回流冷凝器设计设计

1、回流冷凝器设计设计本科毕业设计流冷凝器设计学 院专 业-过程装备与控制工程年级班别20们级2班学 号学生姓名指导教师2015年05月29日回流冷凝器设计摘要h传热过程是化工生产过程中存在的及其普遍的过程，实现这一过程的 换热设备种类繁多，是不可缺少的工艺设备之一。由于使用条件不同，换热设 备可以有各种各样的型式和结构。其中以管壳式换热器应用更为广泛。现在， 它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、 能源设备等部门所使用的换热设备中仍处于主导地位。回流冷凝器是换热设备中的一种，是企业生产中的重要设备。它的作用是 通过温度相对较低的水来冷凝温度较高的气体从而保证精

2、馆塔液相产品的摩尔 分率，从而使设备部分的温度保持在一个生产所需要的水平，使设备正常工作。 因此，循环水冷却器的设计对企业的生产是很重要的，它很可能影响企业的经 济损失，对其的设计具有很强的实际意义。首先査阅相关文献资料了解回流冷凝器的基本原理、性质及应用，在化工生 产中的地位和作用、回流冷凝器应用的现状和发展趋势、设计的理论基础、技 术路线及其意义，对回流冷凝器设计有一个大体上的认识和理解。然后根据 工艺要求进行工艺流程计算，确定设备类型、结构，并完成设备工艺设计部分, 借助化工模拟软件完成。接着完成回流冷凝器结构设计与部分零部件选型，进 行设备强度校核，利用SW6软件包完成设备的强度计算，

3、并以此计算结果作为 最终结果，完成设计计算说明书。最后利用计算绘图软件绘制设备的整套设计 图纸。关键词h换热器、换热面积、管板、换热管。Reflex condenser designAbstract： The reflex condenser is the chemical production process of existence and its general process, heat equipment for this process is various, is one of the indispensable process equipment. Due to the use

4、 of different conditions, heat exchange equipment can have various types and structure. The tubular heat exchanger applied more widely. Now，it is regarded as a kind of traditional standard heat exchange equipment widely used in many industrial departments especially used in chemical, petroleum, ener

5、gy equipment department.Heat transfer equipment is still in a dominant position.Reeflex condenser is a change of thermal equipment, is the important equipment in the production. It is the role of the relatively low temperature water to take away the heat generated by the other device, so as to make

6、part of the temperature is maintained at the required a production level, so that the normal operation of the equipment. Therefore, the production design of circulating water cooler of enterprise is very important, it is likely to affect the economic losses of enterprises, which is of great practica

7、l significance to the design.This design is for the study of fixed tube plate heat exchanger on the tube shell type. A fixed tube plate heat exchanger, belonging to the shell and tube heat exchanger, is the use of the high temperature fluid and wall temperature fluid of convective heat transfer and

8、heat transfer between the material. In this design, the GB 150-2011 GB 151-1999 pressure vessel shell and tube type heat exchanger11 standards and fixed pressure vessel safety technology supervision regulation11 as the basis, and with reference to f,Design Handbook11 heat exchanger, the scheme is de

9、monstrated, to determine the physical material parameters combined with the working conditions, select the type of heat exchanger. According to the design task,determine the process parameters on the heat transfer area, the total heat transfer coefficient, and heat transfer area, wall temperature an

10、d pressure drop calculation. Then the mechanical design based on process parameters, mechanical design including the tube, tube box, tube plate, baffle, head, tube heat exchanger, saddle and other parts, such as the bar, fixed pitch pipe calculation and selection, and calculated the strength necessa

11、ry, finally using AutoCAD drawing fixed tube plate heat exchanger the assembly diagram and parts diagram, and writing a specification.keyword:tube sheet,heat exchange tube.1概述11.1选题的根据和意义11.2本设计的目的和要求213国内外现状和发展趋势22管壳式换热器的分类和选型 32.1分类32.2任务安排623选择换热器类型63换热器的工艺设计73.1工艺计算73.1.1流径选择73.1.2确定物性参数 73.1.3传

