化工原理列管式换热器课程设计模版.docx

（学院的名称/1.og。）课程设计题目名称列管式换热器设计二。一O年00月00日书目一、化工总理课程设计任务书二、确定设计方案.I.选界换热器的类型三、定物性效据.2.臂程支配四、估算传给面积.三i2.?均作热U左3.传热面积4冷却水用Jft五、工艺结构尺寸1 .管径和省内流速2 .管程数和付热赞数3.传热湍年核平均正及光和坡4.传热管格列和分卷方法5,先体内及6.折泡挡板7 .共他附件8 .接管六、换福叁核算1.热流柴概算2座温计算一)MMa1O*t*构设i1 .浮头竹板及钩圈法兰结构设计2 .管箱法兰和首希偈克体法拦谀计3 .笆1Jfi(构设计4冏定墙管板结构设计5外头司法”，外一二例法当设计14八、强度设计计算1.简体壁庠计算3.倏热器内液体的流满见力6 .外头击结构设计7 .展片选择8 .低由选用及安装位置确定9 .圻浪板布置10 .说明!(a2 .外头装短节、封头厚度计宛3 .管箱短节、内头厚度计算.164 .管箱短节开孔补强校核.-.175 .光体接管开孔补强校核6 .固定管板计算IK7 .浮头管板及他Bi198 .无折边球封头计算9 .浮头法兰计算20九、考文欣.20化工原理课程设计任务书某生产过程的流程如图3-20所示。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I1.OT进步冷却至60C之后，进入汲取塔汲取其中的可溶性组分。已知混合气体的流量为37000依"，压力为69,WP”,循环冷却水的压力为04A"”,循环水的入口温度为29C,出口的温度为399,试设计一列管式换热器，完成生产任务.已知：混合气体在859下的石关物性数据如下（来自生产中的实测值）密度P1=90gw,定压比热容J=3.297©/极C热导率4=0.0279MnC粘度M=I.5x1（'P3循环水在34（下的物性数据：密度P=994.3奴jm'定压比热容CZ=4.174切奴K热导率4=0624K枯度M=O.7421.O"4s二、确定设计方案1 .选择换热器的类型西流体温的改变状况；热流体进口温度1IO*C出口温度60C：冷流体进口温度29C,出口温度为39C,该换热器用箭环冷却水冷却,冬季操作时,其进口温度会降低.考虑到这一因素,估计该换热器的管联温度和克体温境之差较大,因此初步确定选用浮头式换热器。2 .管程支配从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走光程,但由于循坏冷却水较烤结垢，若其流速太低，将会加快污垢地长逑度，使换热器的热流量下降,所以从总体考虑应使循环水走管程，混和气体走光程.三、确定物性数据定性祖度：对于段气体和水等低黏度流体,其定性温度可以流体进出U淑度的平均值.故无程混和气体的定性温度为T=110+602=85C管程液体的定性温度为=34-C39+29t=-2依据定性温度，分别直取克程和管程流体的行关物性数据.对混合气体来说，以军席的无形数据是实测值，若不具备此条件，则应分别森取混合无辜组分的有关物性数据,然后依据相应的加和方法求出混和气体的物性数据.混和气体在85"C下的有关物性数抠如下（来自生产中的实测值：密度p1.=90n,定压比热容cr1.=3.297kjC热导率4=0.0279w'mC粘度/1=1.5×10-5Pas循环水在34C下的物性数掘：密险>,=994.3kgm3定压比热容Cm=4.174kj'kgK热导率4=0.624wmK粘度M=O.742x1.O-3Pas四、估算传热面积I.热液量Q=zw,cr1.1.=37000×3.297×(110-60)=0.61×107kjh=1694.444kw2 .平均传热温差(110-39)-(60-29)4R.3K先依据纯逆流计算，得,110-39In60-293 .传热面枳由于光程气体的压力较高，故可选取较大的K假。归设K-32OW(m'k)则估蚱的传热面积为Ap-Qi/=i694444.1320×48.3=109.63w24 .冷却水用m=工一=1694444/4.174×1.tf×1.O=40.60=14616五、工艺结构尺寸I.管径和管内流速选用25X25较高级冷拔传热管（嵌钠）,取管内流速UI=I.3m/s。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Ns=-V915486.2(36009943)11.2-<i.«4按单程管计算，所需的传热管长度为0.785x0.022×1.3627686.763.14×0.025×627按单程首设计，传热管过长，宜采纳要管程结构.依据本设计实际状况，采纳非标设计，现取传热首K1-7111,则该换热器的管程数为Np=2传热管总根数Nt-627×2-!2543 .传热温九校平均正及光程数平均温差校正票数：T-Tr110-60R=t,-t,=39-29P,告。