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江西科技师范学院食品科学与工程专业《化工原理课程设计》说明书题目名称浮头式列管换热器的设计专业班级_________________________学号________________________________学生姓名___________________________指导教师______________________________年月日2015422,cccc
6996.95xl.32o1o、bp=
0.038xx=
12804.8PQ
10.0152r
996.95Xl.32csrcnAA〃2=3x=
2527.37Vz坨=12804+
2527.3x2xl.5=
45996.3管程流体阻力在允许的范围之内壳程阻力按下式计算%=%，+49F Nts其中M=l,耳=
1.15液体取
1.15流体流经管束的阻力为当管子正三角形排列时尸=
0.5当Re500时，4=5x
9597.5-0-288=
0.3565=
1.1x7790=
30.9*23u0=
0.3555m/si*0Q5552QQQ=
0.5x
0.3565x
30.9x23+lx——=8254pa流体流过折流板缺口的阻力2公pic其中h=
0.25,D=
0.9机2x
0.
25、Ap=8254+4228=12482pa由于该换热器流体的压降在工艺生产的正常范围内，所以壳程流体的阻力比较适宜
3、设备选型本次设计所用部件气体出口型号OQZL材料16MnR,生产厂家慈溪市飞腾机械厂右管箱型号200*100,材料16MnR,生产厂家河北华强科技有限公司垫圈型号GB1230-84,材料16MnR,生产厂家大城县霍辛庄中天五金制品厂螺母M20型号GB617786,材料25,生产厂家河北铺盛和紧固件厂螺柱M20X160型号PEM,材料35,生产厂家吴江华昆精密五金厂换热管型号XUPU,材料20,生产厂家上海煦普电器有限公司折流板型号kaki50,材料Q235-A,生产厂家盐山县亚星管件制造厂螺柱M20X80型号DIN976,材料35,生产厂家西安亚剑石化设备有限公司垫片型号dn,材料耐油橡胶石棉板，生产厂家郑江泰氟龙塑胶有限公司左管箱型号FRP,材料16MnR,生产厂家临煦亿力电子制造厂表2设备选型参数项目及代号数量材料气体出口116MnR右管箱116MnR垫圈M2080Q235-A螺母M208025螺柱M20X1604035定管距06L=6007020换热管120拉杆10Q235-A折流板23Q235-A定距管19*21=9002020螺柱M20x804035右板管116MnR垫片耐油橡胶石棉板1左管箱116MnR垫圈2035Q235A
4、附录及图纸附录1浮头式换热器的设备结构参数项目及代号参数及结果单位壳体内径900mm管径管径19x2mm管长4300mm管数目根790传热面积286mm管程数2壳程数1管心距24mm管子排列正三角形折流板间距225折流板数个23附录2换热器的设计计算结果项目及代号参数及结果单位管程流数
1.3m/s管程表面传热系数
5670.2W/m2-℃管程污垢热阻
0.00026壳程流速
1.30m/s壳程污垢热阻
0.00026热流量1259KW传热温差
26.4K传热系数895W/m2-℃裕度
1.8%
5、总结此换热器为浮头式换热器,换热器两端的管板，一端不与壳体相连浮头可自由沿管长方向浮动，当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时,管束和浮头可在壳体内沿轴方向自由伸缩,可完全消除热应力.而且由于固定端的管板用法兰与壳体相连，管束可以从壳体中抽出，便于清洗检修可在高温高压下工作，一般温度W450C,压力（
6.4兆帕，介质间温差不受限制尽管易结垢的流体也适用，因为其可用于结垢比较严重的场所可用于管程易腐蚀场合，但其结构复杂，金属材料耗量大，成本高在运行中小浮头易发生内漏，不易检查处理但其可完全消除热应力，方便清洗和检修，整个管束可以从壳体中抽出，因此，尽管其结构复杂，造价高，但应用任较普遍
6、参考文献
[1]申迎华，郝晓刚.化工原理课程设计[M].化工原理出版社，北京，
2009.
[2]王志魁.化工原理[M].化工原理出版社，北京，
2010.
[3]钱颂文.换热器设计手册[M].化学工艺出版社，
2002.
[4]聂清德.化工设备设计[M].化学工艺出版社，
1991.
[5]李工祥，陈兰英，崔英德.常用化工单元设计[M].华南理工大学，
2003.目录
1.设计方案
11.1设计条件
11.
1.1换热过程参数
11.
1.2器的选用
11.
1.3被冷却的流体
11.2换热器的整体设计
22.换热器的整体计算
32.1估算传热面积
42.
1.1热流量
42.
1.2冷却水用量
42.
1.3平均传热温差
42.
1.4初算传热面积
42.2工艺结构尺寸
42.3换热器的核算
62.4换热器内降压的核算
82.
4.1管程阻力
82.