12、热平均温度差的计算 83.1.4计算传热面积83.1.5计算工艺结构尺寸 93.2换热器核算 153.2.1传热能力核算 153.2.2壁温核算 183.2.3换热器内流体的流动阻力 1933换热器主要结构尺寸和计算结果 214换热器的机械设计224.1计算筒体厚度234.1.1筒体材料的选择234.1.2筒体厚度 234.2计算管箱短节、封头厚度 244.8防冲板和导流简604.9支座614.9.1裙式支座结构特征614.9.1质量计算614.10 接管634.10.1接管的要求 634.10.2接管高度（伸出的高度）的确定 644.10.3接管位置最小尺寸 644.10.4接管尺寸 654

13、.11膨胀节 664.11.1膨胀节的作用664.11.2设置膨胀节的条件 665换热器的制造与检验要求665.1圆筒675.2管箱6853换热管685.4管板 685.5换热管与管板的连接695.6折流板 696总结697主要参考文献 70致谢语71回流冷凝器设计1概述使热量从蒸汽变为液体的设备称为冷凝器。它是一些工业部门大范围使用 的一种通用设备，例如化工、制药、机械等。在化工厂中，回流冷凝器主要与 釜式再沸器配合使用保证精馅塔内气体冷凝成的液体有足够的摩尔分率以满足 各行各业的需求。在工业生产中，回流冷凝器主要是利用地下水冷凝蒸汽，使蒸汽经冷凝后 变为液体，以满足化工行业的需要。此外，换

14、热设备也可以回收余热、废热特 别是低位热能的有效装置。例如，烟道气（约200300。（？）、高炉炉气（约 15009）、需要冷却的化学反应工艺气（300-1000C）等的余热，通过余热锅 炉可生产压力蒸汽，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗和电耗，提高工 业生产经济效益。1.1选题的依据和意义回流冷凝器是将热流气体冷凝为冷流体。改革开放以来，随着现代工业的 迅速发展，我国环境容量小，生态环境脆弱，资源相对短缺三大问题日益突出。 故在寻找新能源的同时,也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用 不但能节约能源、保护环境,而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、 石油、动力和原子能等工

15、业部门的广泛应用,使得换热器的强化传热技术一直以 来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。各种不同结构和种类的换热器 发展很快，新结构、新材料的换热器层出不穷。换热器既可是一种单独的设备, 如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭 工业中的余热回收装置等。同时日常生活中的暖通空调，北方冬天家里用暖气 等都需要提高能源利用率，这些都给换热器带来了日益广阔的发展前景。 设计具有很强的实际意义。1.2本设计的目的和要求首先査阅相关文献资料了解回流冷凝器的基本原理、性质及应用，在化工生 产中的地位和作用、回流冷凝器应用的现状和发展趋势、设计的理论基础、技 术路线及其意

16、义，对回流冷凝器设计有一个大体上的认识和理解。然后根据 工艺要求进行工艺流程计算，确定设备类型、结构，并完成设备工艺设计部分, 借助化工模拟软件完成。接着完成回流冷凝器结构设计与部分零部件选型，进 行设备强度校核，利用SW6软件包完成设备的强度计算，并以此计算结果作为 最终结果，完成设计计算说明书。最后利用计算绘图软件绘制设备的整套设计 图纸，撰写毕业设计说明书。毕业设计是在完成各项设计内容的基础上，按上述内容阐述设计的目的、过 程、成果及结论。在撰写设计说明书的过程中，理论依据要充分，数据要准确, 公式计算要正确，能将所学的知识和技能应用于毕业设计中。另外，要注意设 计说明书结构的合理性；总

17、体设计方案要正确合理；结构设计的合理性，设计 数据的准确性；社会调査的客观性和科学性。是否有自己独特的见解或者创新。另外，撰写设计说明书时要概念清楚，内容正确，结构严谨，文字通畅, 用语符合技术专业规范，各种标准资料的运用符合学科、专业国家标准的规定, 图表清楚，图面质量符合要求，书写格式规范。1.3国内外现状和发展趋势回流冷凝器是换热设备的一类，用以冷却流体。通常用水或空气为冷却剂 以除去热量，广泛用于化工，在精馅操作中和釜式再沸器一起使用，回流冷凝 器主要用于提供液相回流，直接影响到精憎塔的稳定操作工况与馅出液的产品 分率。我国出现了自主开发传热技术的新趋势，大量的强化传热元件推向市场,

