水蒸气加热苯列管式换热器的设计

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1、水蒸气加热苯列管式换热器的设计（6）一、工艺条件用150KPa的饱和水蒸气将20℃的苯加热到75℃，苯的质量流量为30、35、40、45吨/小时，试设计一列管式换热器，要求其管程压降小于70kPa。二、设计内容1、合理的参数选择和结构设计；2、工艺计算，包括传热计算和压降计算等；3、主要设备工艺尺寸设计。三、设计成果设计说明书一份。A.设计方案简介我生产的主要工艺流程是苯进入换热器，饱和水蒸气走壳程，冷却剂苯走管程冷却饱和水蒸气。B.列管式换热器的设计（一）.设计任务和操作条件;需要用150KPa的饱和水蒸气将常压下20℃的苯加热到75℃，苯的

2、质量流量为45吨/h。试设计一列管式换热器,要求换流器的管程压降小于30KPa，设计完成上述任务的列管式换热器。（二）.确定设计方案;1.选择换热器类型两流体温度变化情况,热流体进口温度为111℃,出口温度为111℃,冷流体进口温度为20℃,出口温度为75℃.该换热器用水蒸气加热,两流体的温差不是很大,故采用固定管板式换热器.2.由于水蒸气,易于排除冷凝液,故安排走管间(壳程),根据黏度等性质,苯安排走管内(管程).3.确定物性系数a.定性温度可取流体进出口温度平均值;壳程流体(苯)的定性温度:47.5℃管程流体(饱和水蒸气)的定性温度:t=1

3、11℃b.根据定性温度查得管.壳程流体的物性数据;苯在47.5℃下的有关物性参数如下：密度ρ1＝856.11kg/m3定压比热容Cp1＝1.763kJ/kg℃热导率λ1＝0.1407W/m?0C粘度μ1＝0.4412mPa?s饱和水蒸气在111℃下的物性参数如下：密度ρ2＝951.01kg/m3定压比热容Cp2＝4.234kJ/kg℃热导率λ2＝0.6851W/m?0C粘度μ2＝0.259mPa?s(三).估算传热面积;1.计算热负荷（忽略热损失）2.饱和水蒸气用量（忽略热损失）3.传热平均温度差先按逆流计算:饱和水蒸气:111℃→111℃苯:

4、75℃←20℃36℃91℃由于△T1/△T2<2;所以:℃(四)．初算传热面积;参照传热系数K的大致范围，取K=430W/（m²?0c）则估算传热面积:考虑15%的面积裕度,则实际面积:(五).工艺结构尺寸;1.选管规格;选用Ф25mm×2.5mm的无缝废旧钢筋调直机，内径,,管长5.2.总管数和管程数;总管子根数：单程时的流速：u单程时流速较低，为提高效果，考虑用多程，按管程流速的推荐范围，选管程的流速为U=0.75，所以管程数：Np==23.确定管板布置；为便于排布，管的数目一般采取管程的倍数，即：n=128根，我们采用正三角形的

5、排布方式，管与管板采用焊接的结构。离心距取：a=1.25=32mm横过中心线管数：=1.1==13根4．管体内径的确定；采用多管程结构，取管板利用率η=0.75，则壳体内径为：按壳体标准圆整取换热管长径比，在推荐范围内，比较合适，可采用卧式装置。5．实际管数的确定；由管板布置可以知：排管数总数确定为128根；参考有关数据资料可知：管板厚度为40mm，设管子与管板焊接时伸出管板长度为3mm，所以换热器实际传热面积为：A=n（-2）=49.43管程实际流速6．折流挡板数；采用弓形折流板，取圆缺形折流板面积为壳体面积的25%，则切去圆缺高度为：因壳程

6、为单相上海普陀保洁公司流体，所以折流板缺口饱和水蒸气平上下布置。缺口上下的折流板底部开一90度小缺口，以便停器时排净器内残液。取折流板间距：B=0.3D则折流板数：7．其它附件选拉杆直径为16mm，拉杆数量为6根。8．接管a．管程流体进口接管。取管内流速u=0.7m/s则接管内径：按管子标准圆整=170mm的无缝钢管。b．壳程流体进出口接管。取管内流速u=5.0m/s则接管内径：按管子标准圆整无缝skf轴承。（六）．换热器校核;Ⅰ.传热面积校核;1．总传热系数K的计算;a.管内传热膜系数：按式计算，流体被加热，取n=0.4b.管外传热膜系数：管

7、子按正三角形排列，则传热当量直径为壳程流通截面积：壳程流体流速：壳程中饱和水蒸气被冷却，取c.污垢热阻和管壁热阻查附录六，管内、外侧热阻分别取，；已知管壁厚度δ=0.0025m；取碳钢导热系数d.总传热系数K为2．传热面积校核;所需传热面积前已算出换热器的实际传热面积49.43，则：说明该换热器有16%的面积裕度，在10%-25%范围内，能够完成生产任务。Ⅱ.壁温的计算;传热管壁温可由下式估算已知;;;;换热管平均壁温为：壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即TW=1110C。壳体壁温与换热器壁温之差为：该温差小于500C，故不需设置温差补偿

8、装置。Ⅲ.核算压力降;1.管程压力降：已知;.4;;u=0.73m/s;(层流)。λ=2.壳程压力降已知：Fs=1.15;Ns=1,有管子按正三角形排