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1、2019年9月27日星期五,第1页,列管式换热器设计,化工原理课程设计,2019年9月27日星期五,第2页,设计题目,拟用200Kpa的饱和水蒸气将常压下20的苯加热到80, 苯的质量流量为50t/h单号 苯的质量流量为40t/h双号 试设计一列管式换热器。 已知仓库中现有252.5mm,长6m的碳钢钢管,2019年9月27日星期五,第3页,设计内容,设计说明书 布管图 187 169 114 装配图 187 169,2019年9月27日星期五,第4页,设计步骤,一、确定定性温度、物性数据 二、换热器的类型及流体走向 三、工艺计算 四、换热器尺寸的初步确定 五、校核计算,2019年9月27日星
2、期五,第5页,六、进出口管径 七、校核流体压力降 八、换热器尺寸及附属部件 九、参考资料 十、对一些问题的说明,2019年9月27日星期五,第6页,一、确定定性温度、物性数据,苯的物性数据 t1 、t2 、tm 、 、CP2 、2 、2 水蒸汽的物性数据 Ts 、 、 同温度下水的物性 、 、,2019年9月27日星期五,第7页,二、换热器的类型及流体走向,卧式固定管板式换热器 水蒸汽走壳程,苯走管程 不需要进行热补偿 不需要加折流挡板 P269-271,2019年9月27日星期五,第8页,三、工艺计算,1、热负荷即传热速率Q 2、平均温度差tm 3、选K值,估算传热面积A初,2019年9月2
3、7日星期五,第9页,1、热负荷即传热速率Q,2019年9月27日星期五,第10页,2、平均温度差tm,由于水蒸汽侧的温度不变,因此可以把两流体的平均温度差看作是逆流来计算 (双管程),2019年9月27日星期五,第11页,3、选K值,估算传热面积A初,根据条件K值在5801160 W/m2 (K 680W/m2),选用安全系数1.151.25 A初A,2019年9月27日星期五,第12页,四、换热器尺寸的初步确定,确定管程结构尺寸 壳程设计数据 换热器长径比,2019年9月27日星期五,第13页,1、确定管程结构尺寸,管子规格 初步设计总管数 校核流速、确定管程 管间距及排列方式,2019年9
4、月27日星期五,第14页,(1)管子规格 库存252.5mm,L3.0m的光滑碳钢钢管 取管内苯的流速为u2 (0.60 m/s) 苯系易燃易爆物 流速一般低于1 m/s,2019年9月27日星期五,第15页,(2)初步设计总管数,n” 根三角形排列管数, 3a2+3a+1,圆整n”,2019年9月27日星期五,第16页,(3)校核流速、确定管程,管程,(一般双管程),2019年9月27日星期五,第17页,(4)管间距及排列方式 管间距t(1.251.3)d0 采用三角型排列 根据总管数n”确定层数a, 是否弓形排管,确定NT 最外层六角形对角线上管数 NTb2a+1 采用胀管法排列,2019
5、年9月27日星期五,第18页,2、壳程设计数据,壳体内径 Dt(NTb1)+ 2 b t 管间距 NTb 最外层六角形对角线上管数 b 六角形最外层管中心到壳体内 壁距离,取b(11.5)d0 壳体内径标准圆整到Dmm,2019年9月27日星期五,第19页,中心拉杆n3根 直径12mm 双管程隔板少排NTb根 实际管数nNTNTbn3 双管程,每程n/2根排列管子 实际流速 ,与初设苯流速u2 校核,2019年9月27日星期五,第20页,3、换热器长径比,确定长径比的取值范围,2019年9月27日星期五,第21页,五、校核计算,1、校核总传热系数K值 2、校核壁温TW 3、校核传热面积A,20
6、19年9月27日星期五,第22页,1、校核总传热系数K值,管内对流传热系数2 管外对流传热系数1 污垢热阻及管壁热阻,2019年9月27日星期五,第23页,(1)管内对流传热系数2,被加热,2019年9月27日星期五,第24页,(2)管外对流传热系数1,n为水平管束垂直列上的管数 弓形排管n8,弓形不排管n7 假设管外壁温TW(115.6),2019年9月27日星期五,第25页,(3)污垢热阻及管壁热阻 苯侧污垢热阻RS21.7610-4m2/W 蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小, 水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计, 碳钢钢管的导热系数45 W/m2,2019年9月27日星期五,第26页,(4)校核K值
