板式冷却器封头与壳体 室 为法兰连接

　　列管式换热器设计步骤_能源/化工_工程科技_专业资料。化工原理课程设计 山东轻工业学院 列管式换热器设计 2019年11月14日星期 四 页 设计题目 山东轻工业学院 拟用200Kpa的饱和水蒸气将常压下 20℃的苯加热到80℃， ①

　　化工原理课程设计 山东轻工业学院 列管式换热器设计 2019年11月14日星期 四 页 设计题目 山东轻工业学院 拟用200Kpa的饱和水蒸气将常压下 20℃的苯加热到80℃， ①苯的质量流量为50t/h—单号 ②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 Φ25×2.5mm， 长 6m的碳钢钢管 2019年11月14日星期 四 第2页 设计内容 ?设计说明书 化 工 ?布管图 原 理 ?装配图 教 研 室 2019年11月14日星期 四 187 187 山东轻工业学院 169 114 169 第3页 设计说明书 山东轻工业学院 ? 封面 ? 目录 ? 设计任务书 化 ? 前言 工 原 ? 设计计算过程 理 教 ? 附表及相关机械元件尺寸 研 室 ? 设计说明 2019年11月14日星期 四 第4页 设计步骤 山东轻工业学院 ? 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 化 ? 四、换热器尺寸的初步确定 工 原 ? 五、校核计算 理 教 ? 六、进出口管径 研 室 ? 七、校核流体压力降 2019年11月14日星期 四 第5页 山东轻工业学院 一、确定定性温度、物性数据 1. 苯的物性数据 t1 、t2 、tm 、ρ２ 、CP2 、μ2 、 化 λ2 工 原 2. 水蒸汽的物性数据 理 教 Ts 、ρ１ 、γ１ 研 同温度下水的物性 室 ρ 、μ 、λ 2019年11月14日星期 四 第6页 山东轻工业学院 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 化 ? 不需要进行热补偿 工 原 ? 不需要加折流挡板 理 教 研 室 2019年11月14日星期 四 第7页 山东轻工业学院 三、工艺计算 1、热负荷即传热速率Q 化 2、平均温度差Δtm 工 原 理 3、选K值，估算传热面积A初 教 研 室 2019年11月14日星期 四 第8页 山东轻工业学院 1、热负荷即传热速率Q Q ? KA?tm ? ? ? ? 化 工 原 Q ? mS 2cP2 t2 ? t1 ? mS1cP1 T1 ? T2 理 教 研 室 Q ? ms1r 2019年11月14日星期 四 第9页 2、平均温度差Δtm 山东轻工业学院 ? 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） 化 工 原 理 教 研 ?tm ? ?t1 ln ? ?t2 ?t1 室 ?t2 2019年11月14日星期 四 0页 山东轻工业学院 3、选K值，估算传热面积A初 ? 根据条件K值在580～1160 W/m2·℃ （K＝ 680W/m2·℃） 化 工? 原 理 A ? Q K初?tm 教 研 ?选用安全系数Φ＝1.15～1.25 室 ?A初＝ΦA’ 2019年11月14日星期 四 1页 山东轻工业学院 四、换热器尺寸的初步确定 ? 确定管程结构尺寸 化 ? 壳程设计数据 工 原 ? 换热器长径比 理 教 研 室 2019年11月14日星期 四 2页 山东轻工业学院 1、确定管程结构尺寸 ?管子规格 化 ?初步设计总管数 工 原 ?校核流速、确定管程 理 教 ?管间距及排列方式 研 室 2019年11月14日星期 四 3页 山东轻工业学院 （1）管子规格 ? 库存Φ25×2.5mm，L＝3.0m的光滑碳 化 钢钢管 工 原 ? 取管内苯的流速为u0 （0.60 m/s） 理 教 ——苯系易燃易爆物 研 室 流速一般低于1 m/s 2019年11月14日星期 四 4页 山东轻工业学院 （2）初步设计总管数 n ? A初 圆整n” 化 ?dL 工 原 理 教 n” 根———三角形排列管数， 研 室 3a2+3a+1 2019年11月14日星期 四 5页 山东轻工业学院 （3）校核流速、确定管程 化 工 u? ms 2 n? ? 4 ? di2 ? 原 理 教 研 室 管程 m ? u0 （一般双管程） u 2019年11月14日星期 四 6页 山东轻工业学院 （4）管间距及排列方式 ? 管间距t＝（1.25～1.3）d0 ? 采用三角型排列 ? 根据总管数n”确定层数a， 化 工 原 ? 是否弓形排管，确定NT ? 外层六角形对角线上管数 理 教 NTb＝2a+1 研 室 ? 