化工原理课程设计管壳式换热器选型.docx

刖百热交换潺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,依据其工作原理可分为:干脆接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器: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,其中管壳式换热版以其高度的牢苑性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的阅历,其设计资料比较齐全,在很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洁、坚固、操作弹性大、应用材料广等优点.管壳式换热涔目前仍是化工、石油和石化行业中运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肯定优势。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，并且合理支配操作管路以及选择合适的离心泵作出具体的计算说明。二、设计任务班级：精细优090姓名：李登峰学号：10092660任课老师：袁苹选择一个合适的换热器，冷却78。C的某液态有机物至60。此有机物的流量为93kgZ:(1)合理支配操作管路：(2)选择台合适的离心泵：(3)有机物69°C的物理性质:p=997kgm=0.6mPas;Cp=2.22kJ.'kg0C;=0.16WmoC.(4)冷却水：进口温度h=20oC:(5操作条件：换热器管壳两侧的压降皆不应超过0.1MPa,三、书目二ift计任务四计算明的表，1管光式换热涔烧格42离心泵的型号烷格43计算数据结果记录5五计算过程61选择合适的换热零61.1 热力学数据的获得61.2 计算热负荷Q和夕川61.3 计算谓差和估计传热系数61.4 估算换热面积71.5 计算管程压降和给热系数71.6 计算光程压降和给热系数81.7 计算传热系数91.8 校核传热面积92支配管路和选择合适的离心泵92.1 管径初选92.2 年头计算IO六附录12七13A说明15九A文献四、计算结果明细表(I)管壳式换熬器的规格公林代祐DMmm公称IK力PNyMPaN管子根数n中心推管教NT首印充通面枳Jm，01.92om换热管K度1.ymt1.1.管心跳11t换热面枳，而3254288)00.007345002523.1(2)离心泵的型号规格型号转速n(r<in)流量扬界效率%功率必需气及量(NPSH)Jfi明量保/K)k8STh1.Zs轴功率电机功率IS65-50-1252JXIOI，1.1721.8581.5432.050/11256.9420691.972.S308.3318.5682.223.0(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371.63kV冷却水质微流量4.45kg/S并流对数平均温差35.70C逆流对数平均温差39.0估算换热面积16.72m'管程流涧面积0.0078m'管内冷却水流速0.57m/s管程给热系数3095.02JF(m2-oc)摩擦系数0.037管程压降6842.1Pa壳程流淌面积0.1215w2壳程有机物流速0.077mfs当量宜径0.0173m壳程给热系数598.71JF(m1-oc)亮程压降44.1Pa核算传热系数412.6Hz(oc)校核传热面积23.09nz冷却水流量16.09m3Zh总局部阻力系数21.99阻力损失9.39m压头扬程)19.7m五、计算过程一选择合适的换热叁1格力学数林的获得冷却剂：河水,从Atm>10C及防止水中盐类析出为原则，选选择出口温度：£=4(rC循环水的定性湿度：入口温度为八=20。(？，出口温度为=401.1C循环水的定性温度为=(20+40)/2=30-C两流体的温差7；-,=69-30=39C<50C两流体在定性温度下的物性数据如下流体温度C密度kgm'粘度mPas比热容kj(kg-C)导热系数W(m*C)有机物699970.62.220.16循环水30995.70.80124.1740.61712计算战负有Q和心2由热量衡算Q=%喙也-7；)=9.3X2,22×(78-60)=371.63kW也=445Ms4.174X(40-20)3计算温J1.“和估计传热系数Km并流时，M=78-20=58°CAt2=60-40=20°C=空二必=生效=-.f,.581.In-1.In一r,201r.In-1.逆流时，1=78-40=38,=60-20=40oCM-A“38-40-I=In-1.138In-4039.0。C依据管程走循环水,壳程走有机物，总传热系数K现新取:K=570W.'n侬据AM可以选择卜述标准换热器（查附录得）：（排列方式：正三角形）公称直径DNfmm公称压力PN/MPa管程数N管子根数n中心排管数NT管程流通面积m21.9×2mm换热管长度1.Zmm管心距11un换热面积m23254288100.007845002523.15计算管程压降例及给热系数,依据标准换热器供应的参数管程流淌面积管内冷却水流速QA1=0.0078m=学63_4.45M/S4.174X(40-20)U.=Re.=上=PMdu024.45=0.57?/S995.7×0.00780.015X0.57X995.70.8012×IoC10626管程给热系数a,ai=0.023Re8Pr0-,d1.=0.023×,H×1062600.015=0.023-J-Re厂VJ(4.174X0X0.8012XIOY0.6171=3095.02»,/(a-OC)取钢的管壁粗糙度为0Imi,则.八/eCSV/O.168丫”dReJI1510626)管程压降p,=1.