18、国内外传热技术的代表作有折流杆换热器、新结构高效换热器、高效重沸器、 高效冷凝器、双壳程换热器、板壳式换热器、表面蒸发式空冷器等一大批优良 的换热器。现在换热器的研究及发展方向有：物性模拟研究；分析设计研究； 大型化及能耗研究；强化技术研究；新材料的研究；控制结垢与腐蚀的研究等。 随着计算机技术的发展，使得一些新型研究更为方便与快捷，使换热器更为安 全可靠，随着全球水资源的紧张，循环水将被新的冷却介质取代，循环将被新 型高效的空冷器所取代。2管壳式换热器的分类及选型2.1分类根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填 料函式和釜式重沸器五类。（1）固定管板式换热器固定管

19、板式换热器的典型结构如图2-1所示，管束连接在管板上，管板与 壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗 方便，管子损坏时易于堵管或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。这种换热器适用于壳 侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳 侧压力不高的场合。为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件(如膨胀节、挠性管板等)，来吸收热膨胀差。ar二二土厂了对pi8- 、:H=Haji11:?r护寸rE IT1T n - u戏一- 一：1x33图2-1固定管板式换热器(2) 浮头式换热器浮头

20、式换热器的典型结构如图2-2所示，两管板中只有一端与壳体固定, 另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。浮头有浮动管板、钩圈和浮头端盖组 成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而 不会产生热应力。浮头式换热器的特点是管间和管内淸洗方便，不会产生热应力；但其结构 复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖 在操作中无法检査，制造时对密封要求较高。适用于壳体和管束之间壁温差较 大或壳程介质易结垢的场合。(3) U形管式换热器U形管式换热器的典型结构如图2-3所示，这种换热器的结构特点是，只有 一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板

21、上，管子可以 自由伸缩。当壳体与U形换热管有温差时，不会产生热应力。由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大, 管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄漏损坏时， 只有管束外围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死， 而坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。结构比较简单、价格便宜，承压能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程 介质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板 式的场合。特别适用 于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。填料函式换热器的结构如图2-4、2-5所示，这种换热器的结构特点与浮头 式换热器相类似，浮头部

22、分露在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用 填料函式密封结构。由于采用填料函式密封结构，使得管束在壳体轴向可以自 由伸缩，不会产生壳壁与管壁热变形差而引起的热应力。其结构较浮头式换热 器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出, 管内、管间都能进行清洗，维修方便。因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MH/以下的工作环境， 且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性 限制。填料函式换热器现在已很少采用。图2-5填料函分流式换热器(5)釜式重沸器釜式重沸器的结构如图2-6所示，这种换热器的管束可以为浮头式、U形管 式和固定管板式结构

23、，所以它具有浮头式、U形管式换热器的特性。在结构上与 其他换热器不同之处在于壳体上部设置一个蒸发空间，蒸发空间的大小由产气 量和所要求的蒸气品质所决定。产气量大、蒸气品质要求高者蒸发空间大，否 则可以小些。此换热器与浮头式、u形管式换热器一样，清洗维修方便，可处理不清洁、2. 2任务安排1. 处理能力：30000吨/年正戊烷 8000kg4i地下水2. 设备形式：立式列管冷凝器3 操作条件(1)正戊烷：蒸汽温度51.7-C冷凝为饱和液体(2)冷却介质：地下水，入口温度259 (3)每年330夭计，每天24小时连续2. 3选择换热器的类型两流体在定性温度下的物性参数如下:物料温度密度粘度比热容导

24、热系数rkg/mA3Pa sKJ/ (kgC)W/ (m *C )正戊烷51.759618.0X10 $2.340.13地下水25994.880.0 X1054.1740.616A. 地下水入口温度为25CB. 由设计要求的正戊烷的流量：mh =30000 X 1000/330/24=3787.88kg/h= 1052.19g/sC已知51.7C时正戊烷的蒸发潜热r=347.5044KJ/kg热负荷为：Qh=叫 X r=3787.88x347.5044=1316287.88KJ/h=365635.52J/sD.地下水的出口温度：T2=Q/(M2xC)+T1 =1316287.88/8000x4

