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E换热器设计.doc
E0401换热器设计
3.2.1设计任务和设计条件
该换热器E0401利用从第一个反应器R0401出来的完成部分变换反应的高温气体(变化气)对进入反应器前的未反应气体(炉气)进行预热,达到降低产品气体的温度,同时加热原料气体至反应温度的目的。反应用二个换热器达到换热目的。已知变化气的流量为 202686.6Nm3/h压力79.95bar 进口温度334℃ 出口温度 305℃ 炉气的流量为 202636.6Nm3/h 压力 81.45bar 进口温度 250℃ 出口温度 275℃ 试设计三台列管换热器,完成该生产任务,三台换热器采用并联方式.
3.2.2确定设计方案
1.选择换热器类型
两流体温度变化情况:变化气 进口温度334℃ 出口温度305℃;炉气 进口温度250 ℃出口温度275℃。初步确定浮头管式换热器。
2.流程安排
通过热流量计算 变换气大于炉气 由于壳程气体传热效果略差 所以变换气走壳程 炉气走管程
3.2.3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
壳程变换气的定性温度为
℃
管程炉气的定性温度为
℃
壳程变换气在319.5℃下的有关物性数据如下:(计算得)
密度 =27.55kg/
定压比热容 =2.0642 kJ/(kgK)
热导率 =0.0995W/(mK)
黏度 =0.0507Pas
管程炉气在262.5℃下的有关物性数据:
密度 =27.46kg/
定压比热容 =1.94 kJ/(kgK)
热导率 =0.06678 W/(mK)
黏度 =0.0731 Pas
3.2.4工艺设计计算
3.2.4.1估算传热面积
1.热流量
变换气(壳程)
=363960273.9KJ/h=101100.07KW
炉气(管程)
=3257285404KJ/h=83777.9KW
由于壳程流体分布不均 影响传热效果 热流量计算取管程
2.平均传热温差 先按纯逆流计算
=57(K)
3.估算传热面积 查表气-气传热系数范围10-35 W/(K) 取较大K值35 W/(K),则估算的传热面积
=48870()
3.2.4.2工艺结构尺寸
1.管径和管内流速
选用较高级冷拔传热管(不锈钢),取管内流速=20m/s
2.管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数
n===2708.5
按单程管计算,所需的传热管长度为
=229.7(m)
按单程管程设计,管过长,选用多管程选取传热管长=10m 则该换热器的管程数为
29.7/10=22.97 取整数 =23(管程)
传热管总根数 =232708.5=35211(根)
3.平均传热温差校正及壳程数
按单壳程,多管程结构,查图得
0.96
平均传热温差
(℃)
由于平均传热温差校正系数大于0.8,同时壳体流体流量较大,故取单壳程合适。
4.传热管排列和分程方法
采用组合排列法,即每程内按正三角形排列,隔板两侧采用矩形排列传热管和管板连接方法采用焊接法 取管心距t=1.25,则
t=1.2525=31.2532(mm)
隔板中心到其最近一排管中心距离
(mm)
各程相邻管的管心距为44mm.每程各有传热管3250根。
5.壳体内径
取管板利用率=0.7 则壳体内径为
=1.0532=7535.8(mm)
按卷制壳体的进级挡,可取D=7600mm.
6.折流板
由于是单壳程无需设置纵向折流板,横向折流板采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为
h = 0.257600=1900(mm)
取折流板间距B=0.5D
B=0.57600=3800(mm)
折流板数
(块)
7.其他附件
壳程入口处应设计防冲挡板
8.接管 壳程流体进出口接管:取接管内气体流速为=20m/s
=3.45698(m)
圆整后=3457mm,管程流体进出口接管:取接管内液体流速=2m/s
=0.0101 (m)
圆整后=10.1mm
3.2.4.3换热器核算
1.热流量核算
(1)壳程表面传热系数 用克恩法计算
=0.020
壳程流通截面积
=1.579()
壳程流体流速及其雷诺数分别为
=11.88(m/s)
==135565.56
普朗特数
黏度校正
1
=1210.15
(2)管内表面传热系数
管程流体流通截面积
3250=1.12510(
管程流体流速
=18.76(m/s)
==147990.99
普朗特数
1351.7
(3)污垢热阻和管壁热阻
管外侧污垢热阻 =0.0002K/W
管内侧污垢热阻 =0.0003K/W
管壁热阻计算,不锈钢在该条件下的热导率为18.49W/(K)
所以
(4)传热系数
=459.9
(5)传热面积裕度
该
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