化工原理课程设计-列管式换热器设计汇总行业资料

计指南[M].北京：化学工业出版社，1995.[9]贺匡国计指南[M].北京：化学工业出版社，1995.[9]贺匡国.压力容器分析设计基础[M].北京：机械工0.[2]郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计[M].北京：化学工业出版,2010.[3]付家新，王任务与条件结构设（15）（16）（17）某生产过程中，反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却MPa循环冷却水的压力为0.4MPa循环冷却水的入口温度为29E，出口温度为39C，试设计一台列管式课程设计课程名称题目名称专业班级学生姓名指导教师化工原理课程设计列管式换热器设计赵大庆O一二年十二月二十八日SMEPress,2001.Vffl[11]MaanH.Jawad.Designofplateand密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，04321614.960.024.965502w/m2K(3)污垢热阻取:管外侧污垢热阻管内侧污垢热流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50C以设概SMEPress,2001.Vffl[11]MaanH.Jawad.Designofplateand密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，04321614.960.024.965502w/m2K(3)污垢热阻取:管外侧污垢热阻管内侧污垢热流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50C以设概述与确定定算)计设简方1化工原理课程设计任务2介………3案………排………算6（8）计物传性热6)))m各程相邻管的管心距为44伽。见【化学工业出版社《传热应用技术》1:P8m各程相邻管的管心距为44伽。见【化学工业出版社《传热应用技术》1:P8表1-21管程数的确定，每程一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温25=31.25"32mm管束最外层管子的中心与壳体内表面的距离：S=a/2+6=32/2+6=22沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。间壁式换热器又称表面（10）（13）8设计任务与条件（15）（17）某生产过程中，反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110C进一步冷却至60C之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混合气体的流量为结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。这使缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。I计指南[M].结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。这使缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。I计指南[M].北京：化学工业出版社，1995.[9]贺匡国.压力容器分析设计基础[M].北京：机械工04321614.960.024.965502w/m2K(3)污垢热阻取:管外侧污垢热阻管内侧污垢热口温度为39C，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。经查得混合气体在85C下有关循环水在34C下的物性数据：定压比热容热导率粘度C1=0.624w/m*K04kg/h，压力为6.9Mpa。循环冷却水的压力为0.4Mpa,04kg/h，压力为6.9Mpa。循环冷却水的压力为0.4Mpa,循环水的入口温度为29E，出口温度双管程结构，查【国防工业出版社《化工原理》（第二版）1:图4-25(a)得:0.96t平均传热温差由/s.332161PrP0.0234.1741030.7421030.6240.624小小几-08.系数，无量纲；d—管径，mD——换热器外壳内径，mf摩擦系数；F系数；h圆缺高度，mK总传热系数，W设计说明书概述与设计方案简介换热器的类型要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50C以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。)=68.1m2考虑10%~20安全系数A=A1X1.1=74.8m2)=68.1m2考虑10%~20安全系数A=A1X1.1=74.8m2六、工艺结构尺寸1管径和管内流.........................10主要符号说明.................05Pa*s1=994.3k’g/c=4.174kJ/kg*K=0.624w/m*K10.742X1双管程结构，查【国防工业出版社《化工原理》（第二版）1:图4-25(a)得:0.96t平均传热温差由直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。此类换热器结应性强及处理能力大等。这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体内。因以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使速选用①25X2.5传热管（碳钢），取管内流速u1=1.2m/s。速选用①25X2.5传热管（碳钢），取管内流速u1=1.2m/s。2管程数和传热管数可依据传热管内径一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板,密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方3.浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在，Pa；因数；Pr普兰特准数；，Pa；因数；Pr普兰特准数；11.主要符号说明q---热通量，W/m2Q传热速率，Wr半径，m；气0.51.1925TCT0534-N19u2.5m/s0.5X0.2419X36X(19+1)X90温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=85C。壳体壁温和传热管壁温之差为t853946Co该温差较04321614.960.024.965502w/m2K(3)污垢热阻取:管外侧污垢热阻管内侧污垢热填料函式换热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器图14料圉式换热甜I一祐型着輕2—J—4—料由5—蚁向删雄反应器的混合气体列管式换热器设计工业出版社,2002.