08界化工原理设计管壳式换热器设计

1、化工原理设计管壳式换热器选型XX083 XX 1008XXXX2010.12前言管壳式换热器是一种通用的标准换热设备。它的结构简单、坚固 耐用、造价低廉、用材广泛、清洁方便、适应性强等优点，在各种工 业领域得到了广泛的应用。但对于其型号的选择是非常讲究的，选择的好坏会直接影响到生 产过程中的效率以及能源消耗等方面。可以说对于一种换热过程都会 对应着一个换热器的型号。而其中的影响因素也有好多方面，如换热 流体的物性、所需变温大小、换热的目的等等。其中涉及到了很多参 数，并需要很多公式或经验式去进行处理，从而才能得到较为适合的 换热器的型号。由于其较为复杂的计算过程，因此在本次设计的过程中使用了

2、mat lab软件。这是一款出色的数学软件，通过编写程序，可以大大 减少计算量。从而达到输入参数就可得到计算结果的目的。而在设计中，各种因素的考虑也是非常重要的，如为换热器的面 积裕度、离心泵是否会气蚀等等。总之，化工设计需要的不仅仅是智慧与经验，耐心与精益求精的 精神也是必不可少的。作者目录 TOC o 1-5 h z 设计说明1计算结果明细表2计算过程3符号说明6参考文献6.附录7设计任务一、课题：管壳式换热器选型二、工艺要求：要求将温度为78C的某液态有机物冷却至60C,此有机物的流量为 59kg/so现拟用温度为t】=23C的冷水进行冷却。要求换热器管壳两侧的压降 皆不应超过O.IMP

3、ao己知有机物在69C时的物性数据如下：p =997Kg/m3p =0.6mPa sCp=2.22KJ/Kg CA =0.16W/m C三、流程：管路布置如图（参考图），己知泵进口段管长L沸=5米，泵出口段管长KtL出=15米，（均不包括局部阻力损失）。四、要求：选用一个合适的换热器合理安排管路选用一台合适的离心泵一、设计说明本设计使用了固定管板式的管壳式换热器。有机液体走管壳，冷却剂为 水走管程。换热器型号的选择如下：32AEL 600 pt 72 - IH 19 1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/n?换热管长度 L/mm换热面枳 /m26

4、002.52416230.0368300072使用铜管，并采用正三角形排列，管径019 X 2mm,管心距25mm。使用 25%圆缺形挡板，挡板间距0. 6m,挡板数为4。管程的出口水温选取为37C,因此管内的等效温度为30C。依据管路流量与压头的需要选择了 IS150-125-250型离心泵，参数见附录。并根据这个换热器设计了管路，在管路中还使用了 2个弯头、1个闸阀、 1个孔板流量计和无缝钢管(0146 X 5.5mm, e = 0.25mm)。管路流程图如下：其中水面与换热器的垂直距离为8米，换热器出口处的表压为20KPa, 泵前直管长5米，高1米，泵后直管长15米。通过计算，可以得到所

5、选择的换热器，在给定的有机液体流量以及所选 水流量下，可以满足换热降温的要求，并有约20%的换热面积裕度。而选择 的离心泵在所选的管径以及水流量下可以正常工作，最大可安装高度大于所 选择的高度。管中的流速为2.79m/s在经济流速范围，所以管路的安排也合 理。二、计算结果明细表传热系数K1029W/(m2 - C)计算传热面积A计60.00m2AA计1.2000如38.9 7C管程压降AR0.0152MPa管壳压降APs0.0097MPa管程平均流速Ujl.lm/s管壳平均流速u00.68m/s管程给热系数御5259W/(m2 - C)管壳给热系数a。1476W/(m2 - C)热负荷Q235

