化工原理设计作业-列管式换热器的设计精选.doc

列管式换热器的设计 基础数据 拟用150Kpa的饱和水蒸气将常压下20℃的甲苯加热到75℃，甲苯的质量流量为35吨／小时，试设计一列管式换热器。要求换热器管程压降小于70KPa 物性数据 加热介质150 Kpa绝压的饱和水蒸气，冷凝液在饱和温度下排出。 换热器类型选择 两流体的温度变化情况如下： 甲苯：入口温度=20℃，出口温度=75℃。 饱和水蒸汽：入口温度=出口温度==111.3 ℃。 因此，甲苯的平均温度为 饱和水蒸汽的平均温度为 因此，此次设计采用浮头式列管换热器。 其主要优点是管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。 635.78472kW 式中： —— 热负荷； —— 甲苯的质量流量； —— 甲苯的比热容； ， —— 甲苯的入口与出口温度。 平均温度差 因为壳程中水蒸汽的温度不变，采用并流和逆流的平均温度差是相同的。采用逆流方式， 甲苯 水蒸汽 因此， 平均温度差为 ℃ 初选K值，并估算传热面积A初 根据条件K值的选择范围在580～1160 W/m2·℃ 故K初＝650 W/m2·℃ 16.40 m2 选用安全系数Φ＝1.15～1.25 A初＝ΦA’＝1.15×1604＝18.86 m2 换热器尺寸的初步确定 1、确定管程结构尺寸 （1）管子规格 选传热管，L=3m,内径为，外径为。材料为碳钢。 液体种类 流速 管程 壳程 低粘度液体 0.5-3 0.2-1.5 易结垢液体 1 0.5 气体 5-30 2-15 取管内苯的流速为u’2=0.88m/s 初步设计总管数 80.04 圆整为80根 n”=127根———三角排列管数，3a2+3a+1，此处a＝6； 校核流速、确定管程 m/s 管程 ，取2管 管间距及排列方式 管间距t＝（1.25~1.3）d0，取t＝1.3d0＝1.3×0.025＝0.0325m 采用紧凑的三角型排列， 层数a＝6，弓形不排管，共127根管子（NT＝127） 最外层六角形对角线上管数 NTb＝2a+1＝13根 采用胀管法排列（因流体压力不变，胀管法制造方便） 壳程设计数据 壳体内径 t －管间距 NTb －最外层六角形对角线上管数 －六角形最外层管中心到壳体内壁距离，一般取b’＝（1～1.5）d0 故 0.0325x12+2x0.0375=0.465mm 此处取＝ 1.5d0＝1.5×0.025＝0.0375m 壳体内径标准圆整到Φ500×10mm，内径D＝480mm 中心拉杆n3＝8根 直径Φ12mm , 双管程隔板少排NTb＝13根，固定杆n=4, 其它可能管若干根。 实际管数选84根，每程42根排列管 127布管图 实际流速 0.877m/s 与初假设苯的流速u’2=0.88m/s相近，可行。 换热器长径比 符合要求（） 校核计算 1、校核总传热系数K值 （1）管内对流传热系数α2 3430.9767 3.93 1098.21 W/m2·℃ （2）管外对流传热系数α1 式中：n为水平管束垂直列上的管数，n＝6； 假设管外壁温TW＝108.3℃，则＝3℃ （3）污垢热阻及管壁热阻 常用流体的污垢热阻 流体 污垢热阻 m2·K/kW 水(速度1m/s，t47℃) ? 蒸馏水 0.09 海水 0.09 清净的河水 0.21 未处理的凉水塔用水 0.58 已处理的凉水塔用水 0.26 已处理的锅炉用水 0.26 ??硬水、井水 0.58 水蒸汽 ? ??优质—不含油 0.052 ??劣质—不含油 0.09 ??往复机排出 0.176 液体 ? ??处理过的盐水 0.264 ??有机物 0.176 ??燃料油 1.056 ??焦油 1.76 气体 ? ??空气 0.26～0.53 ??溶剂蒸汽 0.14 因此甲苯侧污垢热阻RS2＝1.76×10-4 m2·℃/ W 水蒸汽侧污垢热阻，因为属于蒸汽冷凝方式，污垢 热阻相对比较小 碳钢钢管的导热系