4.2壳程阻力
93、设备选型
94、附录及图纸9附录19附录
2105、总结
106、参考文献
101、设计方案换热器是化工、石油、食品及其他许多部门的通用设备，在生产中占有重要地位由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样本次设计用于冷却水的换热器并设计主要的工作部件（如传热面积、管径尺寸、传热气管根数壳体直径、折流板数、接管直径等）尺寸的设计
1.1设计条件
1.
1.1本次设计条件热水经与进料物流换热后，用循环冷凝水将其从80℃冷却到25℃之后，进入吸收塔吸收器可溶性成分，已知热水的进出口温度为80℃和25℃,设循环冷凝水的进出口温度分别为20℃和30℃,根据上述条件，设计一款列管换热器表1热水在换热过程中的参数目项及代号参数及结果测量方法入出口温度80和25℃温度计密度密度计
988.1Kg/m流量60m3/h流量计热导率热导率测量仪
0.648W/m-℃黏度549N^S/m2黏度计
1.
1.2选用的换热器列管式换热器有成为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用主要由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，操作效果好，结构坚固，壳选用的材料范围宽广，操作弹性大，在高温、高压的和大型装置上都采用列管式换热器
1.
1.3被冷却的流体入口温度为80℃,出口温度为25℃的水，流量为60//h表2冷水在换热过程中的参数目项及代号参数及结果测量方法入出口温度20和30℃温度计密度
996.95Kg/m密度计热导率测量仪热导率
0.609W/m-℃病黏度903N—3sl黏度计
1.2换热器整体设计
1.
2.1换热器的选型所选两流体的温度变化为热流体的进口温度为80C,出口温度为25℃；冷流体的进口温度为20℃,出口温度为30℃该换热器用循环冷凝水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热气的管壁和壳体温度之差较大，因此选用选用浮头式列管换热器温差较大时，可选用浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器和滑动管板式换热器列管换热器（又名列管式冷凝器），按材质分为碳钢列管换热器，不锈钢列管换热器和碳钢与不锈钢混合列管换热器三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程流体流经管程或壳程的选择在选择时的原则为传热效果好，结构简单，清晰方便由于循环冷凝水交易结垢，若其流速太低，将快加快污垢增长速度，使换热器的流量下降，所以从总体考虑，循环冷凝水走管程，水走壳程
1.
2.4流体流速的选择流体在管程或壳程的流速，不仅影响表面传热系数，而且影响污垢热阻，从而影响传热系数增加流体流速，将加大和折流四种基本对流传热系数，减小污垢在壁面上的沉淀，即降低污垢热阻，使总传热系数增加因此适宜的流速既要考虑经济权衡又要兼顾结构上的要求根据流体的种类和黏度，取流体流速为
1.3m/h
1.
2.5流动方式的选择流向有逆流、并流、错流和折流四种基本方式在进出口的温度相同的情况下，逆流的平均温差大于其他流向的平均温差所以，本次设计选用逆流的流动方式
1.
2.6流体两端温度的确定入口温度为20℃,出口温度为30℃127冷却剂的选择加热剂的或换热器的的选用根据实际情况而定除满足加热和冷却温度外，还应考虑来源充分，价格便宜，毒性小，不易爆炸，对设备腐蚀性小根据设计条件选用循环冷凝水为本次实验的冷却剂冷却剂应有良好的导热性能和小的中子吸收截面，它与结构材料应有良好的相容性冷却剂的化学稳定性要好，能在较高的温度下工作，以获得较高的热效率，价格应该便宜，使用安全有时冷却剂和慢化剂用同一种物质冷却剂将堆芯热量带出堆外以供利用，本身被冷却返回堆内重新循环水和空气是最常用的冷却剂，可以直接取自大自然，不必特别加工，以水和空气比较，水的比热高，传热膜系数也很高，虽然空气的取得比水更加简便，但结合本次的设计条件，故选用水为本次设计的冷却剂
2、换热器的整体计算
2.1估算传热面积
2.
1.1热流量（忽略热损失）Q=q,,hCpjAT=59286x
4.174x（80-25）=3781/C/r n换热器的热负荷，w；q-分别为冷、热流体的质量流量，KJ/s；mc%,、.厂分别为冷、热流体的平均比热容，KJ/（砧.℃）；%、土2-冷流体的进、出口温度，C；（、丁2-热流体的进、出口温度，℃
1.
1.1却水用量（忽略热损失）q==--------3781*1,---------=325753（心/h）m cc\t
4.1785X103X（30-20）V）pc80-25-30-20=
26.4℃in330-
202.
1.3平均传热温差
2.
1.4初算传热面积由于壳体水压力较高，故可取较大的K值假设K=500W/（m
3.C），则估算传热面积为KAt
26.4x
5002.2工艺结构尺寸221管径管内流速管程流体较清洁,且允许的压降差较高，故选直径为19x2mm较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速Ui=L
32.