⑹黄嘉琥.压力容器材料实用手册[M].北京：化学工业出版社，工业出版社,2002.⑹黄嘉琥.压力容器材料实用手册[M].北京：化学工业出版社，1997.[7]黄沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。间壁式换热器又称表面......7换热器核算......................................度:【化学工业出版社《传热应用技计算传热面积Ac:AQ-Kt6430103419.93m22330413反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110C进一步冷却至60C管式换热器，完成该生产任务。列管式换热器工艺设计低，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。应使循环水走管程，混和气体走壳程。故壳程混和气体的定性温度为T=11060=85r2管程流体的定性温度为2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给0.[2]郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计[M].式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给0.[2]郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计[M].北京：化学工业出版,2010.[3]付家新，王MPa循环冷却水的压力为0.4MPa循环冷却水的入口温度为29E，出口温度为39C，试设计一台列管式缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。I热导率粘度循环水在34C下的物性数据:定压比热容热导率粘度=0.0279w/m*T1=0.624w/m*K1三、计算热负荷和载热体用量QFCM匕XX四、按逆流初算传热平均温度差m1=五、初选传热系数和计算传热面积1.由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值假设K=320W/(m2k)考虑10%~20安全系数A=A1X1.1=74.8m2六、工艺结构尺寸、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再..................................................双管程结构，查【国防工业出版社《化工原理》（第二版）1:图4-25(a)得:0.96t平均传热温差由于平均传热温差壳程合适。tmttm10.9648.346.4K校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较 Ns=2、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再..................................................双管程结构，查【国防工业出版社《化工原理》（第二版）1:图4-25(a)得:0.96t平均传热温差由于平均传热温差壳程合适。tmttm10.9648.346.4K校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较 Ns=2按单程管计算，所需的传热管度为APL=12m），2管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=3m，则该换热器的管程数为NP=牛4传热管总根数NT=81X4=324根R=H3.传热温差校平均正及壳程数T1X平均温差校正系数:t平均传热温差水将其从110C进一步冷却至60C之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混合气体的流量为水将其从110C进一步冷却至60C之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混合气体的流量为6.3x1；管心距，m；T热流体温度，C；u流速，m/s；W—质量流量，kg/s，V——体积流量，m3/s。希......................7.3换热器内流体的流动阻力..............D=0.89m901.3624586.08Pa2总阻力p724.82+4586.08=5311.62【化学工业出版社《传热应用技术》管束最外层管子的中心与壳体内表面的距离：定，每程各有传热管114根，其前后管程中隔板设置和介质的流通顺序按【化学工业出版社《传则壳体内径按卷制壳体的进级档，可取D=800mm壳体的内径应等于或大于(在浮头式换热器中)管板的直径，所以管板直径的计算可以决定壳体的内径，其表达式为：D=800mmi6.折流挡板采用圆缺形折流挡板，去折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25X800=200m，故可取h=200mm工业出版社,2002.⑹黄嘉琥.压力容器材料实用手册工业出版社,2002.⑹黄嘉琥.压力容器材料实用手册[M].北京：化学工业出版社，1997.[7]黄..................................................，Pa；因数；Pr普兰特准数；11.主要符号说明q---热通量，W/m2Q传热速率，Wr半径，m；气热流体进口温度110C出口温度60r；冷流体进口温度29r，出口温度为39r，该换热器用循环冷却水冷取折流板间距B=0.3D，贝UB=0.3X800=240mm,可取B为240mm。折流板数目【化学工业出版社《传热应用技排列和分程方法...........................................；管心距，m；T热流体温度，C；u流速，m/s；W—质量流量，kg/s，V——体积流量，排列和分程方法...........................................；管心距，m；T热流体温度，C；u流速，m/s；W—质量流量，kg/s，V——体积流量，m3/s。希04321614.960.024.965502w/m2K(3)污垢热阻取:管外侧污垢热阻管内侧污垢热224材0.02mdAhD（1d25亍）。251.0（1巫）O.。547壳程流体流速及其雷诺数分别为o烦 264000用克恩法计算，见式【国防工业出版社《化工原理》（第二版）式（4-41b）:0ew当量直径，依【国防工业出版社《化工原理》（第二版）式（4-43）得de=b壳程流通截面积:dAhD（1壳程流体流速及其雷诺数分别为VsARe普朗特数pcCp5w'3不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便,耗rdesign[M].JohnWiley&Sons,Inc.,2003.