11化工换热器设计.doc

换热器课程设计Course Design of Principles of Chemical Engineering 题 目 专 业 化 学 工 程 与 工 艺 班 级 姓 名 学 号 指导教师 三 明 学 院 2013 年 5月 目录 1 设计任务和设计条件 1 2 确定设计方案 1 2.1 选择换热器的类型 1 2.2 流程安排 1 3 确定物性数据 1 4 估算传热面积 2 4.1 热负荷 2 4.2 平均传热温差 2 4.3 传热面积 2 5 工艺结构尺寸 2 5.1 管径和管内流速 2 5.2 管程数和传热管数 3 5.3 平均传热温差矫正及壳程数 3 5.4 传热管排列和分程方法 3 5.5 壳体内径 3 5.6 折流板 4 5.7 其他附件的选取 4 5.8 接管 4 6 换热器核算 4 6.1 传热能力核算 4 6.1.1 壳程流体传热膜系数 4 6.1.2 管内传热膜系数 5 6.1.3 污垢热阻和管壁热阻 5 6.1.4 传热面积裕度 5 6.2 壁温核算 6 6.3 换热器内流体的流动阻力 6 6.3.1 管程流体阻力 6 6.3.2 程壳流体阻力 7 6.3.3 总阻力损失 7 换热器主要尺寸和计算结果表 8 设计公式符号说明 9 参考文献 10 心得体会 11  设计任务和设计条件 某生产过程的流程如图所示,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110℃进一步冷却至60℃之后,进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混和气体的流量为227301㎏/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29℃,出口温度为39℃ ,试设计一台列管式换热器,完成该生产任务。 图1 换热器换热工艺 确定设计方案 选择换热器的类型 两流体温度变化情况: 热流体进口温度110℃,出口温度60℃; 冷流体进口温度29℃,出口温度39℃,该换热器用循环冷却水冷却,冬季操作时,其进口温度会降低,考虑到这一因素,估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大,因此初步确定选用浮头式换热器。 流程安排 从两流体的操作压力看,应使混合气体走管程,循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢,若其流速太低,将会加快污垢增长速度,使换热器的传热速率下降,所以从总体考虑,应使循环水走管程,混合气体走壳程。 确定物性数据 定性温度 对于一般气体和水等低黏度流体,其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程混合气体的定性温度为: 管程流体的定性温度为: 根据定性温度,分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合气体来说,最可靠的物性数据是实测值。若不具备此条件,则应分别查取混合物各组分的有关物性数据,然后按其相应的加和方法求出混合气体的物性数据。 混和气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）: 定压比热容 热导率 粘度 循环水在34℃ 下的物性数据: 密度 定压比热容 热导率 估算传热面积 热负荷 依据式下式 =227301×3.297×(110－60) 先按纯逆流计算得: 传热面积 由于壳程气体的压力较高,故可选取较大的K值。可以先假设 则估算出传热面积为: 考虑到估算性质的影响,根据前述提供的经验范围,可以取实际传热面积为估算值的1.15倍,则实际传热面积为: 冷却水用量 工艺结构尺寸 管径和管内流速 选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢）。 取管内流速: 管程数和传热管数 依式可求得传热管内径和流速确定单程传热管数: 按单管程计算,所需的传热管长度为: 按单管程设计,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 =7m,则该换热器的管程数为: （管程） 传热管总根数 平均传热温差矫正及壳程数 平均传热温差校正系数: 按单壳程,双管程,查图得