甲苯式列管换热器设计流程

1、甲苯式列管换热器设计流程换热器是进行热交换操作的通用工艺设备，广泛应用于化工、石油、 石油化工、动力、冶金等工业部门，特别是在石油炼制和化学加工装 置中，占有重要地位。换热器的操作技术培训在整个操作培训中尤为 重要。本单元设计采用列管式换热器。将来自界外的冷物流由泵送至换 热器的壳程被流经管程的热物流加热至指定温度。 冷物流流量由自动 控制阀控制。来自另一设备的高温物流经泵送至换热器与经冷物流进 行热交换，热物流出口温度由自动控制阀，控制在指定温度。某厂用循环冷却水甲苯从 80°冷却到50° C,甲苯年处理能力为 18000t/a,压力为6.5MPa,循环冷却水的入口温度为

2、 25° C,出 口温度为35° C,要求冷凝器允许压降不大于 500000Pa试设计 一台管壳式卧式换热器完成该生产任务。每年按330天计算，每 天按24小时连续运行。流体定性温密度/粘度/ s比热容热导率度/°(kg/mmPa C3甲苯658660.4451.91kJ ) K0.1273Wm.k/(循环冷30994.30.7424.174kJ(kg °0.624w/却水C)(m. ° C设计要求(1) 换热器工艺设计计算(2) 换热器工艺流程图(3) 换热器设备结构图(4) 设计说明目录一、标题页 3二、 方案设计4三、确定设计方案4四、确

3、定物性数据4五、 计算总传热系数4六、计算传热面积5八、换热器核算7九换热器主要结构参数和设计结果一览表10十、对本设计的评价11十一、自设计使用该换热器的工艺流程图12 12十二、参考文献、方案设计某厂在生产过程中，需将甲苯从80C冷却到50C。甲苯年处理能力为18000t/a。 压力为6.5Mpa，冷却水入口温度25°C，出口温度35°C。要求冷凝器压降不大于 500KP&试设计能完成上述任务的管壳式换热器。三、确定设计方案(1 )选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度 80C，出口温度50C冷流体。冷流体进 口温度25C，出口温度35C。由于管壁与

4、壳壁的温差低于 60C70C ，而且考虑到制作简单便宜，因此采用 逆流，初步确定选用固定管板式换热器。(2)流动空间及流速的确定 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷却水走管程，硝基苯走壳程。另外，这样的 选择可以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热， 提高冷却效果。 同时，在此选择 逆流。选用25X 2mm的碳钢管，管内流速取ui=0.94m/ s。四、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。甲苯的定性温度为：T= ( 80+50)/ 2=65 C冷却水的定性温度为：t= ( 25+35)/2=30C根据定性温度，由已知图表数据提供可得： 甲苯在70C下的有关物性数据如下：3 p =886

5、kg/m 密度 。比热容c=1.91kJ/(kg - C) p。热导率 入=0.1273 W/(m - C ) o 粘度卩=0.000445Pa - s。冷却水在30C下的物性数据：3 =994.3kg/m p 密度i定压比热容 c=4.174kJ/(kg - C) m热导率 入 =0.624 W/(m - C ) i 粘度卩=0.000742 Pa - s i五计算总传热系数)热流量(1由甲苯的年处理能力18000t/a可知：甲苯的流量为18000000/( 330X 24 ) =2272.73 kg/h Q=Lc t=2272.73X 1910X (80-50)/3600 =36174.2

6、4kW 1op1 3600=6818.18kJ/h36174.24/1910(X tq= QcA (2)冷却水用量 2=m2p2o/平均传热 温差C =34.03 ) 2550 /In ( 80-35 )/( 2580-353) Tm= ()-( 50) )初算传热面积(42 . oCW/m查表可得：假设K=600A=Q/( KA Tm ) =1.772m2 取安全系数 1.3, A=2.3 m25、工艺结构尺寸)管径和管内流速及管长1 (.N，则需要管字数为),管长取2m选用25X2mm传热管(碳钢(根)=15dl) =2.3/( 3.14X 0.025X 2/ ( N=A n (根)为了便

7、于铺管，一般取管程的倍数， 即 N=163)平均传热温差校正及壳程数(平均传热温差校正系数 60 14080 6 R _10 30401 3040 P11 30140按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得 平均传热温差C 572.14 70.7 t t 0.9807 mtm(4)传热管排列和分程方法取管即每程内均按正三角形排列，采用组合排列法，隔板两侧采用正方 形排列。心距 t=1.25 d，则 019=25(mm)t=1.25X隔板中心到离其最近一排管中心距离按式，计算2+6=18.5mmZ=t十37mm各程相邻管的管心距为横过管束中心线的管数根10.117 N 1.186 c

