化工原理课程设计管壳式换热器选型.doc

一、 前言热交换器是进行热交换操作的通用工艺设备,被广泛应用于各个工业部门,尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,其中间壁式换热器用量最大,据统计,这类换热器占总用量的99 %。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。如何确定最佳的换热器,是换热器优化的问题。本说明书对指定有机物进行冷却选择合适的换热器，并且合理安排操作管路以及选择合适的离心泵作出详细的计算说明。2、 设计任务班级： 精细优090 姓名：李登峰 学号：10092660 任课老师：袁苹选择一个合适的换热器，冷却78C的某液态有机物至60C，此有机物的流量为9.3kg/s；（1） 合理安排操作管路；（2） 选择一台合适的离心泵；（3） 有机物69C的物理性质： （4） 冷却水：进口温度t1=20C；（5） 操作条件：换热器管壳两侧的压降皆不应超过0.1MPa。3、 目录一 前言.1二 设计任务.2四 计算明细表.4 1 管壳式换热器规格.4 2 离心泵的型号规格.4 3 计算数据结果记录.5五 计算过程.6 1 选择合适的换热器.6 1.1 热力学数据的获取.6 1.2 计算热负荷和.6 1.3 计算温差和估计传热系数.6 1.4 估算换热面积.7 1.5 计算管程压降和给热系数.7 1.6 计算壳程压降和给热系数.8 1.7 计算传热系数.9 1.8 校核传热面积.9 2 安排管路和选择合适的离心泵.9 2.1 管径初选.9 2.2 压头计算.10六 附录.12七 符号说明.13八 设计说明.15九 参考文献.15四、计算结果明细表（1） 管壳式换热器的规格公称直径DN/mm公称压力PN/MPa管程数N管子根数n中心排管数管程流通面积/m2换热管长度L/mm管心距/mm换热面积/m23254288100.007845002523.1（2） 离心泵的型号规格型号转速n/(r/min)流量扬程/m效率功率必需气蚀量（NPSH）r/m质量（泵/底座）/kgm3/hL/s轴功率电机功率IS65-50-1252900154.1721.8581.5432.050/41256.9420691.972.5308.3318.5682.223.0（3）计算数据结果记录 项目 结果单位冷却剂出口温度40循环水定性温度30热负荷371.63kW冷却水质量流量4.45并流对数平均温差35.7逆流对数平均温差39.0估算换热面积16.72管程流动面积0.0078管内冷却水流速0.57管程给热系数3095.02摩擦系数0.037管程压降6842.1Pa壳程流动面积0.1215壳程有机物流速0.077当量直径0.0173m壳程给热系数598.71壳程压降44.1Pa核算传热系数412.6校核传热面积23.09冷却水流量16.09总局部阻力系数21.99阻力损失9.39m压头（扬程）19.7m五、计算过程一 选择合适的换热器1 热力学数据的获取冷却剂：河水， 从tm10及防止水中盐类析出为原则，选选择出口温度：t2=40C 循环水的定性温度：入口温度为，出口温度为循环水的定性温度为两流体的温差两流体在定性温度下的物性数据如下物性流体温度密度kg/m3粘度mPas比热容kJ/(kg)导热系数W/(m)有机物699970.62.220.16循环水30995.70.80124.1740.61712 计算热负荷和由热量衡算3 计算温差和估计传热系数并流时， 逆流时， 根据管程走循环水，壳程走有机物，总传热系数K现暂取：4 估算换热面积 根据可以选择下述标准换热器（查附录得）：（排列方式：正三角形）公称直径DN/mm公称压力PN/MPa管程数N管子根数n中心排管数管程流通面积/m2换热管长度L/mm管心距/mm换热面积/m23254288100.007845002523.15 计算管程压降及给热系数根据标准换热器提供的参数管程流动面积 管内冷却水流速 管程给热系数 取钢的管壁粗糙度为0.1mm，则管程压降6 计算壳程压降及给热系数挡板间距B取0.9m，壳程中有机物被冷却，取折流挡板间距 管束中心线管数壳程流动面积因管子排列为三角形，F=0.5，fs=1.15挡板数： 壳程压降7 计算传热系数污垢热阻和管壁热阻 管外侧污垢热阻 管内侧污垢热阻取钢管壁厚，热导率8 校核传热面积所选换热器：所以 选择的换热器符合要求。c二 安排管路和选择合适的离心泵1 管径初选初取水经济流速 由于61.6mm不是标准管径，因此确定 符合经济流速范围故确定：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IS65-50-125的离心泵。六、附录（1）物理性质物性流体温度密度kg/m3粘度mPas比热容kJ/(kg)导热系数W/(m)有机物699970.62.220.16循环水30995.70.80124.1740.6171（2）管外侧污垢热阻 管内侧污垢热阻 钢管热导率 七、符号说明主要符号说明符号意义计量单位A面积m2定压比热容d管径mg重力加速度m/s2单位重量流体的机械能损失ml管路长度mm质量kg虚拟压强Pap流体压强Papa大气压PaB挡板间距mT周期时间st时间st温度u流速m/sqv体积流量m3/sqm质量流量Kg/s绝对粗糙度mm局部阻力系数摩擦系数动力黏度密度Kg/m3He有效压头mD换热器壳径mf校正系数f0壳程流体摩擦系数K传热系数NT管子总数Q热流量W或J/S给热系数热导率数群Gr格拉私霍夫数Nu努塞尔数Pr普朗特数Re雷诺数下标g气体的m平均w壁面的s壳程的t管程的有有机物的八、设计说明（1） 需要冷却的有机物走壳程，冷却剂走管程；（2） 有机物可以采取逆流的方式；（3） 换热器说明： 1 采用光滑管 光滑管结构简单，制造容易。缺点是它强化传热的性能不足。为了提高换热器的传热系数，可采用结构形式多样化的管子，如异性管，翅片管，螺纹管等。 2 选用 的管子。 3 本设计中采用4.5米长的管子。 4 管子的排列形式：本设计中采用正三角形错列的排列方式，而在隔板两侧采用正方形直列。 5 采用多管程，故管板中间要留有隔板的位置。 6 允许折流板的间距与管径有关，取折流板间距B=0.9m（4） 管路布置如图所示： （5） 管路选择内径50mm的钢管，至少使用下列零件：底阀1个；标准90弯头3个；球心阀1个。（6） 由于计算所得有效