化工原理换热器课程设计列管式换热器的工艺设计和选用.doc

成绩 .列管式换热器的工艺设计任务书二题 目 列管式换热器的工艺设计和选用 课 程 名 称 化工原理课程设计 专 业 化学工程与工艺 班 级 B 08化工2班 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 设计起止时间：2010 年9月6日至2010 年 9月17 日 设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用一、 设计条件4、某生产过程要求用冷却循环水将有机液体产品从120冷却至40，冷却循环水的进口温度为30，出口温度为45。有机液体产品的流量为3.5×104kg/h，设计要求管程压降均不大于60kPa。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。二、 设计说明书的内容1、目录；2、设计题目及原始数据（任务书）；3、论述换热器总体结构（换热器型式、主要结构）的选择；4、换热器加热过程有关计算（物料衡算、热量衡算、传热面积、换热器型号、壳体直径等）；5、设计结果概要（主要设备尺寸、衡算结果等）；6、主体设备设计计算及说明目录（一）确定设计方案4（二）确定物性数据4（三）计算总传热系数41.热负荷的计算42.平均传热温差43.估K值54.由K值估算传热面积55.冷却水用量5（四）工艺结构尺寸51.管径、管长、管数52.管子的排列方法53.壳体内径的计算64.折流板65.计算壳程流通面积及流速66.计算实际传热面积67.传热温差报正系数的确定68.管程与壳程传热系数的确定69.传热系数的确定710、传热面积811、附件812、换热器流体流动阻力9（五）结果概要10（六）总结11（七）参考文献12（八）附录12（一）确定设计方案1、选择换热器类型两流体的温度变化情况：热流体进口温度为120，出口温度为40冷流体进口温度为30，出口温度为45从两流体的温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器2、流径安排由于循环水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，有机液体走壳程。（二）确定物性数据物料密 度Kg/m3粘 度Pa.s比热容kJ/(kg. )导热系数W/(m. )有机液体9860.54×10-34.190.662水9940.782×10-34.1740.626（三）估算传热面积1.热负荷的计算2.平均传热温差3.估K值4.由K值估算传热面积=5.冷却水用量（四）工艺结构尺寸1.管径、管长、管数2.管径选择 选用传热管（碳钢），管长l=6m计算管数 估算馆内流速 取管内流速=0.57m/s>0.5故可按单管程设计3.确定管子在管板上的排列方法式确定排列方法 采用正三角形排列管子与管板采用焊接结构。计算管心距 4.壳体内径的计算 取管板利用率为=0.8则壳体内径 圆整 5.折流板圆缺高度的计算 折流板间距 折流板数量 5.计算壳程流通面积及流速计算流通面积 计算壳程流体流速 6.计算实际传热面积7.传热温差报正系数的确定查表：8.管程与壳程传热系数的确定壳程表面传热系数 当量直径，由正方形排列得：壳程流通截面积：壳程流体流速：雷诺数：普兰特准数：粘度校正管程表面传热系数管程流体流速：雷诺数：普兰特准数：9.传热系数的确定的查取管外侧污垢热阻 =1.7197管内侧污垢热阻 管壁热阻 碳钢在该条件下的热导率为45，则的计算的确定10、传热面积11、附件拉杆数量本换热器壳体内径为325mm，故其拉杆直径为，拉杆数量不得少于4个。壳程流体接管直径：取接管内液体流速为，则接管内径为管程流体接管直径：取接管内液体流速为，则接管内径为12、换热器流体流动阻力管程流体阻力由，传热管对粗糙度，查莫狄图得 每程直管压降 每程回弯压降 总压降壳程流体阻力管速压降 折流板缺口压降总压降（五）结果概要换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：参数管程壳程流率(kg/h)12708.46820000进口温度/20140出口温度/40110压力/Mpa0.40.3物性参数定性温度/30125密度/（kg/m3）.995.781.09547×103定压比热容/kJ/（kg）4.17901.77029粘度/（mPas）0.797325.68981×10-1热导率（W/m） 0.615641.34945×10-1普朗特数5.417.46设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/mm325台数1管径/mm管心距mm31.25管长/mm2000管子排列正方形管数/根64折流板数/个6传热面积/m210.05折流板间距mm300管程数4材质碳钢圆缺高度/mm81.25拉杆直径及数量接管/mm5060主要计算结果管程壳程流速/（m/s）0.7050.26表面传热系数/W/（m2）3466.6684.495污垢热阻/（m2/W）3.4394×10-41.7197×10-4管壁热阻/（m2/W）阻力/ kPa8.450.94热流量/KW295.0483温度校正系数0.92传热温差/87.32总传热系数ko/W/（m2）402.31（六）总结1、结果 估算管内流速 ，在0.53范围内，符合要求。由计算得管长，取单程管长，符合要求。换热器的长度与壳体直径之比，在610之间，符合要求。 壳程流体流速 ，在0.21.5范围内，符合要求。 传热温差校正系数，符合要求。 ，在1.151.25范围内，符合要求。 ，在1.151.25范围内，符合要求。 管程流体阻力，符合要求。壳程流体阻力，符合要求。2、心得体会 换热器广泛应用于工业生产中，在其间占据着重要的地位。 通过这次化工原理课程设计，了解了很多关于换热器的知识，换热器的选型，换热器结构和尺寸的确定，以及计算换热器的传热面积和流体阻力等等。其中感受最多的就是在运算中需要谨慎以及耐心。往往一个公式的代错便会造成一步错、步步错的局面。这就对我们选择工程类学科的学员提出了要求。仔细、是一种能力也是一种态度。这也是以后我们在工作中不可或缺的一种素质。估值，是一个不断尝试不断重复的过程，而这个过程，总不会一帆风顺。不管在人生的什么阶段，我们总会遇到挫折，而我们需要的便是克服这些挫折的勇气，永远不轻言放弃。不管怎么说，课程设计总算接近尾声了。感谢在此过程中同学给与的帮助，特别感谢傅老师在整个设计过程给予的悉心指导。