换热器设计说明书

工程热力学与传热学课程设计管壳式换热器

设计说明书目录一、设计任务书———————————11、换热器的概念及意义2、固定管板式换热器构造3、工作原理4、设计参数二、设计计算书———————————31、换热管的材料、内径、长度、管间距等确实定2、壳体内径3、管程接收直径4、折流板缺口高度、间距、数目以及折流板直径5、壳程接收直径确实定6、传热面积和传热面积之比三、计算表格四、设计结果汇总表—————————7五、设计自评————————————8六、参考文献9六、参考文献.资料.一、设计任务书1、换热器的概念及意义在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。这种设备统称为换热器。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进展着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。换热器就是用来进展这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速开展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设备,有时作为某一工艺设备的组成局部，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的。任何化工生产中，无论是国内还是国外，它在生产中都占有主导地位。2、固定管板式换热器构造b淅流挡板;2-管:fe3-壳钵弑买;『莪管;k管板@-4-36固定管根式换热器3、工作原理：管壳式换热器和螺旋板式换热器、板式换热器一样属于间壁式换热器，其换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。管程和壳程分别通过两不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，进而实现两流体换热工艺目的。4、设计参数：有机液循环水流 量 kgh50000初始温度℃t'=651t.=252最终温度℃t,、=501t"=452定性温度℃65+5057.5225+45”二352比热容kJ/(kg.℃)c=2.261p1c=4.187p2密 度kg[m2p=950ip=10002粘 度kg/(m.s)R=750x10-6iR=725x10-61导热系数w/(kg.℃)入=0.172i入=0.6212普兰德数Pt=9.86iPt=4.92

二、设计计算书根据设计任务书进展设计计算：及二t'-t"=65-45=20℃max1 2及=t''-1'=50-25=25℃min1 2热损失系数取0.98传热量：q=mJ-1p21 1冷却水量：M;c\一、2：p传热量：q=mJ-1p21 1冷却水量：M;c\一、2：p22 2逆流时的对数平均数温差：参数;P、RAt -At max. minAtin maxAt逆流时的对数平均数温差：参数;P、RAt -At max. minAtin maxAtmin25-20=22.41in2520t'-t'

12t'-1''R=-4 1t''-t'22S-25=0.750.975设计本管壳式换热器为2壳程-4管程＜2-4＞型，那么甲=0.975有效平均温差：at=vAt =0.975x22.4=21.85m 1m-c初选传热系数：k0=300w，Q.＜）估算传热面积：尸,=工=480000=73.22m20KAt 300x21.850m57.3 =0.00573m257.3 =0.00573m21000x1管程所需流通截面：A=Mtp (_U22每程管数：「空nt二4每程管数：「空nt每根管长：/二户"Z兀d取l=6m0：t0管子排列方式为：等边三角形 管间距s=26mm分程隔板槽处管间距i-40mmE平行于流向的管距s-sxcos3ao-22.5mmp垂直于流向的管距s-sxsin30o-13mm拉杆直径取12mmn估计管壳直径工400mm管排列可做如下草图那么六边形层数为6层，一台管子数为n-86，一台拉杆干数为t4根一台传热面积为nKdi-86xkx0.02x6-32.4m2c两台传热面积：.-64.8m20管束中心至最外层管束中心距离为0.135m，管束外缘直径D-0.29mL那么长径比l...D-60.325-18.5那么长径比l...D-60.325-18.5s.S