25、.174+25=28.94CE地下水的定性温度为tm= (25+2&94) /2 = 26.97*C两流体的温差Tm-tm=51.7-26.9750-C,选用固定管板式换热器F有效平均温度差：Tm= (51.7-25-51.7+2&94) /In (51.7-25) / (51.7-28.94) =24.67*C3换热器的工艺设计3. 1工艺计算3.1.1流径选择(1) 选择原则 不清洁或易结垢的流体宜走容易清洗的一侧。对于直管管束，宜走骨程； 对 于U形管管束，宜走壳程。 腐蚀性流体宜走管程，以免壳体和管束同时被腐蚀。 压力髙的流体宜走管程，以避免制造较厚的壳体。 为增大对流传热系数，需要提

26、高流速的流体宜走管程，因管程流通截面积一般比壳程小，且做成多管程也较容易。 两流体温差较大时，对于固定管板式换热器，宜将对流传热系数大的流体 走 壳程，以减少管壁与壳体的温差，减小热应力。 蒸气冷凝宜走壳程，以利于排出冷凝液。 需要冷却的流体宜选壳程，便于散热，以减少冷却剂用量。但温度很高的 流 体，其热能可以利用，宜选管程，以减少热损失。 黏度大或流量较小的流体宜走壳程，因有折流挡板的作用，在低儿下 （尺100）即可达到湍流。（2）选择流径正戊烷蒸汽相对比较洁净，选择正戊烷蒸汽走壳程，地下水走管程，既有 利于地下水水冷却效率高，也可借助外界温度加速地下水冷却。3.1.2确定物性参数由前面计算

27、可知，正戊烷的定性温度为51.7C,地下水水的定性温度为26. 97C.根据定性温度，分别査取正戊烷和水的有关物性参数，列表3-1如下：表3-1物性参数表物性壳程（正戊烷）管程（地下水）符号数据符号数据密度kglm3Ph596994.8比热容kj/CkgC)52. 344.174粘度九sPh1. 8x10 580x10-导热系数W/加C0.130. 616进口温度C51.7人25出口温度C51.7t2& 943.1.3传热平均温度差的计算根据间壁两侧流体温度沿传热面是否有变化，即是否有升高或降低，可将 传热分为恒温传热和变温传热两类。若间壁的一侧或两侧流体沿传热面的不同 位置温度不同，即流体从

28、进口到出口，温度有了变化，或是升高或是降低，这 种情况的传热称为变温传热。在变温传热中，沿传热面温度差是变化的，所以 在传热计算中需要求出传热过程的平均温度差O本设计就属于变温传热中两 侧变温传热的情况。根据两侧流体变温下的温度差变化情况，可分为逆流、并流、错流和折流。 在逆流(即冷、热两流体在传热面两侧流向相反)操作时，热流体和冷流体用 可以比并流操作时少，所以工程上多采用逆流操作，在本设计中先按逆流计算, 再校正。先求逆流时的传热平均温度差：绚二片_(2山2二,9= (28.94-25) /In(26. 7/22. 76) =24. 68C3.1.4计算传热面积根据热流体为低沸点矩类蒸汽冷

29、凝，冷流体为水，根据化工原理课程设 计有表3-2取传热系数K计=900W/(加$ .,表3-2管壳式换热器中K值的大致范围热流体冷流体传热系数K W/(m2-C)水水850 1700轻油水340-910重油水60-280气体水17 280水蒸汽冷凝水1420 4250水蒸汽冷凝气体30 300低沸点婭类蒸汽冷凝(常压)水455 1140高沸点炷类蒸汽冷凝(常压)水60 170水蒸汽冷凝水沸腾2000 4250水蒸汽冷凝轻油沸腾455 1020水蒸汽冷凝重油沸腾140425则有估算的传热面积：A = =365635.52/ (900x24.68) =16.46 m*3.1.5计算工艺结构尺寸(1

30、)管径和管内流速 管径选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过规定的流速范围。我国目前适用的管壳式换热器系列标准中仅有换热管规格为：25“”x2.5”。由于本设计估算传热面积较大所以本设计选用 025” x 2.5mm 规格。 管内流速流体在壳程或管程中的流速增大，不仅对流传热系数增大，也可减少杂质 沉积或结垢，但流体阻力也相应增大。故应选择适宜的流速，通常根据经验选 取。根据化工原理P174有，管壳式换热器常用流速的范围如表3-3和不同 黏度液体在列管换热器中的流速（在钢管中）如表3-4,取管内流速n =1.0m/s1530壳程0.2-1.50.5315表3-4不同黏度液体在列管换热器