采用胀管法排列 2019年11月14日星期 四 7页 山东轻工业学院 2、壳程设计数据 ? 壳体内径 D＝t（NTb－1）+ 2 b’ t －管间距 化 工 原 理 NTb －外层六角形对角线上管数 b’ －六角形外层管中心到壳体内 教 研 壁距离，取b’＝（1～1.5）d0 室 ? 壳体内径标准圆整到ΦD×δmm 2019年11月14日星期 四 8页 山东轻工业学院 ? 中心拉杆n3根 直径Φ12mm 双管程隔板少排NTb根 ? 实际管数n＝NT－NTb－n3 ? 双管程，每程n/2根排列管子 化 工 ? 实际流速u ，与初设苯流速u0 校核 原 理 教 研 室 u ? ms 2 n 2 ? ? 4 ? d 2 0 ? 2019年11月14日星期 四 9页 山东轻工业学院 3、换热器长径比 ? 确定长径比的取值范围 化 工 原 L 理 教 研 ?4~6 D 室 2019年11月14日星期 四 第20页 山东轻工业学院 五、校核计算 1、校核总传热系数K值 化 工 原 理 2、校核壁温TW 3、校核传热面积A 教 研 室 2019年11月14日星期 四 第21页 山东轻工业学院 1、校核总传热系数K值 化 1 K ? d1 ?2d2 ? RS 2 d1 d2 ? bd1 ?dm ? RS1 ? 1 ?1 工 原 理 ? 管内对流传热系数α2 教 研 ? 管外对流传热系数α1 室 ? 污垢热阻及管壁热阻 2019年11月14日星期 四 第22页 山东轻工业学院 （1）管内对流传热系数α2 ?2 ? 0.023 ? d ? Re0.8 ? Pr0.4 被加热 化 工 原 理 Re ? du? ? 教 研 室 Pr ? CP? ? 2019年11月14日星期 四 第23页 山东轻工业学院 （2）管外对流传热系数α1 ? ?1 ? 0.725 ? ? r? 2 g?3 2 0.25 ? ? ? ?? n 3 ? ? d0 ? ?t ?? 化 工 ?n为水平管束垂直列上的管数 原 理 弓形排管n＝8，弓形不排管n＝7 教 研 室 ?假设管外壁温TW（115.6℃） ?t ? TS ? TW 2019年11月14日星期 四 第24页 山东轻工业学院 （3）污垢热阻及管壁热阻 ? 苯侧污垢热阻RS2＝1.76×10-4m2·℃/W 化 ? 蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小， 工 原 水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计， 理 教 ? 碳钢钢管的导热系数λ＝45 W/m2·℃ 研 室 2019年11月14日星期 四 第25页 山东轻工业学院 （4）校核K值 以外表面计算： 化 工 1 K ? d1 ?2d2 ? bd1 ?dm ? RS d1 d2 ?1 ?1 原 理 教 研 ?计算K值与原设值K初比较 室 使相对误差5% 2019年11月14日星期 四 第26页 山东轻工业学院 2、校核壁温TW Q ? ?1 A?T ? TW ? 化 工 原 理 TW ?T ?Q ?1 A 教 研 室 ? 结果与原假设值TW校核 ——（TW＝115.6℃） 2019年11月14日星期 四 第27页 山东轻工业学院 3、校核传热面积A T t2 化 工 原 理 教 研 t1 室 0 L 2019年11月14日星期 四 ? 水蒸汽侧Ts 不变，一壳 t2 程双管程换 热器平均温 度差与逆流 平均温度差 相等。 2L 第28页 山东轻工业学院 ? 实际所需面积 A ? Q K ? ?tm 化 ?实际提供面积 A ? ?d0Ln 工 原 理 教 ?余度 A ? A ? 20% 研 A 室 2019年11月14日星期 四 第29页 山东轻工业学院 六、进出口管径 ?苯进口管、出口管 化 工 ?水蒸汽进口管径 原 理 ?冷凝水排出口 教 研 室 2019年11月14日星期 四 第30页 山东轻工业学院 1、苯进口管、出口管 ? 取进口流速u1＝1m/s ? 进口直径 化 工 原 理 d ? 4V ?u 教 研 室 ?选用无缝热轧钢管（YB231-64） （Φ150×4.5mm，长200mm） 2019年11月14日星期 四 第31页 2、水蒸汽进口管径 山东轻工业学院 ? 蒸汽用量 G ? Q ? ?1? 0.03? —富裕量3％ r ?蒸汽体积流量 V＝Gν 化 工 ?取蒸汽流速u’＝20 m/s 原 理 教 研 D1 ? 4V ?u 室 ?选用无缝热轧钢管（YB231-64） （Φ219×6mm，长200mm） 2019年11月14日星期 四 第32页 山东轻工业学院 3、冷凝水排出口 ?选用水煤气管 1 1 化 2 工 原 理 Φ42.25×3.25mm，长100mm 教 研 室 2019年11月14日星期 四 第33页 山东轻工业学院 七、校核流体压力降 ? 