管程接收直径：。二1.13M二1.30二51.5取转9X62 1P3V1000X1管程雷诺数：Re=巴凶=k1000'0.013=179312日 725x10-62管程换热系数：a=Lx0.023Re0.8Pt0.4=0621x0.023x1793b8x4.90.4=52462d 0.0131折流板形式选弓形，折流板缺口高度用=0.25D=0.25x0.35=0.08mS折流板的圆心角为120度，折流板间距取i=0.4m，折流板数s目为14块，折流板上管孔数为60个，折流板上管孔直径dH=0.0204m，通过折流板管子数为56个，折流板缺口处管子数为30根，折流板直径D=0.3m。b折流板缺口面积：AwgD2二一S4-6AwgD2二一S4-62sin—20.32521120i(2x0.811 —X 21800.325)sin60°=0.01622错流区内管数占总管数的百分数：F=0.67c缺口处管子所占面积：A=吧2n(1-F)=KX0.022x86xG-0.67)=0.00446wt8tc 8流体在缺口处流通面积：a=a-a=0.01622-0.00446=0.01176bwgwt流体在两折流板间错流流通截面积：a=icsD-a=icsD-D+—l~i-(s-d)=0.4sL s 00.325-0.29+ 0).026-0.02>>=0.0390壳程流通截面积：a壳程流通截面积：a=AT=、0.01176x0.0390=0.02142-bc、错流区面积中旁流面积所占分数：Fbp( 1AD—D+-NlsL2EE( 10.325—0.29+-xA1x0.04x0.4/0.039=0.564)一块折流板上管子和管孔间泄露面积:A=兀dQ—d)-G+F\=兀*0.02x0.004xFbp( 1AD—D+-NlsL2EE( 10.325—0.29+-xA1x0.04x0.4/0.039=0.564)一块折流板上管子和管孔间泄露面积:A=兀dQ—d)-G+F\=兀*0.02x0.004x-x1.67x86=0.0018tb0Hb2cc 2折流板外缘与壳体内壁之间泄露面积：D(D-D)兀-arccoS1-生0.325(0.325-0.3)「 (2x0.8A 兀一arccos1 sbI0.5)=0.000788壳程雷诺数：Re=1Md——1—014.44x0.02 _17977750x10-6x0.02142理想管束传热因子：jH=0.005折流板缺口校正因子：j=L03折流板泄露校正因子：j=0.8

l旁通校正因子：j=0.48b壳程传热因子：j=jjjj=0.005x1.03x0.8x0.48=0.0019776壳程质量流速:14.44A0.02142=674kg：m2-s)壳侧换热系数:a=jGcPt-230.95=0.0019776x674x2261x9.86-230.95=623W.Q2.。C)1 0sp1 -S-22-水垢热阻：t=0.00034有机液热阻:t=0.00017C)ws-1传热系数:1—+Ta s-21S-1dt1+——

a2-11 20 120—+0.00017+0.00034x一+ 623135246131=386W传热面积:=480000386x21.85=56.9m2传热面积之比f、、/f=64.8/56.9=1.14三、设计结果汇总表换热器形式：固定管板式换热面积〔m2〕：56.9m工艺参数名称管程壳程物料名称循环水有机液操作压力，MPa0.30.1操作温度，℃25/45（进口/出口）65/50（初始/最终）流量，kg/h52000流体密度，kg/m31000950流速，m/s11传热量，kw480总传热系数，W/m2℃300传热系数，W/m2•℃386污垢系数m2•℃/W0.000340.00017程数42推荐使用材料铝碳钢管子规格(“20x3.5管数86根管长m6管间松距mm26排列方式等边三角形

折流板形式弓形间距m0.4切口高度m0.08壳体内径m0.325保温层厚度mm6四、设计自评通过本次课程设计，我对换热器的构造、性能都有了一定的了解，同时，在设计过程中，我也掌握了一定的工艺计算方法。换热器是化工厂中重要的化工设备之一，而且种类繁多，特点不一，因此，选择适宜的换热器是相当重要的。在本次设计中，我发现进展换热器的选择和设计是要通过反复计算，对各项结果进展比拟后，从中确定出比拟适宜的或最优的设计，为此，设计时应考虑很多方面的因素。首先要满足传热的要求，本次设计时，由于初选总传热系数不适宜，使规定条件下的计算结果与初设值的比值不在要求乂围内，因此，经过屡次计算，才选择到适宜的K值为300，传热面积之比300，传热面积之比F-/F=64.8/56.9二1.14满足要求。其次，在满足工艺条件的前提下选择适宜的换热器类型，通过分析操作要求及计算，本次设计选用换热器为上述计算结果。本次设计中，在满足传热要求的前提下，考虑了其他各项问题，但它们之间是相互矛盾的。如：假设设计换热器的总传热系数较小，将导致换热管管长增大，长径比将不符合标准；假设增加换热管的管径，可能使总管子数减小，但却又受到换热器所能允许的尺寸限制，并且折流板间距也影响着传热面积。因此，只能综合考虑来选择相对适宜的换热器。然