管壳式换热器化工原理课程设计.docx

15 - 一、前言 热交换器是进行热交换操作的通用工艺设备,被广泛应用于各个工业部门,尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,其中间壁式换热器用量最大,据统计,这类换热器占总用量的99 %。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。如何确定最佳的换热器,是换热器优化的问题。本说明书对指定有机物进行冷却选择合适的换热器，并且合理安排操作管路以及选择合适的离心泵作出详细的计算说明。 设计任务 班级： 姓名： 学号： 任课老师： 选择一个合适的换热器，冷却78oC的某液态有机物至60oC，此有机物的流量为82kg/s； 合理安排操作管路； 选择一台合适的离心泵； 有机物69oC的物理性质： 冷却水：进口温度t1=20oC； 操作条件：换热器管壳两侧的压降皆不应超过0.1MPa。 目录 一 前言1 二 设计任务2 四 计算明细表4 1 管壳式换热器规格4 2 离心泵的型号规格4 3 计算数据结果记录5 五 计算过程6 1 选择合适的换热器6 1.1 热力学数据的获取6 1.2 计算热负荷和6 1.3 计算温差和估计传热系数6 1.4 估算换热面积7 1.5 计算管程压降和给热系数7 1.6 计算壳程压降和给热系数8 1.7 计算传热系数9 1.8 校核传热面积9 2 安排管路和选择合适的离心泵9 2.1 管径初选9 2.2 压头计算10 六 附录12 七 符号说明13 八 设计说明15 九 参考文献15 四、计算结果明细表 管壳式换热器的规格 公称直径 DN/mm 公称压力 PN/ MPa 管程数 N 管子根数 n 中心排 管数 管程流通面积/m2 换热管长度L/mm 管心距/mm 换热面积/m2 700 4 2 574 27 0.0507 4500 25 150.8 离心泵的型号规格 型号 转速 n/(r/min) 流量 扬程 /m 效率 功率 必需气蚀量 （NPSH）r/m 质量（泵/底座）/kg m3/h L/s 轴功率 电机功率 IS150- 125-250 1450 120 33.3 22.5 71 10.4 18.5 3.0 758/158 200 55.6 20 81 13.5 3.0 240 66.7 17.5 78 14.7 3.5 （3）计算数据结果记录 项目 结果 单位 冷却剂出口温度 40 循环水定性温度 30 热负荷 3276.72 kW 冷却水质量流量 39.25 并流对数平均温差 35.7 逆流对数平均温差 39.0 估算换热面积 147.4 管程流动面积 0.0507 管内冷却水流速 0.78 管程给热系数 3969 摩擦系数 0.036 管程压降 12539.7 Pa 壳程流动面积 0.134 壳程有机物流速 0.61 当量直径 0.0173 m 壳程给热系数 1315 壳程压降 5483.32 Pa 核算传热系数 693 校核传热面积 121.24 冷却水流量 144 总局部阻力系数 21.64 阻力损失 7.5 m 压头（扬程） 15.96 m 五、计算过程 一 选择合适的换热器 1 热力学数据的获取 冷却剂：河水， 从Δtm10℃及防止水中盐类析出为原则，选选择出口温度：t2=40oC 循环水的定性温度： 入口温度为，出口温度为 循环水的定性温度为 两流体的温差 两流体在定性温度下的物性数据如下 物性 流体 温度 ℃ 密度 kg/m3 粘度 mPa·s 比热容 kJ/(kg·℃) 导热系数 W/(m·℃) 有机物 69 997 0.6 2.22 0.16 循环水 30 995.7 0.8012 4.174 0.6171 2 计算热负荷和 由热量衡算 3 计算温差和估计传热系数 并流时， 逆流时， 根据管程走循环水，壳程走有机物，总传热系数K现暂取： 4 估算换热面积 根据可以选择下述标准换热器（查附录得）：（排列方式：正三角形） 公称直径 DN/mm 公称压力 PN/ MPa 管程数 N 管子根数 n 中心排 管数 管程流通面积/m2 换热管长度L/mm 管心距/mm 换热面积/m2 700 4 2 57