英文字母B—折流板间距，mC..................................................（..10不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便,耗rdesign[M].JohnWiley&Sons,Inc.,2003.英文字母B—折流板间距，mC..................................................（..10）（..10）（..10）（10）（13）13)8计...................22RRd管程流体流速:5普朗特数:332161CPC5502w/m2K管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻【化学工业出版社《传热应用技术》】：K)。所以K)。所以Rw0.00005m2k/wKKeRdw。RooRdodmd1330w/m2K【化学工业出版社《传热应用技胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。2.2设计方案简介胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。2.2设计方案简介2.2.1换热器类型的选择根据列管式化潜热，kJ/kg；R——热阻，m2C/W;因数；e雷诺准数；S---传热面积，m2t冷流体温度，C由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板,类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、计算传热面积Ac:A1Q1ee419.93m22m该换热器的实际传热面积为Ap:AAAc竺心空30.7%传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务w式中液体的平均温度T和气体的平均温度分别计算为583w/m「K传热管平均壁温壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=85C。壳体壁温和传热Co该温差较大，故需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力较大，因此，需选用浮头式1换热器内压力降的计算92m2该换热器的面积裕度为：AAAc竺心空30.7%419.93传热面积裕度合适，该换热器能够完成.3kg/m3cp1=4.174kJ/kg*K1=0.624w/m*KPa*s1=0.742x1092m2该换热器的面积裕度为：AAAc竺心空30.7%419.93传热面积裕度合适，该换热器能够完成.3kg/m3cp1=4.174kJ/kg*K1=0.624w/m*KPa*s1=0.742x10设（..10）（..10）（..10）（10）（13）13)8计...................于平均传热温差壳程合适。tmttm10.9648.346.4K校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较2uD=0.89m901.3624586.08Pa2总阻力p724.82+4586.08=5311.62文氏管及喷射冷凝器等。蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体热流体进口温度110C出口温度60r；冷流体进口温度29r，出口温度为39r，该换热器用循环冷却水冷D=0.89m901.3624586.08Pa2总阻力p724.82+4586.08=5311.62文氏管及喷射冷凝器等。蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体热流体进口温度110C出口温度60r；冷流体进口温度29r，出口温度为39r，该换热器用循环冷却水冷theDesignofASMESectionPressureVessels[M].NewYork:A2oBUB0P2PPPi管程流体阻力在允许范围之内。PFJNTC(N流体流经管束的阻力2o2oTCTN19u0.5X0.2419X36X(19+1)X901.36o设计1.3.2设计任务和设计条件反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110C进一步设计1.3.2设计任务和设计条件反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110C进一步胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。2.2设计方案简介2.2.1换热器类型的选择根据列管式式换热器中)管板的直径，所以管板直径的计算可以决定壳体的内径，其表达式为：Dit(nc1)2b'取b业出版社，1995.[10]JamesR.Farr.MaanH.Jawad.Guidebookfor流体流过折流板缺口的阻力泄漏。泮ItI周锻怦机式换圳器I—2—W413—ft体■!泄漏。泮ItI周锻怦机式换圳器I—2—W413—ft体■!—列氓5—6—n^2.U型管换热器U型管换Pa>10kpa由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适宜。换热器主要结构尺寸短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。列管式换热器中，由于两高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。图14料圉式换热甜I一祐型着PP2BD) Uo 22由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适换热器主要结构尺寸和计算结果换热器型式换热器型式参数工作介质压力/MPa定性温度2参数黏度/mPas普朗特数壳体内径/mm管子规格构参循环冷却水25mM2.5mm浮头式换热器壳程数管心距/mm管子排列壳程混合气体11正三角形管长/mm设文氏管及喷射冷凝器等。蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体......................................（..10）（文氏管及喷射冷凝器等。蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体......................................（..10）（..10）洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的冷却至60C之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混合气体的流量为39000kg/h,压力为6.9数数传热面积/m管