7、 以外表面计算:,计算K值与原设值K初比较 使相对误差5%,2019年9月27日星期五,第27页,2、校核壁温TW,结果与原假设值TW校核 (TW115.6),2019年9月27日星期五,第28页,3、校核传热面积A,水蒸汽侧Ts不变,一壳程双管程换热器平均温度差与逆流平均温度差相等。,2019年9月27日星期五,第29页,实际所需面积,实际提供面积,余度,2019年9月27日星期五,第30页,六、进出口管径,苯进口管、出口管 水蒸汽进口管径 冷凝水排出口,2019年9月27日星期五,第31页,1、苯进口管、出口管,取进口流速u01m/s 进口直径,选用无缝热轧钢管(YB231-64)(150
8、4.5mm,长200mm),2019年9月27日星期五,第32页,2、水蒸汽进口管径,蒸汽用量,富裕量3,蒸汽体积流量 VG 取蒸汽流速u20 m/s,选用无缝热轧钢管(YB231-64)(2196mm,长200mm),2019年9月27日星期五,第33页,3、冷凝水排出口,选用水煤气管 42.253.25mm,长100mm,2019年9月27日星期五,第34页,七、校核流体压力降,管程总压力降 壳程压力降 壳程是饱和水蒸汽冷凝, 阻力很小,不校核其压力降。,2019年9月27日星期五,第35页,管程总压力降 (P272),总压力降计算公式,每程直管压力降,每程局部阻力引起的压降,校 核 Pt
9、 3.0104Pa,2019年9月27日星期五,第36页, 管内径; 管长 管程结垢校正系数, 三角形为1.5, 正方形为1.4; 壳程数,1; 一壳程的管程数,2 。,参数说明,2019年9月27日星期五,第37页, 计算,取0.2mm,/d=0.01,查图可知 (化工原理上册P43图128),2019年9月27日星期五,第38页,八、换热器尺寸及附属部件,管间距: t32.5mm 壳体直径:60010mm,内径D580mm 壳体材料:碳素钢A3F,钢板卷焊 管子尺寸:252.5mm,L3.0m,n164根,双管程 布管图 见图纸2-2。,2019年9月27日星期五,第39页,6、管板,(1
10、)管板材料:选用碳素钢A4。 (2)管子在管板上的固定方法:焊接 (3)管板尺寸:Pg16kgf/cm2, (见讲义P66表4-8) (4)管板与壳体的连接: 采用法兰连接,拆开顶板可检修或清理管内污垢,法兰尺寸见讲义P111115图463及表427。,2019年9月27日星期五,第40页,(5)管板与分程隔板的连接:采用单层隔板,隔板材料与封头材料一致,厚度s10mm。(见讲义P77表419),2019年9月27日星期五,第41页,7、封头与管箱,封头与管箱位于壳体的两端。 (1)封头的选择:选用椭圆形封头,Dg60010mm GB115473 (2)封头尺寸:曲面高度150mm,直边高度4
11、0mm。(讲义P142附表12) 管程接口管与封头为焊接,封头与壳体为法兰连接,法兰尺寸与上同。,2019年9月27日星期五,第42页,管程进出口接管直径:选用无缝热轧钢管(YB231-64)1524.5mm 长200mm。 支座的公称直径Dg600mm,每个支座承受的载荷为36.8吨,材料采用A3F碳素钢;采用鞍形安装。(尺寸见讲义P117图428b,表428) 整个换热器采用卧式安装,安装图见图纸21。,2019年9月27日星期五,第43页,九、参考资料,列管式换热器及其设计(讲义) 山东轻工业学院,化工原理教研室编,1987年。 化工原理上册 化学工业出版社,谭天恩主编,1990年。 基
12、础化学工程 上海科学技术出版社,编写组,1980年。,2019年9月27日星期五,第44页,十、对一些问题的说明,列管式换热器是目前化工生产中应用最广泛的一种换热器,它的结构简单、坚固、容易制造、材料范围广泛,处理能力可以很大,适应性强。但在传热效率、设备紧凑性、单位传热面积的金属消耗量等方面还稍次于其他板式换热器。此次设计所采用的固定管板式换热器是其中最简单的一种。,2019年9月27日星期五,第45页,由于水蒸汽的对流传热系数比苯侧的对流传热系数大得多,根据壁温总是趋近于对流传热系数较大的一侧流体的温度实际情况,壁温与流体温度相差无几,因此本次设计不采用热补偿装置。,2019年9月27日星期五,第46页,Thanks Attention,Science and technology, especially strategic high technology, is increasingly becoming the decisive force in economic and social development and the focus of competition in comprehensive national strength.,