的混合。2.2流径的选择 在具体设计时考虑到尽量提高两侧传热系数较小的一个,使传热面两侧传热系数接近;在运行温度较高的换热器中,应尽量减少热量损失,而对于一些制冷装置,应尽量减少其冷量损失;管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理,以保证运行的可靠性。参考标准:l 不洁净和易结垢的流体宜走便于清洗管子,浮头式换热器壳程便于清洗。l 腐蚀性的流体宜走管内,以免壳体和管子同时受腐蚀,而且管子也便于清洗和检修。l 压强高的流体宜走管内,以免壳体受压,其中冷却介质循环水操作压力高,宜走管程。l 饱和蒸气宜走管间,以便于及时排除冷凝液,且蒸气较洁净,冷凝传热系数与流速关系不大。l 被冷却的流体宜走壳程,便于散热,增强冷却效果。l 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内,因管程流通面积常小于壳程,且可采用多管程以增大流速。l 粘度大的液体或流量较小的流体,宜走壳程,因流体在有折流挡板的壳程流动时,由于流速和流向的不断改变,在低Re(Re100)下即可达到湍流,以提高对流传热系数。l 若两流体的温度差较大,传热膜系数较大的流体宜走壳程,因为壁温接近传热膜系数较大的流体温度,以减小管壁和壳壁的温度差。综合考虑以上标准,确定果浆应走壳程,水走管程。2.3流速的选择表2-2 换热器常用流速的范围 介质流速 循环水 新鲜水 一般液体 易结垢液体 低粘度油 高粘度油 气体 管程流速,m/s1.02.00.81.50.531.00.81.80.51.5530壳程流速,m/s0.51.50.51.50.21.50.50.41.00.30.8215由于增加流体在换热器中的流速,将加大对流传热系数,减少污垢在管子表面上沉积的可能性,即降低了污垢热阻,使总传热系数增大,从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加,又使流体阻力增大,动力消耗就增多。故拟取循环水流速为1.2m/s。2.4材质的选择列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。目前 常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等;非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根据实际需要,可以选择使用不锈钢材料。2.5管程结构换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列,如下图所示。 (a) 正方形直列(b)正方形错列 (c) 三角形直列 (d)三角形错列 (e)同心圆排列 正三角形排列结构紧凑;正方形排列便于机械清洗。对于多管程换热器,常采用组合排列方式。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。 管板的作用是将受热管束连接在一起,并将管程和壳程的流体分隔开来。管板与管子的连接可胀接或焊接。3.工艺及设备设计计算(一) 确定设计方案31选择换热器的类型 两流体的温度变化情况:热流体进口温度110,出口温度为60;冷流体进口温度29,出口温度为39。该换热器用循环冷却水冷却,冬季操作是,其进口温度会降低,考虑到这一因素,估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大,因此初步确定选用浮头式换热器。3.2管程安排 从两物流的操作压力看,应该混合气体走管程,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降,所以从总体考虑,应使循环水走管程,混合气体走壳程。(二)确定物性数据定性温度:对于一般气体和水等低粘度流体,其定性温度可取流体进、出口温度的平均值。故壳程混合气体的定性温度为 T=85()管程温度的定性温度为 t=34()已知混合气体在85下的物性数据如下,=90kg/m;Cp,1=3.297kJ/(kg);1 =0.0279W/(m);1=1.510-5Pa s查的循环水在34下的物性数据:=994.3kg/m3;Cp,h=4.17kJ/(kg);1 =0.624W/(m);1=0.74210-3Pas。(三)估计传热面积(1) 热流量(忽略热损失)(2)冷却水用量(忽略热损失)qm,c=(kg/s)=1184835(kg/h)(3)平均传热温差 先按照纯逆流计算,得 ()(4)初算传热面积 由于壳程气体的压力较高,故可选取较大的K值。