2.2管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数325753/%二,3600x
996.95）二395兀,2xl.3；—a.u411按单管程计算，所需的传热管长度为二S“，286=12m7id N{}s按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构根据本设计实际情况，采用非标设计,现取传热管长1=6切，则该换热器的管程数为传热管总根数〃=Ns-2=395x2=790卞艮
2.
2.3平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数计算如下=
0.16730-20按单壳程双管程结构，查温度差校正系数%,值图川得9,=
0.8880-20平均传热温差1=（P,5=
0.88x
26.4=
23.2n n由于平均传热温差校正系数大于
0.8,同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适
2.
2.4传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每壳程内均按正三角形排列取管心距pt=
1.25do,则pt=
1.25xl9=24〃wi,隔板中心至tj离最近一排管中心距离按z=pt/2+6=24/2+6=18mm各程相邻管心距为36mm
2.
2.5壳体直径采用多壳程结构，壳体直径可按式D=L05xpKn”2估算，因为壳程是按正三角形排列的，又是双管程，查管板利用率取值范围川,利用率的取值范围为
0.7〜
0.85,故该取管板利用率为
0.7-
0.85,则壳体直径为=
1.05e y1^7=
1.05X24X J79%7=847按卷制，壳体的进级档，取D=600皿！
2.
2.6折流板列管换热器采用弓形折流板作用是增强流体在管间流动的湍流程度，增大传热效率,同时它还起支撑管床的作用弓形折流板缺口高度应使流体通过缺口时与横过管束时的流速相近，综上所述，故采用弓形折流板，取折流板圆缺高度为壳体内经的20%,则切去的圆缺高度为h=
0.2x900=180/7177故壳可取h=350/nm,取折流板间距B=
0.25D
0.2DBDB=
0.25x900=255mm可取B为250mm传热管长折流板间距
2.
2.7接管壳体流体进出口接管根据管径的实际生产尺寸可取管内径D二100n-4x59286/皿D==73600x
988.11V Tiav
3.14x2圆整后可取管内径为159m管程流体进出口接管取接管内液体流速U2=
2.0根根为_4x59286/3600x
988.1=
0.240m，圆整后取管内径为250mm-V
3.14x
22.3换热器核算
2.
3.1管程传热膜系数按式%=
0.023Re°・8p产计算4二-对流传热系数，W/m2-℃；%-流体的热导率，W/m.℃；4-管内径，m；Re-雷诺数;Pr-普朗特数管程流体流通截面积S.=-
0.0152™=
0.0698/n2X X管程流体流速和雷诺数分别为325753/3600x
996.95“3o明u=i
0.0698=21529R=e
0.903xW3普朗特数
4.
17851030.90310-3…X XXPr=-------------------------------=
6.
200.609«=
0.023x5^x21529°8x
6.2O04=
5670.
6、9，
0.015壳程传热膜系数管子按正三角形排列，传热当量直径为4忠p—dj4使
0.0242--
0.0192IX X24024d=八------------------人=△------------------------------乙=
0.015mee兀d壳程流通截面积\
19、S0=BD1—-立=250x900x1—--=
0.04688m3I PjI24J壳程流体流速及其雷诺数分别为59286/73600x
988.1=
0.3555m/s
0.04688_
0.015x
0.3555x
988.1Re=
9596.
50.549xlO3普朗特数
4.175x
130.549*10-3=
3.5363P%=
0.648/\
0.14黏度校正，因为热水走壳程，被冷却—《
0.95I〃卬%=
0.36义x
9597.5°
3.5363%x
0.95=3278W/m2•℃55x°
0.015/233污垢热阻和管壁热阻，查文献山得，管外侧污垢热阻Ro=O.26xlO-3加
2.c/w,管内侧污垢热阻Ri=
0.26xl0-3m2」c/w已知管壁厚度b=
0.0025根，碳钢在该条件下的热导率为50W/m-℃总传热系数K.总传热系数K为p=895W/m
2.℃K―7j4+R%+bd ad1d Adi iimd,d°,分别为管内径、管外径、平均直径，m%,%-分别为管内、管外的对流传热系数，W//n
2.℃；R「R0-分别为管内、管外的污垢热阻，//C/W；力-换热管的壁厚，m235传热面积校核依下式可得所计算的传热面积S为S=7id lN=
3.14x
0.019x6x790=283/712{T换热器的面积裕度为S283…—7=----X
1.8S160传热面积裕度合适，该换热器能够完成任务
2.4换热器内降压的核算管程阻力轨=M+MYNpE邱\、A2-分别为直管及回弯管中因摩擦阻力而引起的压降，帕F-结垢校正系数，对019x2/n加管子取
1.5；tM-串联的壳程数2吧N=2kp=L-F=\.
5、N=11d2,由Re=21592传热管的相对粗糙度
0.01查图2-Re双对数坐标图⑴速速%=
1.30加/s,p=
996.95Kg/疝，所以。
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