甲苯管壳式换热器的设计

1、化工设备的选择与设计设计题目-33.某一焦化厂需要将甲苯液体从 80c冷却到45C,甲苯处理量为20000kg/h,冷却介质 采用20c的工艺循环水，要求冷却水出口温度不高于30C,甲苯与水的操作压力都在0.40.6MPa。要求换热器的管程和壳程压降不大于 0.2 MPa,设计管壳型换热器。甲苯管壳式换热器的设计一、列管式换热器的设计二、设计任务1 .处理能力：20000kg/h甲苯2 .设备形式：初步确定用水平列管式冷凝器三、操作条件1 .甲苯：冷凝温度80C,冷凝液于温度45c下离开冷凝器；2 .冷却介质：水，入口温度 20C,出口温度30c3 .允许压降：不大于0.2 MPa；4 .每年

2、按300天，每天按24小时连续运行。四、设计要求选择适宜的列管式换热器并进行核算。甲苯水平管壳式换热器的设计一一工艺计算书(标准系列)1 .确定流体流动空间冷却水走管程，便于水垢清洗；甲苯走壳程，有利于甲苯的散热和冷凝。选用 625><2.5mm的碳钢管，管内流速0.94m/s2 .计算流体的定性温度，确定流体的物性数据甲苯的定性温度为Tm =(80 45)/2 =62.5 C水的定性温度为 幻=(20+30) /2=25C其中入口温度为1,=20七，出口温度为t2=30七两流体在定性温度下的物性数据如下您性流体-温度C密度kg/m3粘度Pa - s比热容kJ/(kg -C)导热系

3、数W/(m . C)甲苯658860.0004451.910.1273水259970.000902754.1790.609甲苯物性参数来源网址：水物性参数来源网址：http:/wenku.baidu.eom/view/a7b7e051ad02de80d4d840fb.html?from=rec&pos=4&weight=18&lastweight=18&count=5五.计算总传热系数1 .计算热负荷根据热量衡算有：Qo =moCpo. ：T =20000 1.91 1000 (80 一45)3600 = 371389W2 .冷却水用量所以冷却7K的用量 mi

4、二 Q 二 371389 3600=31993kg/hci(t2 -t1)4.179 1000 (30- 20)两流体的温差Tm -tm =62.5-25=37.5°C<50oC ,不需要热补偿。3 .计算平均传热温度差.力2 -士.也-11(80-45) - (30 - 20)1 80-45 ln30 -20= 19.96 C8R=30二型=0.17P= 80二个=3.5 按单壳程，多管程结构，温差校正系数查80 -2030 -20有关图表，可得巾=0.94 tm=巾 &'m=0.94X 19.96=18.76 C4 .选取经验彳热系数K值根据管程走水,壳程走

5、甲苯，总传热系数K=430 850W/m 2 . P ,现暂取5 .估算换热面积S=号二度8976 W26 .初选换热器规格单程管数为:=31根4 319933600 0.94 3.14 0.02 0.02 997单程管长为:32.9931 3.14 0.025=13.56 m选定换热器管长l=6m,则管程数Np为:Np= 1356 =2.26 ,取管程 Np=4,则总管数为：m=4X31=124根 6根据S=32.99m2,m=124根，Np=4,查表4-1,选用G-500-4-25-70列管换热器,其实 际传热面积为70.5m2,有关参数如下：公称直径 Dn500mm公称压力Pn2.5X

6、106Pa传热回积S70/70.5管程数Np4管数m：152管长l6m管子规格25 x2.5mm管心距32mm管子排列方式：正三角形换热器的实际换热面积 So =n：d0 L -0.1 =124 3.14 0.025 6-0.1 = 57.43m2该换热器所要求的总传热系数 K =Q =371389= 344.71W/m2 . CSo."：tm57.43 18.767 .核算总传热系数Ko(1)计算管程对流传热系数 5一 319933Vi = mi / ; i = = 0.0089m /s3600 997Ai 2= 0.0097mVi0.0089= 0.92m/s0.0097Reid

7、u *0.020 0.92 997i0.0009025= 20327 a 10000 (湍流)c cpi iPri 二4.179 103 0.00090275 =6.19,i0.609i 0.80.4=0.023Rei Pridi= 0.0230.6090.02020327 0.8 6.19 04 =4059W./(m2 C)(2)计算壳程对流传热系数«o壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用凯恩公式0.551/3/ 、0.14% =0.36 Reo Pr () dew当量直径，由正三角形排列得 AA.3 2 二 2. 32 二 24( t2 - d2)4(0.0322 - 0.02

8、52)de = 24= 24 = 0.020m二do3.14 0.025壳程流通截面积So = BD (1 -")=0.2 父0.4 父(1 -0025) =0.0175m t0.032壳程流体流速及其雷诺数分别为20000/3600Uo0.3583m / s0.0175 886Re。=0.02 0.3583 886=142680.000445普兰特准数_ 3_ _ _ _c 1.91 100.000445 cPr =二6.70.1273LL粘度校正()0.14 =0.95二w0.1273o二。二0.36 142686.70.95 =866.6W / m20.02(3)确定污垢热阻R

9、si =1.74 10/m2 C/WRso =1.7197 104m2 C/W(4)总传热系数KRi 强.也 Rs。Idi dm：o0.0254059 0.0202=523W / m20.0250.0025 0.0250.000174 0.000171970.02045 0.02251866.6所选换热器的安全系数为523 344.71344.71表明该换热器的传热面积裕度符合要求。(5)计算管程压降管程流动阻力.A Pi=( A P1+ A P2)FtNsNpNs=1, Np=4, Ft=1.410000 =51.7%由Re=20327,传热管相对粗糙度 0.1/20= 0.005,查莫狄图

10、得入i 流速 ui = 0.92m/s, p =997kg/m3,所以= 0.035W/m C,c 6997 0.92 0.92P =0.035 二4430Pa0.02P2 =3997 0.92%百合'Pi =(4430 1266) 1.4 4 = 31897.6 Pa< 200000Pa管程压力降在允许范围之内壳程压力降_ . _' _ R =( R：P2) FtNsNs =1, Ft =1.15流体流经管束的阻力管子按正三角形排列F=0.5nc=1.1 . n =1.1 . 124 13取折流挡板间距h=0.15mNB=L/h-1=6/0.15-1=39壳程流通面积

11、Ao=h(D- ncdo)=0.15(0.5-13X 0.025)=0.02625音200003600 886 0.02625=0.24 m/s= 11946 >5000.025 0.24 886Re 二0.000445'pifoncw rF =0.5fo =5 11946 0228 =0.59nc =13,Nb =39_2. R =0.5 0.59 13 (39 1)886 0.2=2718.2Pa2流体流过折流板缺口的阻力h =0.15m, D =0.5m， ，住二Nb(3.5 -2h)=39 (3.5 2_22 0.15、886 0.22)=2004.1 Pa0.52'、Po = (2718.2 2004.1) 1.15 = 5430.6 Pa < 200000Pa壳程压力降也比较适宜。由此可知，所选换热器是合适的换热器的主要结构尺寸和计算结果见表参数管 程壳 程物料名称循环水甲苯流率/ (kg/h)3199320000进/出温度/C20/3080/45换热器结构参数换热器类型固定管板式壳体内径/mm500壳程数1管径/mm625X 2.5管心距/mm32管长/mm6000管子排列正三角形管数目/根1524传热回积/m2