[理学]固定管板式列管换热器的设计.ppt

固定管板式列管换热器 目 录 一、固定管板式换热器的介绍 1、固定管板式换热器的结构特点 2、固定管板式换热器的性能优点 3、固定管板式换热器的性能缺点 二、设计方案的确定及流程说明 1、确定设计方案 2、流程说明 三、换热面积的估算 四、管子尺寸及数目计算 五、管子在管板上的排列 六、壳体内径的确定 七、附件设计 八、换热器校核（包括换热面积、 壁温、压力降） 九、设计结果概要或设计一览表 目 录 十、对本设计的评述或有关问题的分析讨论 十一、参考文献 十二、工作总结 十三、设计创新点 摘 要 本次课程设计属于化工课程设计的一个重要方面，在工业生产中有着广泛的应用。目的在于考察我们对相关化工原理基本理论知识的掌握程度，提高对化工设备的认知以及培养分工与独立工作的能力。我们的课题为“固定管板式列管换热器的设计”，通过已知的苯进口温度，管程壳程的压力降要求，水的常温温度等条件设计一符合实际工作要求的换热器，并且通过一工艺流程图展现其在某种特定用途下的操作流程。由于水的出口温度并不已知，笔者通过选择合理的泵来推算出其出口温度，进而对后续的计算问题迎刃而解。后期的校核计算中，所得的换热面积、压力降及壁温均符合要求，标明所设计的换热器是满足一定生产负荷下正常工作要求的。 一、固定管板式换热器的介绍 1、固定管板式换热器的结构特点 此种换热器的特点是管束以焊接或胀接在两块管板上，管板分别焊接在外壳的两端并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体上装有流体进出口接管。 2、固定管板式换热器的性能优点 与其他形式的换热器相比，它的结构简单，制造成本较低。管内不易积累污垢，即使产生了污垢也便于清洗。 3、固定管板式换热器的性能缺点 无法对管子的外表面进行检查和机械清洗，因而不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。由于管子和管板与壳体的连接都是刚性的，当管子与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体和管子中将产生很大的温差应力，以致管子扭弯或从管板上脱落，甚至损坏整个换热器。 二、设计方案的确定及流程说明 1、确定设计方案 （1）已知设计条件 ①生产负荷（按每年7200小时计算）：11.6万吨纯苯/年 ②苯进料状况：80℃的液体 ③苯出口状况：55℃的液体 ④冷却介质：循环水（15~35℃） ⑤管程和壳程压降：不大于10kpa （2）设计的前期处理 ①壳程和管程所走流体的选择 选择依据：1）有毒的流体走管程，减少泄漏的机会，而苯是一种可至白血病有毒液体；2）粘性大的或流量小的液体宜走壳程，因流体在有折流板的壳程流动时，在较小的雷诺数（Re100）下，即可达到湍流，有利于提高传热系数，而一般正常温度下，苯的粘性小，水的粘性大；3）苯是高温液体，在管内热膨胀，水是低温流体，在壳内冷缩，从而使管子不会从管板上脱落。 由此，笔者选定让水走壳程，苯走管程。 ②对水的假定 假设所用水的水源来自于清河水，在使用它作为冷却介质前，需对其做一定的化学处理：先通过一净水池将较大的颗粒除去；再通过另一净水池，使用絮凝剂，将钙离子和镁离子沉淀，这样得到的水可近似认为是污垢热阻很小的蒸馏水。同样的，考虑到设备是长期工作的，难免保证水不蒸发、泄露而损耗，需进行定期的补给。 ③水入口温度的选定 笔者假定换热器的常年平均工作温度为20℃，亦即室外温度基本恒定在20℃。符合这样条件的地区分布在大陆的低纬度地区，以广州地区为宜。所以，水入口的温度选择为20℃。 ④水出口温度的设计思路 笔者是通过选择泵来确定水的出口温度的。下面即为设计的思路： 一般情况下，水的流速在1~2.5m/s之间取。 取TR32-160型离心式液下泵（《化工设备设计手册》P1530），已知其体积流量qV=9m3/h,出口直径d为32mm，由u=qV/A解得出口流速为2.07m/s，正好符合上述的流速范围内；由③的选定，得到20℃条件下水的密度为998.2kg/m3，知道质量流量qm=qV*ρ=998.2*9kg/h=2.4955kg/s； 在根据热负荷计算式 Q=ω1Cp1(T1-T2)= ω2Cp2(t2-t1) 可计算得水的出口温度 =40.505℃≈40.50℃ 因此，水的出口温度设定为40.5℃。 其中，热负荷Q=213580J ⑤输送苯对应泵的选择