31、中的流速（在钢管中）液体黏度ImPas最大流速液体黏度! mPa s最大流速/（）50000.6100 351.51000 -5000.7535 11.85001001.1 口澎直列X 向向图3-1排列方式正三角形排列对壳程空间的利用率优于正方形排列，相同的壳体内径可排 列更多的管子，但对壳程机械清洗的便利性不如后者，仅适用于秃程不需要清 洗的固定管板式换热器。本换热器流体的性质属于比较洁净和不易结垢，因 此采用正三角形排列。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。 如图3-2所示。图3-2管子在管板上的排列布管限定圆：在设计时要将管束限制在限定圆内。根据GB 151

32、-1999管壳 式换热器5. 6. 3. 3表13,对于固定管板式换热器，布管限定圆直径D厶为 %7-週（其中，仇为固定管板式或U形换热器最外层换热管外表面至壳体 内壁的最短距离，仇=0.25心，一般不小于8顾）,则2=400-2x0.25x25=387.5mm。管板上两换热管中心距离成为管心距。管心距取决于管板的强度、清洗管 子外表面时所需的空隙、管子在管板上的固定方法等。取管心距t = 1.25do,贝!I： t=l. 25x25=31.25,根据化工设备课程设计指导P103,如表3-5,取t=32mmo表3-5常用换热管中心距换热管外径d1012141619202225换热管中心距t13

33、1416192225262832换热管外径4,3032353845505557换热管中心距s3840444857647072根据化工设备课程设计指导P103,如表3-6,分程隔板槽两侧相邻管心距为：S”=44mm。表3-6分程隔板槽两侧相邻管心距二换热管外径心1012141619202225分程隔板槽两侧相邻管心距S”2830323538404244换热管外径心3032353845505557分程隔板槽两侧相邻管心距S”5052566068767880通过管束中心线的管数：,=1.19亦=：114宓=6.73 （根）取整为7根（4）壳体内径的确定采用多管程结构，壳体内径可按公式计算，如下D =

34、 1.05/一管板利用率。4管程往上，在0.6到0.8之间，取0.7D=l. 05x32x=240.96mm所以取整D取400mm管子规格：筒体公称直径DN：管程数N：管子根数n： 中心排管数：管程流通面积： 换热管长度L：计算换热面积A：因为壳体内径从400mm开始取025X2. 5mm400mm43270.0025 ma9m46m2（5）折流板在壳程管束中，一般都装有横向折流板，用以引导流体横向流过管束，增 加流体速度，以增强传热；同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用。管壳式换热器常用的折流板的形式有弓形和盘环形。在弓形折流板中，流 体在板间错流冲刷管子，而流经折流板弓形缺口时是顺

35、流经过管子后进入下一 板间，改变方向，流动中死区较少，比较优越，结构比较简单，一般标准换热 器中只采用这种。盘环形折流板制造不方便，流体在管束中为轴向流动，效率 较低。而且要求介质必须是清洁的，否则沉淀物将会沉积在圆环后面，使传热 面积失效，此外，如有惰性气体活溶解气体放出，是不能有效地从圆环上部排 出，所以一般用于压力比较高而又清洁的介质。因此，本设计采用单弓形折流 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. 25x400=100mm,折流板最小间距一般不小于圆筒内直径的1/5,取折流板间距B=120mm根据GB 151-1999管壳式换热器5. 9. 5.

36、3表42可知，换热管最大无支撑跨距为1500“，取第一块折流板距管子左端35伽“，最后一块折流板距管子右端350“，则折流板数N =9000-2x350120+1=70块，且折流板圆缺面水平装配。最低处留排出液口，避免了液体在壳体上部集聚和停滞，其结构如图3-3所示。(7)接管流速u的经验值可取： 对液体：u=0. 52m/s对蒸气：u=1050m/s对气体:u= (0.10.2) m/s 壳程进口接管取壳层进口接管内正戊烷蒸汽流速为u产lOm/s,正戊烷气体密度为 p = 3.585kg/ m3d=国二 37刃&=0.193m pmi v 3600x3.585xx10取热轧无缝钢管0219x

