管壳式卧式换热器设计说明书.doc

PAGE  PAGE 12 管壳式卧式换热器设计说明书 1 设计题目 管壳式卧式换热器设计 2 设计条件 某厂用循环冷却水甲苯从80冷却到50,甲苯年处理能力为44500t/a，压力为6.5MPa，循环冷却水的入口温度为25，出口温度为35，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24h连续运行。 表1 主要物性参数 流体定性温度/℃密 度 kg/m3粘度 mPa·s比 热 容热导率甲苯708660.4551．91 kJ/(kg·K)0.1273W/(m·K)循环冷却水30994.30.7424.174 kJ/(kg·℃)0.624W/(m·℃)3 设计内容和要求 (1)标题页 (2) 目录 (3) 确定设计方案 (4) 传热面积计算 (5) 工艺结构尺寸计算 (6) 换热器校核 (7) 换热器主要结构参数和设计结果一览表 (8) 换热器工艺条件图 (9) 自设计使用该换热器的工艺流程图 (10)对本设计的评价 (11)参考文献 4 设计内容 4.1 选择换热器的类型 本设计中循环冷却水甲苯选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：①温差不大；②温差较大但是壳程压力较小；③壳程不易结构或能化学清洗。本次设计条件满足第②种情况。另外，固定管板式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。 采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。 4.2流动方向 本冷却器的管程走循环冷却水，壳程走甲苯。热空气和冷却水逆向流动换热。 4.3 估算传热面积 4.3.1.热流量 甲苯的质量流 W=44500t/a=44500×103/(330×24)=5618.687 kg/h 热流量为 Q=Wcp (T1－T2) =5618.687×1.91×（80－60） =214633.8 kJ/h = 59620.5W 4.3.2.平均传热温差 = =38℃ 4.3.3.传热面积 初步设定设K‘=200 W·m-2·℃-1。则估算的传热面积为 m2 取安全系数1.2，则A=9.705m 4.3.4冷却水用量 Wo = kg/h 4.4主体构件的工艺结构尺寸 4.4.1管程数和传热管数 选用φ25×2.5mm的传热管(碳钢管)；do=25mm,di=20mm 管子根数：n=A÷??dol=41.2≈42 中心线或中心线附近管子根数nc=11 取管程数为2，则N=n+拉杆+5=42+6+5=53 4.4.2平均传热温差校正 平均传热温差校正系数 ==2 ==0.182 温度校正系数为 × ＝0.97 平均传热温差校正为△tm=×△tm’=0.97×38=36.86( ℃ ) 4.4.3传热管的排列 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。其中，每程内的正三角形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高，相同的壳程内可排列更多的管子。 4.4.4壳体内径 取管间距：t ＝32 mm ，则 得D=489.38mm 可取D为509mm 4.4.5折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则 取折流板数12，则折流板间隔：h= =0.23 4.4.6计算接口直径 1.计算循环冷却水进出口管径，设流速u=0.5m/s 所以选用直径为65mm的管子。 2.计算甲苯进出口管径  所以选用直径为70mm的管子。 4.5换热器主要传热参数核算 4.5.1热量核算 (1)壳程对流传热系数 对于圆缺形折流板，可采用克恩公式 ho = 其中： ①当水做冷却剂时，粘度校正为=1.05 ②当量直径，管子为正三角形排列时， de＝ ＝＝0.0202 m ③壳程流通截面积 So = hD(1－)=0.23×0.509×（1－）＝0.0257 m2 ④壳程冷却水的流速及其雷诺数分别为 Go＝ =5618.687÷0.0257=218625.95kg/(s·m2) Reo＝＝=2696 ⑤普朗特准数 Pr＝ ==6.83 因此，壳程水的传热膜系数ho为 ho = 0.36×0.1273/0.0202×26960.55×6.831/3×1.0 =329.6 W/(m2·℃) (2)管程对流传热系数 其中：hi = ①管程流通截面积 Si ==0.0066 m2 ②管程空气的流速及其雷诺数分别为 Gi＝ =779115.2kg/(h·m2)=216.42 kg/(s·m2) Re＝