8、 ( 5)壳体内径n= 0.7,则壳体内径为 采用多管程结构，取管板利用率 86Nmm 251.05t291 1.05D 7.0 325mm圆整可取 D =)折流板6 (%，则切去的圆缺高25采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的82 mm。=X325= 81.25mm,故可取 h =度为 h0.25。97.5mm=,可取 B 为 1000.3D 取折流 板间距B=,贝U B = 0.3X 325)块-1=2000/100-仁19(=传热管长浙流板间距折流 板数Nb折流板圆缺面水平装配。(7)接管，则接管内径为=1.0 m/s壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为U4V4 1000

9、0 (/3600 1097.58)m05678d0.1 3 u.14 1.0圆整后可取管内径为60mm，则接管内径为2 m/s= u管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速).3 (/3600 9944 25590m. d0675 0 2214 3.70mm圆整后可取管内径为.换热器核算6 )热量核算(1对圆缺形折流板，可采用凯恩公式壳程对流传热系数55.014./310)Pr36 0. (Re 。dwe当量直径，由正三角形排列得332222).019 0)44( 0.025dt。2424 md .0173 0e d3.14 0.019。壳程流通截面积d19° m0078 0. ( B

10、D (11 ) 100 325S°t25壳程流体流速及其雷诺数分别为10000 (/3600 1097.58) u 0.324m/s。0.00780.324 0.10173 1097.58Re 12000。0.00051 普兰特准数p=6.4490.14 粘度校正 1() 一 wO.138o.551/320. T) 36 1 936W ( 14300/49 6.4m。01730.管程对流传热系数ReO .023P 一 idi管程流通截面积22m.007590286. . S07850015 / i 管程流体流速25590 (/3600 994.3)0.942m/su 007590.3

11、.942 0. 9940.01518934 Re 200742.0 普兰特准数3 0.0007424.174 10Pr 4.9 0.624 0.624.80.42 m°C)4795 4.96W. 0023 18934/( 0.015传热系数 K1 K ddbd1 ooo + R+ RHsoiddd oiimi 11019.002 00190.0190.0. + 000176 + 0. + 0.000344 + 93601692 0.0150.0154504795 2C) m / 509W (传热面积SQ296700” m.10 S 8K t509 72.14m该换热器的实际传热面积S

12、p2 .3m 102 86 3.140.019 S dlN op该换热器的面积裕度为''10S.3 1.267S8.10传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。)换热器内流体的压力降(2 管程流动阻力Pi=( P+A P)FtNsNp 21 Ns=1, Np=2, Ft=1.522 u ul P P,i12d22 由 Re= 18934,传热管相对粗糙度 0.01/15=0.0067,查莫狄图得入i = 0.0028W/m C,流速 u ，所以 994 .3kg/m3=p, 0.942m/s=2942.3 02994. P 0.0281.647kPa10.01522942.

13、3 0994. P 31.32kPa 红 Pa av 40kP 1.4 2 8.3kP2(1.647 1.3) i管程压力降在允许范围之内。 壳程压力降”)FtNs PP ( P 2o1 5.1 1 1,FtNs 流体流经管束的阻力 2 u 'o) 1Ffn(N PBoc1 250.F 2280. 120005 fon 11,N 19,u 0.324偸23240.58 1097'Pak3.45319 1) 5 P 0.5 11 (12流体流过折流板缺口的阻力2 uh2'o) .5P N(32B2Dm.3,D 0h 0.082m2 2u h2082197.58 0.324

14、 20.'o ( 3.5)3 P N(.51977 ) 3.1kPaB22.3D20 a1 .15 kP4027.6v 1) .1 .4 (总压力降P353377 o壳程压力降也比较适宜。三、设计结果一览表 换热器形式：固定管板式2：10.3换热面积（）m工艺参 数壳程管程名称硝基苯冷却水物料名称Pa 未知未知操作压力，140/80 30/40 操作温度，C 1000025590kg/h流量994.31097.58 流体密度 kg/0.3240.942 流速 m/s296.7传热量kW509总传热系数 W/- 936C 4795传热系数 W0.000176/W- 0.000344 污垢系数 7.648.3 阻力降 kPa12程碳碳推荐使用材管mm:2000管86管子规1