37、12mm 壳程出口接管取壳层出口接管内正戊烷液体流速为u=0. 5m/s,正戊烷液体密度为p = 596kg/ m3=0.067m區二 I 4x3787.88Vpmi _/ 3600x596x3.14x0.5取热轧无缝钢管076x4?？ 管程接管I4 x 8000V3600 x 994.8 x 3.14 x 0.5取管程内水的流速为u=0. 5m/s,水密度为p =994. 8kg/ms二0 075m取热轧无缝钢管089 x 4.5/tun3. 2换热器核算3. 2.1传热能力核算(I) 管程对流传热系数匕由管程流通截面积4土有，(3_1)4 nA=-d;L=O. 785x0.02x0.02x

38、32/4=0.0025m2!4 1 nVV由管程流体流速洛=一有， = =00023/0. 0025=0. 92m/sAA由雷诺数心=有,=如二().()2 ()勺4 x 99丄X 二23377. 810000,为湍流 “ 0.0008由普朗特数几=匚殳有Acp =匚生二 4.174x0.8/0.616=5.42“ Ac査化工原理可知可应用贝尔特关联式计算e，则e = 0.023车(心尸(凡尸(3-2)di=0. 023x0.616/0.02x23377. 8 8x5.4204=4354. 33W/ & C)(2) 壳程对流传热系数乙流体通过管间的流通截面积为：4,=叫1半(3-3)其中：B折

39、流板间距，为120mm；D壳体公称直径，为400mm；4, 一一管子外径，为25mm；I管子中心距，为32mm。4 = l-y j=0. 12x0.4x(1 -0.025/0.032)=0.009 m*壳程流体流速 Uo=Vo/Ao=3787.88/ (3600x596x0.009) =0.196m/s换热管呈正三角形排列，则当量直径：4(r -) 4x( x0.0322 -x0.0252)d厂一=2=0. 02m矶0.025由雷诺数心,=皱丛有，I1由普朗特数化=字有，Pril =5也=2. 34x0.18/0.13=3.244由于180012979. 56,査化工原理P137可以应用壳程蒸

40、汽在垂直管外 膜状冷凝时的对流传热系数关联式计算,即4)= 0.0077(竺匚)了册(3-4)代入数据得：勺二0.0077 x( gx9.Xx().13_ )5 x 979 .56 =1927. 02W/ (m2 C) 0.000182(3) 计算总传热系数心(3-5)其中：弘q一壳程、管程对流传热系数，W/(,.oc)；Um一一换热管外径、内径和内外径平均值，叽d,”为0. 0225mm；R“,R“,一一管内侧、外侧污垢热阻，加2.c/w,均取为.7x0m2-C/W ；d换热管壁厚，为0. 0025mm；2碳钢导热系数，取45W/5八。C)。11927.0225+ 0.000I7 + 0.0

41、0017x +20 4354.33x200.0025x0.02545x0.0225=769. 23 VV/(nr-C)a选用该换热器时要求过程总传热系数K订=900W/(亦疋),在换热任务所 规定的流动条件下计算K=769. 23 W/(,-C)=900/769. 23=1. 17在15-1.25之间，所以合理。(4) 计算传热面积SS= -=365635. 52/(769. 23x24.68)=19.26m2 K实际传热面积：Sp =加/JN =3.14x0.025x9x32=22.61 m2面积裕度：H =xl00% = (22. 61-19. 26)/19. 26=17. 39%S传热面

42、积裕度在15%-20%之间，该换热器能够完成任务。3. 2. 2壁温核算由于换热管内侧污垢热阻校大，会使换热管壁温升高，降低了换热管和壳 体的壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较 大。计算中应按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热 管壁温，有其中：t.= (25+28.94) /2 = 26.97*CTb=51. rea产4354. 33W/ (m2 C), a(严1927. 02W/ (m2 C)传热管平均壁温:IT 丄丄 51.726.97九 .宀再刃顾严=34. 56X+ +q 兔 4354.331927.02壳体壁温可近似取为壳程流体的平均

43、温度，即T=51. 7C壳体壁温和换热管壁温之差为：/=51. 7-34. 56=17.14C由于换热器壳程流体的温差很小，壳程压力不高，因此，选用固定管板式 换热器较为适宜。3. 2. 3换热器内流体的流动阻力取设计压力为1. 6MPa（1）管程流动阻力其中：纠直管中因摩擦阻力引起的压力降，工乂 =（纸+城）疗的M（3-7）其中：纠一直管中因摩擦阻力引起的压力降，北=&丄匹；10000 ,为湍流“ 0.0008设管壁粗糙度g = = 11 = 0.005心 20由化工原理兄-心关系图査得兄= 0.037 ,代入计算式5 o 1 兄 a “r 9994.8x0.922 -nnn nAP一=0.