（七）参考文献【1】化工原理课程设计 贾绍义 柴诚敬 主编 天津大学出版社 【2】化工原理（上） 夏青 陈常贵 主编 天津大学出版社【3】化工原理课程设计指导 任晓光 主编 化学工艺出版社【4】化工设备机械基础 董大勤 主编 化学工艺出版社（八）附录ChemCAD运行结果 TABULATED ANALYSIS -Overall Data: Area Total m2 10.05 % Excess 83.74 Area Required m2 5.16 U Calc. W/m2-K 590.49 Area Effective m2 9.48 U Service W/m2-K 321.37 Area Per Shell m2 9.48 Heat Duty MJ/h 1.03E+003 Weight LMTD C 94.91 LMTD CORR Factor 0.9888 CORR LMTD C 93.85Shellside Data: Crossflow Vel. m/sec 9.2E-002 EndZone Vel. 8.0E-002 Window Vel. 1.6E-001 Film Coef. W/m2-K 2158.05 Reynold's No. 2669 Allow Press. Drop MPa 0.03 Calc. Press. Drop MPa -0.01 Inlet Nozzle Size m 0.15 Press. Drop/In Nozzle MPa 0.00 Outlet Nozzle Size m 0.15 Press. Drop/Out Nozzle MPa 0.00 Mean Temperature C 30.00 Rho V2 IN kg/m-sec2 35.16 Press. Drop (Dirty) MPa -0.01Stream Analysis: SA Factors: A 7.74 B 70.23 C 16.27 E 5.76 F 0.00 Ideal Cross Vel. m/sec 0.13 Ideal Window Vel. m/sec 0.19Tubeside Data: Film Coef. W/m2-K 1603.99 Reynold's No. 38686 Allow Press. Drop MPa 0.03 Calc. Press. Drop MPa 0.01 Inlet Nozzle Size m 0.15 Press. Drop/In Nozzle MPa 0.00 Outlet Nozzle Size m 0.15 Press. Drop/Out Nozzle MPa 0.00 Interm. Nozzle Size m 0.00 Mean Temperature C 125.00 Velocity m/sec 1.01 Mean Metal Temperature C 67.47Clearance Data: Baffle m 0.0032 Outer Tube Limit m 0.2900 Tube Hole m 0.0008 Outer Tube Clear. m 0.0350 Bundle Top Space m 0.0000 Pass Part Clear. m 0.0000 Bundle Btm Space m 0.0000Baffle Parameters: Number of Baffles 5 Baffle Type Single Segmental Inlet Space m 0.342 Center Space m 0.300 Outlet Space m 0.342 Baffle Cut percent 25.000 Baffle Overlap m 0.050 Baffle Cut Direction Horizontal Baffle Cut Basis Diameter Number of Int. Baffles 0 Baffle Thickness m 0.003 Shell: Shell O.D. m 0.35 Orientation H Shell I.D. m 0.33 Shell in Series 1 Bonnet I.D. m 0.33 Shell in Parallel 1 Type AEW Max. Heat Flux Btu/ft2-hr 0.00 Imping. Plate Impingement Plate Sealing Strip 5Tubes: Number 64 Tube Type Bare Length m 2.00 Free Int. Fl Area m2 0.00 Tube O.D. m 0.025 Fin Efficiency 0.000Tube I.D. m 0.020 Tube Pattern SQUAR Tube Wall Thk. m 0.003 Tube Pitch m 0.032 No. Tube Pass 4 Inner Roughness m 0.0000560Resistances: Shellside Film m2-K/W 0.00046 Shellside Fouling m2-K/W 0.00018 Tube Wall m2-K/W 0.00005 Tubeside Fouling m2-K/W 0.00018 Tubeside Film m2-K/W 0.00062 Reference Factor (Total outside area/inside area based on tube ID) 1.250Pressure Drop Distribution: Tube Side Shell Side Inlet Nozzle MPa 0.0000 Inlet Nozzle MPa 0.0000 Tube Entrance MPa 0.0008 Impingement MPa 0.0000 Tube MPa 0.0065 Bundle MPa 0.0002 Tube Exit MPa 0.0022 Outlet Nozzle MPa 0.0000 End MPa 0.0020 Total Fric. MPa 0.0003 Outlet Nozzle MPa 0.0000 Total Grav. MPa -0.0061 Total Fric. MPa 0.0115 Total Mome. MPa 0.0000 Total Grav. MPa 0.0000 Total MPa -0.0059 Total Mome. MPa -0.0000 Total MPa 0.0115