6、7640W/S对数温差修正系数（P0.98离心泵压头He13.8588m管路流量Qv144m3/h管路中流速U2.79m/s泵最大安装高度Hg3.49m三、计算过程热负荷Q = qmlcpl(Ti - T2)=59 X 2220 X (78 - 60) = 2357640W/S水所需质量流速为qm2 =摆言* = 40kg/sLp2li2 LjJ对数平均温差21如-（览2）-（T2T】）_（78-37）-（60-23）血七)(T2ti)(78-37)Ul(60-23)=38.97C1.29_ Ti-T2 _ 78 - 60t2 ti 37 23to1137 230.25p = =- h 78

7、- 23 查图表得p = 0.98 管程流速 V =滑=0.036*995.7 = llm/S管程压降的计算：管程内径为 dn = 0.019 一 0.002 X2 = 0.015 m管程雷诺数 Rq =虹旦=1S：；995.7=205571 P20.0008管道为铜管取0.01mm, 4= 0 0007 dn迭代计算得入=0.0269因为使用正三角型排列，所以ft = 1.5995.7 X 1.12只=(入：+ 3)3专= cln / Z30.0269而讶+ 3)X 1.5 X 2=1.52 X 104Pa O.IMPa管壳压降的计算：因为采用正三角形排列，所以当量直径为:=0.0173m4

8、(亨 P 一 成)4(亨 0.0252 ().0152)7id0n X 0.015最大截流面积为：A* = BD (1 一 牛)管壳平均流速也=渭=997 x 0.0864 = 6849m/s deuopi 0.0173 X 1.1 X 997 一H = 196570.019=0.6 X 0.6 X (1 三；I = 0.0864m20.025Hi590.0006f0 = 5Reo0228 = 0.5249F = 05 fs = 1.15Ps= FfoNTc(NB + 1) + Nb/2 X 0.6=0.5 X 0.5249 X 23 X (4 + 1) + 8(3.5 JI X 1.15 9

9、97 X 0.682X= 9.73xl03Pa 2000a0 = 0.36Reg 55Pr(A1Pw2V】c匚匚10.16)2 ： = 0.36 X 19657 55 x 8.3253 x 0.95 X - 7 de0.0173=1475.9 W/(m2-C)换热器传热系数计算通过查阅文献，水的污垢系数取3.4X105w/(n】2.oc),有机液体的污垢系 数取2.6 X 10-5W/(m2 - C),铜管的传热系数为入铜=45.4W/(m2 - C)1151K= (a0-1 + a1-1 + R + )x人铜=(1475.9一1 + 5258.8T + 3.4 X 105 + 2.6 X 1

10、050.002 19+ 和7)=129可/(。】2.。0计算传热面积:2357640Q- 2计=而商=1029 x 38.97 x 0.98 = 60 0mA-=1.2 G (1.15,1.25)A计管路计算管路中的局部有关参数如下表:弯头流量计闸阀当量长度le/m/0.3局部阻力系数了0.750.8/计算管路系数k:qm 40qv 0.04u =诚=.x 0.135 = 2.79m/s4dup 0.1 X 2.79 X 995.7匚Re = = 一emcees一 = 4.02 X 10su 0.00093580.000250.135=0.0019迭代求得入m = 0.01598(螂+0n2d

11、4g/0.0159X20.30J35+ 0.75 X 2 + 0.8)tt20.13549.81=1.42 X 103(m3/s)管路压降:P花Ap (20 + 30.5) X 103=h + = 8 + cc”= 11.59mpg pg995.7 X 9.81所需压头:Ap.He = 一- + kqv2 = 13.16 + 1420 X 0.042 = 13.8588m Pg在所选离心泵工作压头之内，因此操作时只需调整闸阀至流量达到144m3/h 即可。检验是否有气蚀:Aml u2 0.0159 X 5 2.792Hg =Xy=奇一x = 3.1mPo PvHg =- (NPSH)r + 0.5Pg Pg1013252809.5=cc” cs - cc” E - 3.1 3 + 0.5 = 3.49m 1995.7 X 9.81 995.7 X 9.81 L 所以，在设计条件下工作，离心泵不会发生气蚀。四、符号说明符号意义符号意义符号意义P密度黏度CP比热容入热导率qm质量流速Ti有机物流入 温度T2有机物流出 温度0水流入温 度2水流出温 度R