管程总压力降 化 ? 壳程压力降 工 原 壳程是饱和水蒸汽冷凝， 理 教 阻力很小，不校核其压力降。 研 室 2019年11月14日星期 四 第34页 山东轻工业学院 ?管程总压力降 （P272） ? 总压力降计算公式 ?Pt ? ??Pi ? ?Pr ?? Ft ? N s ? N p 化 工 原 ? 每程直管压力降 ?Pi ?? l di u2? 2 理 ? 每程局部阻力引起的压降 教 研 室 ?Pr ? ??u 2 ? 2 ? 3u 2 ? 2 ?校 核 ΔPt 3.0×104Pa 2019年11月14日星期 四 第35页 山东轻工业学院 ?参数说明 d i —— 管内径; l —— 管长 化 Ft —— 管程结垢校正系数， 三角形为1.5， 工 原 正方形为1.4； 理 教 N s —— 壳程数，1； 研 室 N p —— 一壳程的管程数，2 。 2019年11月14日星期 四 第36页 山东轻工业学院 ?λ 计算 ?取ε＝0.2mm，ε/d=0.01 化 工 ? Re ? du? ? 原 理 教 ?查图可知λ 研 室 （化工原理上册P43图1－28） 2019年11月14日星期 四 第37页 山东轻工业学院 八、换热器尺寸及附属部件 1. 管间距： t＝32.5mm 2. 壳体直径：Φ600×10mm，内径D＝ 580mm 化 工 原 理 3. 壳体材料：碳素钢A3F，钢板卷焊 4. 管子尺寸：Φ25×2.5mm，L＝3.0m， 教 研 n＝164根，双管程 室 5. 布管图 见图纸2-2。 2019年11月14日星期 四 第38页 6、管板 山东轻工业学院 (1)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：Pg＝16kgf/cm2， 化 （见讲义P66表4-8） 工 原 (4)管板与壳体的连接： 理 教 采用法兰连接，拆开顶板可检修或清 研 理管内污垢，法兰尺寸见讲义P111－ 室 115图4－63及表4－27。 2019年11月14日星期 四 第39页 山东轻工业学院 （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s＝10mm。（见 讲义P77表4－19） 隔板 S 化 管板 工 原 理 教 研 室 S＋2 2019年11月14日星期 四 第40页 山东轻工业学院 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， Dg600×10mm GB1154－73 化 工 （2）封头尺寸：曲面高度150mm，直边高 原 理 度40mm。（讲义P142附表1－2） 教 研 ? 管程接口管与封头为焊接，封头与壳体 室 为法兰连接，法兰尺寸与上同。 2019年11月14日星期 四 第41页 山东轻工业学院 8. 管程进出口接管直径：选用无缝热 轧钢管（YB231-64）Φ152×4.5mm 长200mm。 9. 支座的公称直径Dg600mm，每个支 化 座承受的载荷为36.8吨，材料采用 工 原 理 A3F碳素钢；采用鞍形安装。（尺寸 见讲义P117图4－28b，表4－28） 教 研 10. 整个换热器采用卧式安装，安装图 室 见图纸2－1。 2019年11月14日星期 四 第42页 山东轻工业学院 九、参考资料 1. 《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 2. 《化工原理》上册 化学工 原 业出版社，谭天恩主编，1990年。 理 教 3. 《基础化学工程》 科 研 室 学技术出版社，编写组，1980年。 2019年11月14日星期 四 第43页 山东轻工业学院 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 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 化 力可以很大，适应性强。但在传热效率、 工 原 理 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 教 研 次设计所采用的固定管板式换热器是其 室 中简单的一种。 2019年11月14日星期 四 第44页 山东轻工业学院 ?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 化 工 体温度相差无几，因此本次设计不 原 理 采用热补偿装置。 教 研 室 2019年11月14日星期 四 第45页
以上信息由泰州市恒鑫换热设备有限公司整理编辑，了解更多管式换热器,板式冷却器信息请访问http://www.tzxhrq.com