假设K=320W/(m2),则估计的传热面积为 S估=(四)工艺结构尺寸(1)管径和管内流速 选用25mm2.5mm较高级冷拨传热管(钢管),取管内流速ui=1.3m/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=按单管程设计,所需的传热管长度为 L=(m)按单管程计算,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,现取传热长,则该换热器的管程数为传热管总根数 n=8112=1622(3)平均传热温差校正及壳程数 平均温差校正系数计算如下 按单壳程,双管程机构,查图4-4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,故取单壳程合适。(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。见图4-5。取管心距,则隔板中心到离其最近一排管中心距离按式(4-11)计算,各程相邻管的管心距为44mm(5)壳体直径 采用多管程结构,壳体直径可按式(4-15)估算。取管板利用率,则壳体直径为 ,按卷制壳体的进级挡,可取mm(6)折流板 采用弓形折流板,取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=0.251600=400(mm),故可取h=500mm 取折流板间距 ,则,可取为500。 折流板数目(7)接管 壳程流体进出口接管:取接管内气体流速为,则接管内径为,圆整后可取管内径为350mm管程流体进出口接管:取接管内液体流速,则接管内径为,圆整后取内径为420mm4辅助设备计算及选择(五)换热器核算管程传热膜系数。按式(4-23)计算 管程流体流通截面积管程流体流通和雷诺数分别为 普朗特数 壳程传热膜系数。用式(4-25)计算,管子按正三角形排列,传热当量直径为,壳程流通截面积,壳程流体流速及其雷诺数分别为 普朗特数 黏度校正 污垢热阻和管壁热阻。查附录9,管外侧污垢热阻R0=0.0004m2/W,管内侧污垢热阻Ri=0.0006m2/W。已知管壁厚度b=0.0025m,碳钢在该条件下的热导率为50W/(m2)。总传热系数K。总传热系数K为传热面积校核。依式(4-10)可得所计算传热面积为换热器的实际传热面积为S 换热器的面积裕度为,,传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务。(2)换热器内压降的核算 管程阻力 ,由Re=34858,传热管相对粗糙度0.01,查参考文献【2】中双对数坐标图得,所以,管程流体阻力在允许范围之内。 壳程阻力。按下式计算 其中,流体流经管束的阻力 ,流体流过折流板缺口的阻力,其中,则总阻力 由于该换热器壳程流体的操作压力较高,所以壳程流体的阻力比较适宜。换热器主要结构尺寸和计算结果见附表1。 5设计结果汇总表附表1参 数管 程壳 程流率/(kg/h)11848351.3105进(出)口温度/29(39)110(60)压力/MPa0.46.9物性定性温度/3485密度/(kg/m3)994.390定压比热容/kJ/(kg)4.173.297黏度/Pas0.74210-31.510-5热导率/W/(m2)0.6240.0279普朗特数4.961.773设备结构参数型式浮头式壳程数1壳体内径/mm1600台数1管径/mm252.5管心距/mm32管长/mm 7000管子排列正三角形管数目/根1622折流个数/个13传热面积/m2889折流板间距/mm500管程数2材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/(m/s)58674.9表面传热系数/W/(m2)0.0006862.7污垢热阻/(m2/W)0.040360.0004阻力/MPa0.040360.117热流量/KW10083.33传热温差/K48.3传热系数/W/(m2)388裕度/%1.226.设计评述及设计收获本设计采用浮头式换热器,对热损失等参数进行了忽略,适用于管、壳温差较大,介质易结垢的场合。该设计是使循环冷却水将
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 处置子平台管理办法
- 殡葬管理办法及措施
- 材料储存期管理办法
- 天津洗车业管理办法
- 旱地砂石场管理办法
- 勤杂工工资管理办法
- 华工志愿时管理办法
- 机动车销售管理办法
- 水利项目办管理办法
- 政府暂存款管理办法
- 公积金变更协议书
- 医疗科室共享协议书
- 2025随州市曾都区城南新区办事处社区工作者考试真题
- 合同签署延期协议书
- 等离子体光学器件设计-全面剖析
- 多模太赫兹量子级联激光器总体规模、主要生产商、主要地区、产品和应用细分研究报告
- 玉米烘干技术协议合同
- 智研咨询重磅发布:2025年垃圾焚烧发电行业市场规模及主要企业市占率分析报告
- 库房建设可行性研究报告
- 2025年增材制造设备操作员职业技能竞赛备考试题库500题(含答案)
- 机械制造厂操作工岗位职责
评论
0/150
提交评论