管壳式卧式换热器设计说明书

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1、管壳式卧式换热器设计说明书1设计题目管壳式卧式换热器设计2设计条件某厂用循环冷却水甲苯从80冷却到50,甲苯年处理能力为44500t/a，压力为6.5MPa，循环冷却水的入口温度为25，出口温度为35，要求冷凝器允许压降不大于500000Pa；试设计一台管壳式卧式换热器完成该生产任务。每年按330天计算，每天24h连续运行。表1主要物性参数流体定性温度/℃密度kg/m3粘度mPa·s比热容热导率甲苯708660.4551．91kJ/(kg·K)0.1273W/(m·K)循环冷却水30994.30.7424.174kJ/(k

2、g·℃)0.624W/(m·℃)3设计内容和要求(1)标题页(2)目录(3)确定设计方案(4)传热面积计算(5)工艺结构尺寸计算(6)换热器校核(7)换热器主要结构参数和设计结果一览表(8)换热器工艺条件图(9)自设计使用该换热器的工艺流程图(10)对本设计的评价(11)参考文献124设计内容4.1选择换热器的类型本设计中循环冷却水甲苯选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：①温差不大；②温差较大但是壳程压力较小；③壳程不易结构或能化学清洗。本次设计条件满足第②种情况。另外，固定管板式换热器具有单位体

3、积传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。4.2流动方向本冷却器的管程走循环冷却水，壳程走甲苯。热空气和冷却水逆向流动换热。4.3估算传热面积4.3.1.热流量甲苯的质量流W=44500t/a=44500×103/(330×24)=5618.687kg/h热流量为Q=Wcp(T1－T2)=5618.687×1.91×（80－60）=21463

4、3.8kJ/h=59620.5W4.3.2.平均传热温差==38℃124.3.3.传热面积初步设定设K‘=200W·m-2·℃-1。则估算的传热面积为m2取安全系数1.2，则A=9.705m4.3.4冷却水用量Wo=kg/h4.4主体构件的工艺结构尺寸4.4.1管程数和传热管数选用φ25×2.5mm的传热管(碳钢管)；do=25mm,di=20mm管子根数：n=A÷πdol=41.2≈42中心线或中心线附近管子根数nc=11取管程数为2，则N=n+拉杆+5=42+6+5=534.4.2平均传热温差校正平均传热温差校正系数=

5、=2==0.182温度校正系数为×＝0.9712平均传热温差校正为△tm=×△tm’=0.97×38=36.86(℃)4.4.3传热管的排列采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。其中，每程内的正三角形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高，相同的壳程内可排列更多的管子。4.4.4壳体内径取管间距：t＝32mm，则得D=489.38mm可取D为509mm4.4.5折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则取折流板数12，则折流板

6、间隔：h==0.234.4.6计算接口直径1.计算循环冷却水进出口管径，设流速u=0.5m/s所以选用直径为65mm的管子。122.计算甲苯进出口管径所以选用直径为70mm的管子。4.5换热器主要传热参数核算4.5.1热量核算(1)壳程对流传热系数对于圆缺形折流板，可采用克恩公式ho=其中：①当水做冷却剂时，粘度校正为=1.05②当量直径，管子为正三角形排列时，de＝＝＝0.0202m③壳程流通截面积So=hD(1－)=0.23×0.509×（1－）＝0.0257m2④壳程冷却水的流速及其雷诺数分别为Go＝=5618.68

7、7÷0.0257=218625.95kg/(s·m2)12Reo＝＝=2696⑤普朗特准数Pr＝==6.83因此，壳程水的传热膜系数ho为ho=0.36×0.1273/0.0202×26960.55×6.831/3×1.0=329.6W/(m2·℃)(2)管程对流传热系数其中：hi=①管程流通截面积Si==0.0066m2②管程空气的流速及其雷诺数分别为Gi＝=779115.2kg/(h·m2)=216.42kg/(s·m2)Re＝＝=5833.45de＝＝=0.029m③普兰特准数Pr＝==4.96因此，管程空气的传热膜

8、系数hi为=1548.64W/(m2·℃)(3)基于管内表面积的总传热系数Ki12污垢系数：管内侧Ro＝0.000344m2·℃·W-1管外侧Ri＝0.0005191m2·℃·W-1管子材质金属的导热系数λ＝116.3W·m-1·℃-1=0.0048解得：＝208W/(m2·℃)此计算值与前面的初设值K