管式换热器的设计和选型(成文)

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1、化工流体传热课程设计学院化工学院班级化学工程与工艺七班年级2008级姓名白少清学号3008207180指导教师张裕卿15目录一、设计内容简介二、确定设计方案三、确定物性数据四、计算总传热系数五、计算传热面积六、工艺结构尺寸七、换热器核算八、经济核算九、参考文献十、符号说明十一、设计评述15一、设计内容简介1.设计要求：在一反应器的反应过程中,需要将反应过程中挥发出来的溶剂冷却再回流到反应器中,试设计一管壳式换热器,要求能够把挥发出来的溶剂完全都回流到反应器中。溶剂的种类:1)二甲基乙酰胺2)无水

2、乙醇3)2M硫酸水溶液4)120号航空汽油2.设计题目：在某化工生产过程中，需将由反应器中正发出的二甲基乙酰胺气体从其沸点温度166℃降至34℃，反应器的功率为350kW；冷却介质采用当地（天津市）地下水，冷却水入口温度为15℃，出口温度为45℃。试设计一台管壳式换热器，完成该生产任务。二、确定设计方案1.选择换热器的类型由于管壳式换热器具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、清洗方便及适应性强等特点，因此初步确定选用管壳式换热器完成生产任务。2.流动空间及流速的确定该生产任务的热流体为二甲基乙酰胺，

3、冷流体为水。由于冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使冷却水走管程。同时，可使二甲基乙酰胺通过壳壁面想空气中散热，提高冷却效果。所以，二甲基乙酰胺走壳程，冷却水走管程。其中，换热器选用Φ25×2.5的碳钢管，管内流速取0.5m/s。三、确定物性数据1.物性基本数据查取定性温度：可取流体进出口温度的平均值。壳程中二甲基乙酰胺的定性温度为15管程中冷却水的定性温度为根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据①。二甲基乙酰胺在100℃下的有关物性数据如下：密度定压比热容导热系数粘度冷却水在30℃

4、下的有关物性数据如下：密度定压比热容导热系数粘度四、计算总传热系数1.热负荷的计算反应器的热功率,即热负荷为350kW2.计算平均温度差暂设设备为单壳程、双管程考虑，流动状态为逆流。二甲基乙酰胺16634冷却水45151211915计算因数R和P按照单壳程、双管程，温度校正系数应由温度差校正系数算图②查出，因为所以有：3.冷却水用量4.总传热系数K(1)管程传热系数由于水为低粘度流体，Re>10000、0.7

5、)壳程传热系数污垢热阻④五、计算传热面积15六、工艺结构尺寸1.管径和管内流速选用Φ25×2.5的碳钢传热管，取管内流速0.5m/s。2.管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数按单程管计算，所需的传热管长度为按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长l=12m，则该换热器的管程数为3.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，隔板两侧采用正方型排列。横过管束中心线的管数4.壳体内径采用多管程结构，取管板利用率为0.7，则壳体内径为圆整可取D=550

6、mm。5.折流挡板15采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切取的圆缺度为故可取h=140mm。折流挡板间距B=3D，则可取B为160mm。折流板圆缺面水平装配。6.接管(1)壳程流体进出口接管：取接管内二甲基乙酰胺流速为u=1.0m/s，则接管内径为取标准管径为50mm。(2)管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速u=1.5m/s，则接管内径为取标准管径为50mm。七、换热器核算1.热量衡算(1)壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式当量直径，由正三角形排列得15壳

7、程同流截面积壳程流体流速及其雷诺数分别为(2)管程对流传热系数管程流通截面积管程流体流速15(3)传热系数K(4)传热面积该换热器的实际换热面积该换热器的面积裕度为传热面积裕度适合，该换热器能够完成生产任务。2.换热器内流体的流动阻力(1)管程流动阻力15由于Re=12360.76，传热管相对粗糙度为0.005，经查管流摩擦系数、雷诺数和相对粗糙度图⑤可得管程流动阻力在允许范围之内。(2)壳程阻力流体流经管束的阻力流体流过折流板缺口的阻力15壳程流动阻力也比较适宜。(2)换热器主要结构尺寸和计算

8、结果换热器主要结构尺寸和计算结果见下表换热器形式：管壳式换热器管口表换热面积(m2):30.16符号尺寸用途连接形式工艺参数a循环水入口平面名称管程壳程b循环水入口平面物料名称冷却水二甲基乙酰胺c油品入口凹凸面操作压力，MPa0.40.36d油品出口凹凸面操作温度，℃15/45166/34e排气口凹凸面流量，kg/h2795.081165.5f放净口凹凸面流体密度，kg/m3995.7868附图：见最后页流速，m/s0.4970.194传热量，kW350总传热系数，W/m2.K380.21对流床