24按单亮程,双管程结构.查【化学工业出版社化工原理第三版上册】：图5-19得：Cz=096平均传热油差AJ=i,=0.96X48.3=46.4K由尸平均传热温差校正系数大于0.8,同时壳程流体流做较大，故取单壳程合适。4 .传热管排列和分程方法采纳组合排列法,即每程内均按正三角形排列,聃板两例采纳正方形排列.见【化学工业出版社化工原埋第三版上册】：图6I3.取管心即t=1.25dO.则1=1.25X25=31.25=32an隔板中心到离其下.近一排管中心距离:S=V2+6=322+6=22皿各程相邻管的管心距为44管数的分程方法，每程各有传热管627根，其前后管程中隔板设置和介质的流通依次按【化学工业出版社化工原理（第三版）上册】：图6-8选取.5 .壳体内径采纳多管程结构，进行光体内径估?T取管板利用率n=0.75.则光体内径为：D=1.05tJNr5=1.05×321254/0.75=1374mm按卷制光体的进级档,可取D=MOUmm筒体直径校核计算：克体的内径R应等于或大于（在浮头式换热器中管板的直径，所以首板直径的计算可以确定光体的内径,其友达式为：D1=t（nc-1.）+2c.管子按正三角形川列：11t=1.1K=>1×254=39取e-.2d1.1.-1.2×25-30mmD1-32×（39-1）+2×30-1276mm按壳体直径标准系列尺寸进行圆整:D,=14。Omn1.6 .折流挡板栗纳网跳形折流挡板，去折流板即缺高傻为壳体内径的25%,则切去的即块高度为h=0.25×1400=350m.故可取h=350mm取折流板间距B-O3D,则B-0.3×1400-420mm.可取B为4S0mm折流板数目NH=传热管长折流板间距=四%=4450折流板圆跳面水平装配，见图：【化学工业出版社化工原理（第三版）上册社图&9。7 .其他附件拉杆数出与直径选取.本换热器壳体内径为1400mm.故其拉杆直径为中16拉杆数量8,其中长度59SOmm的六抿,550Omm的两根。光程入口处，应设置防冲挡板。8 .接管光程流体进出口接管：取接管内气体流速为U1.=IOnVs,则接管内径为D1=理"231801/（36（亚:0302nV3.14x10园整后可取管内径为30On1.m.管程流体进出口接管：取接管内液体流速U2-2.5m则接管内径为nU91.5486.2（3600994.3）V3.14x2.5阳整后去管内径为36Omm六、换热器核算I.热流址核算（1）光程表而传热系数用克恩法计算.见式【化学工业出版社化工原理（第三版上册】：式5-72a）:tfn=0.36-Re0055P×(-)oh<”当量直径,依【化学工业出版社（化工原理（第三板）上册】：式（5-73a）得=0.02m叫光程流通截面枳:jXS,=BD(1.言)=450X1400(1-)=0.1378光程流体流速及其雷诺数分别为231801/(3600x90)一,Ha=5.2m/s00.1378RW=%竺丝=62400。°/I,1.5×10s普朗特数PT=1.7733.29701.50s0.0279粘度校正(I1.)。“1ao=0.36XX624000°js×1.773×=935.7n/m''K00.02<2)宿内灰面传热系数：1=O.O23RcotPr04d,曹程流体流通板面枳：S1=0.785×0.022X=0.1969管程流体流速：915486.2/(3600x9943)，M1=1.3/n/S0.1969雷诺数：Rc=0.02X1.3x994.3/(0.742X1.oc)H34841普朗特数:n4.174×IO3X0.742×IOj0.624Pr=4.961=0.023×竺竺×34841oa4.96。"=5858mw2K0.02(3)污垢热阻和管壁热阻；【化学工业出版社«化工原理（第三版）上册】:表54取:管外侧污垢热阻Ra=0.0004加1.MW管内侧污垢热阻凡=OoOO6m"zW管壁热阻按【化学工业出版社£化工原理3（第1版上册】：图5T杳汨碳钢在该第件下的热导率为50w,'（mK）.所以R*=0.00005mj2Jcfw传热系数K,有:+1.1.+31.+r+-1.)4dn°250.0006×250.00005×2541+0.0004+15858x2020402vm2K22.5935.7供热面积裕度:计算传热面枳Ac：A=QI摩&=1694444Mo2邓.3=87.3"/该换热器的实际传热面枳为'：Ap=ru1.JN=3.14×0.025×7×1254=689.1m2该换热器的面枳裕度为H=a,-</4=689.1-87.3/87.3=9%传热面枳裕厦合适，该换热器能移完成生产任务,所示.5、外头龙法兰、外头获例法兰设计：依工艺条件,充（M压力、温度及公称直径Dr=1500mm：按JB4703-93长颈法兰标准选取并确定尺寸.6、外头盖结构设计:外头萩结构如£化工单元过程及设备课程设计3（化学工业出版社出版：图4JI所示。轴向尺寸由浮动管板、钩圈法兰及钩