-+3)/川。丝=f.037×d)'p2I0.015=6842.Pa<0,XMPa6计算亮程压IfA忆及给热系数4挡板间距B取0.9m,：0.037QIIrO995.7x0.57i+3×1.5×2×J2=0.133m/saP,0.0702X997"日产一:成4X(日X0.0252-0.785M、3.14×0.019<0.0192=0.O1.73«*H_而/PM_0.0173X0.133X9/f1.0.6x10-3PrCpft2.22XB1x0.6XItTit0.16壳程中有机物被冷却，(/)=0.95a0=0.36机Re"55Pr%(=0.36×-0-6-X3823055X8.325»0.0173=598.7Ii-/(ff1.-of)97=3823=8.325X0.95取折流挡板间距8=0.9m管束中心线管数Ai=10壳程流淌面积A2=B(D-、JrdI)=0.9×(0.325-10×0.019)=0.1215M9.3997×0.12150.077IBIS0.019×0.077X997=24310.6×IO"因Re>500,4=5Ke-0-2a=5X(2431)“少=0.845管子排列为三角形，F=O5,f=1.15挡板数：N1.(-1=葛-1=4光程压降Ff群ANB+1)+53.5一年0.5×0.845×10×(4+1)+4×3.5-2X0.90.325×1.15×0.077?244.1<O.IM为7计算传热系数K,污垢热阻和管壁热阻管外储污垢热阻n=0.000176m2oCW管内侧污垢热阻阜=0.021.m2oCW2X13+0.000176+0.00021+45.4取钢管壁厚6=2x10"*热导率4=45.4K"K3095.02+598.71=4123/(>20C)8校核传热面积匹6*=23.。斯412.6X39X1所选换热器：A=23.A=23.1=1i7-23.09-所以选择的换热滞符合要求。c二支配管路和选界合适的离心泵1管径加选qa2=4.45kg/sC=纹=A_1.1.×3600=0.00447/s=16.09m'/hr初取水经济流速“=1,5小=0.00298,月=幺1.=-45pu995.7×1.5f-,2,M4×0,00298,_4=N*a*=J=61.6mm由于61.6mm不是标准管径，因此确定d1.=50幽p',995.7×-×0.0524符合经济流速范围故确定：d1.=50m,u=2.28?/S2压头He在水槽液面及压力表处列柏努利方程-+H=+z+-+/,闷闷2g取£=0.1Smm.Md=O.003,Re=d.p=0.05×995.7×2.28/0.8012×IO'3=1.42×IOS查图得A=O.027局部阻力：底阀1个标准90°弯头3个球心阀1个J=8.54=0.75x3<=9.5流入换热器=Q-A=J=(1-O.052/O.3252f=0.95流出换热器g=0.5(1-A,A1.)=0.5(1-O.052/O.3252)=0.49故=8.5+0.75X3+9.5+0.95+0.49=21.99换热器压降pf=6842.YPaG-+1-+组Id)2gPg=0.027X15±5+2199),2.28?6842.10.05)2×9.81995.7×9.819.39即He=PH20000995.7X9.81钢管热导率=45.4Hzm-,-'+z+/.2g+8+2-28-+9.39=19.Im2X9.81u=2.28m/s=>q,=uA.=2.28x”XO.052=O.0045/s=16.12?'/h4依据外和以及IS型离心泵系列特性曲线可以选择里号为1S65-50-125的离心泵。六、附录(1)物理性质流体温度密度kg/m粘度mPas比热容kj(kg-C)导热系数W(m-C)有机物699970.62.220.16循环水30995.70.80124.1740.6171(2)管外侧污垢热阻R*=0.0176,n2C.,W管内侧污垢热阻R,i=0.02Ih2oCW七、符号说明主要符号说明符号意义计就单位A面积m2J定压比热容kJ(kgK)d管径mg重力加速度n2单位重量:流体的机械能损失mI管路长度mm质量kgP虚拟压强PaP流体压强Pa6大气压PaB挡板间距mT周期时间St时间St温度*cU流速m，sq、体积流量m'/sQin质量流量Kg/s肯定粗糙度mm局部阻力系数摩擦系数动力黏度PasP密度Kg,m3Hc有效压头mD换热器壳径mf校正系数fi)光程流体摩擦系数K传热系数W(m2K)N1管子总数Q热流量W或J/Sa给热系数1.V(m2K)热导率Hz(mK)Gr格拉私霰夫数幽耍Nu努塞尔数,Pr普朗特数”Rc雷诺数3下标g气体的m平均W壁面的S克程的t管程的有有机物的八、设计说明(1)须要冷却的有机物走壳程，冷却剂走管程：(2)有机物可以实行逆潦的方式：(3)换热器说明：I采纳光滑管光滑管结构简洁，制造简洁。碇点是它强化传热的性能不足。为了提高换热罂的传热系数,可采纳结构形式多样化的管子，如异性管.透片管.螺纹管等。2选用I92mm的管子。3本设计中采纳4.5米长的管子。4管子的排列形式：本设计中采纳正三角形错列的排列方式,而在隔板两侧采纳正方形直列.5采纳多管程，故管板中间要留有隔板的位.四，6允许折流板的间距与管彳仝有关，取折流板间距B=O.9m(4)管路布置如图所示：t1.t>qmPa(5)管路选择内径50mm的钢管，至少运用卜.列零件：底阀1个：标准90"弯头3个：球心阀1个。(6)由于计算所得有效压头为19.7m,流量为1.6.09m'h,依据离心泵特性曲线和工作点，选取型号为1S65-50-125的离心泵。九、参考文献I王元文，陈连.管壳式换热器的优化设计口,费州化工，2005,30(1)：27-31.2陈敏恒,丛德滋，方图南，等.化工原理.3版.北京：化学工业出版社,2006.