化工原理课程设计--列管式换热器设计汇总

反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃ 进一步冷却至 60℃ 之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混合气体的流量为 39000㎏∕h，压力为 6.9 MPa，循环冷却水的压力为 0.4 MPa，循环冷却水的入口温度为 29℃，出口温度为 39℃，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。

一． 确定设计方案

1.选择换热器的类型

两流体温的变化情况：热流体进口温度110℃ 出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度为39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。 2.管程安排

从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。

但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，应使循环水走管程，混和气体走壳程。

二、计算定性温度，确定流体特性

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。故壳程混和气体的定性温度为 T=管程流体的定性温度为

T=

39?29?34℃ 2110?60 =85℃ 2 列管式换热器工艺设计

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

混和气体在85℃下的有关物性数据如下： 密度 ?1?90kg/m3 定压比热容 cp1=3.297kJ/kg*℃

热导率 ?1=0.0279w/m*℃ 粘度 ?1=1.5×10-5Pa*s 循环水在34℃ 下的物性数据： 密度 ?1=994.3㎏/m3 定压比热容 cp1=4.174kJ/kg*K 热导率 ?1=0.624w/m*K 粘度

?1=0.742×10-Pa*s

3

三、计算热负荷和载热体用量 1.热负荷：

Q=m1cp1?t1

=23000×3.297×(110-60)=kJ/h =105300kw

2.冷却水用量Wc=Q/cpc(t2-t1)= 3.791×106÷[4.174×(39-29)]=91000kg/h 四、按逆流初算传热平均温度差

?tm1=

(110?39)?(60?29)?48.3K

110?39ln60?29五、初选传热系数和计算传热面积

1.由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值。 假设K=320W/(㎡k)

2.22222估算的传热面积为：

A1=Q÷（K△tm1）=68.1m2 考虑 10%~20%的安全系数 A=A1×1.1=74.8m2 六、工艺结构尺寸

1．管径和管内流速 选用Φ25×2.5传热管（碳钢），取管内流速u1=1.2m/s。 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

V Ns=

?4diu29.1?104/(3600?994.3)??80.9 20.785?0.02?1按单程管计算，所需的传热管长度为 L=

Ap?dons?74.8?12m

3.14?0.025?81按单程管设计，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l=3m，则该换热器的管程数为 Np=?12=4 3传热管总根数 NT=81×4=324 根

3.传热温差校平均正及壳程数 平均温差校正系数： R=

T1-T2110?60??5 t2?t139?29 P=

t2?t139?29??0.124 T1?t1110?29按单壳程，双管程结构，查【国防工业出版社《化工原理》（第二版）】：图4-25（a）得：

??t?0.96

平均传热温差 ?tm???t?tm1?0.96?48.3?46.4K

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。

4.传热管排列和分程方法

采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。见【化学工业出版社《传热应用技术》】：P86图1-80。

取管心距a=1.25d0，则 a=1.25×25=31.25≈32㎜ 管束最外层管子的中心与壳体内表面的距离： S=a/2+6=32/2+6=22㎜

各程相邻管的管心距为44㎜。见【化学工业出版社《传热应用技术》】：P8表1-21 管程数的确定，每程各有传热管114根，其前后管程中隔板设置和介质的流通顺序按【化学工业出版社《传热应用技术》】：P87图1-81选取。 横过管中心线的管数：Nc=1.19

324=21根

5．壳体内径 采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率η=0.75 ，则壳体内径 为：

D=1.05a

NT/??1.05?32324/0.75?704mm

按卷制壳体的进级档，可取D=800mm

筒体直径校核计算：

壳体的内径Di应等于或大于（在浮头式换热器中）管板的直径，所以管板直径的计算可以决定壳体的内径，其表达式为：

?2b' Di?t（nc?1）

取b'=1.2d0=1.2?25=30mm

?Di=32 ?（21-1）+2 ?32=704mm 按壳体直径标准系列尺寸进行圆整：

Di=800mm

6．折流挡板 采用圆缺形折流挡板，去折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为

h=0.25×800=200m，故可取h=200mm

取折流板间距B=0.3D，则 B=0.3×800=240mm，可取B为240mm。 折流板数目

【化学工业出版社《传热应用技