44、 037xx=7009.64 Pa1c dl 20.022 对于的计算：=3x994.8x0.92x0.92/2=1263.00 Pa 对于工用的计算:工乂 = (A +AP1)FlNi.)Ns = (7009.64+1263.00)x1.4x4=52944.90 Pa(2) 壳程压强降校核工乂,=(虫 + ) F, Nx(3-8)其中：纠_流体横过管束的压力降，Pa,、P；=現几.(心+1)警;血流体横过折流挡板缺口的压力降，P(l,只=叫(3.5-竺)沁1；2 D 2耳结垢校正因数，无因次，液体取1.15； N,一一壳程数，为1。 对于”的计算(3-9)胡诃人(心+1)冬其中：F一一管子排

45、列方式对压力降的校正系数：换热器列管呈三角形排 列，取F = 0.5；一一壳程流体的摩擦系数，f0 =5.0xRe/8(Re500)；代一一横过管束中心线的管束，为7根;B折流板间距，为120mm；D壳体直径，为400mm；Nr折流板数目，为71块;化按壳程流通截面积SoSo=h(D-ned(t)计算的流速，讪s。 壳程的流通截面积：SoSo=h(D-ncdo)=0.12(0. 4-7x0.025)=0.027 m1Uo=Vo/Ao=3787.88/ (3600x596x0.0027) =0.654m/s&=如迢=().()25x().654x596 =54136.67 儿0.00018=0.

46、5x0.417x7x (71+1) x596x0.6542/2=13393. 94 Pa 对于并的计算P； = NQ5 马穿(3-10)= 71x(3.5-2x120400)x596 x 0.65422=26243. 88 Pa 对于工乂的计算工化=(就+幌)仇=(13393. 94+26243. 88) x1.15x1 =45583. 49 Pa计算表明：管程压强降为52944.90甩；壳程压强降为45583. 49皿, 都小于1.6MP。综上所知，管程和壳程压强降均能满足题设要求。3. 3换热器主要结构尺寸和计算结果表3-7换热器主要结构尺寸和计算结果换热器形式：立式固定管板式换热面积22

47、.61名称物料名称操作温度AC 流量Kkglh)管程地下水25/28.9480000壳程 正戊烷51. 7/51. 73787.88流体密度/(kg/m3)994.8596流速/(?/s)0. 920. 196传热量K/71316287.88总传热系数/(W/K)769. 23传热系数/(W/.K)4354. 331927. 02污垢系数/S&K/W)0. 00017阻力降/Pg52944.9045583. 49程数41管子规格025x2.5mm材质 碳钢管数32管长9000 mm管间距/枷32排列方式正二角形折流板形式上下间距/ 曲120切口高度25%折流板数71壳体内径/400管程进出口接

48、管089x4.5壳程进口接管壳程出口接管0219x12”076x4“4换热器的机械设计4.1计算筒体厚度由工艺条件给定的进出口温度，选择设计温度为65。(?，设计压力1.6MP 介质为正戊烷和地下水，考虑轻微腐蚀。4.1.1筒体材料的选择在进行换热器设计时，换热器各种零、部件的材料，应根据设备的操作压 力、操作温度、流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。 最后，还要考虑材料的经济合理性。由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本、使用条件等的考虑，根据GB 713-2008锅炉和压力容器 用钢板选择Q345R为壳体的材料。Q345R是低碳低合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，其强度、 韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢，同时采用低合 金钢可以减少容器的厚度，减轻重量，节约钢材。4.1.2筒体厚度(1) 确定计算参数由前面计算可知，壳体内径2=400,计算压力Pc=P = .hMPa.假设厚度为616“，设计温度取为65C,査GB 15