管壳式换热器设计书.doc

管壳式换热器设计书.doc

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1、管壳式换热器设计书一、工艺设计1、选择合适的换热器1.1确定物性参数有机液的定性温度:℃水的定性温度:℃两流体在定性温度下的物性数据如下:物性流体密度㎏/m3比热KJ/(㎏·oC)粘度mPa·s导热系W/(m·oC)有机液9502.2610.742×10-30.172水[1]994.8254.1740.764×10-30.6221.2计算热负荷和由热量衡算[2]1.3计算温差和估计传热系数逆流时,而由《化工原理》上册页查图5-19(a)可得:,管程数Np=6所以又因为0.82>,故可选用单壳程的列管换热器。根据管程走有机液,壳程走水,且逆流,总传热系数K的围是2

2、90~870W/(·oC)[4]现暂取:1.4估算换热面积[5]化原P154(5-23)1.5试算和初选换热器的规格又因为有机液走管程且初选,所以设[6]由V=Ms/p=31.58可求得单管程的管子根数:所以据此初选固定管板式换热器规格尺寸为:壳径D=a(b-1)+2L有化工设备机械基础P208表7-4可知,b=25,由表7-5可取a=25mm所以D=25*(25-1)+2*4.5=609mm圆整后为700mm壳径D700㎜管子尺寸Φ19×2mm管程数4管长L4.5m管子总数n546管子排列方法正三角形2、核算总传热系数2.1计算管程给热系数(与假设相一致合适)

3、化原P5(1-13)[7]化原p16(1-26)[8]所以[9]2.2计算壳程对流传热系数换热器中心附近管排中流体流通截面积为:[10]式中折流挡板间距,取200;t=25mm因为是正三角形排列,所以因为所以由正三角形排列得:[11]因为在~围,故可用下式计算[12]壳程中水被冷却,取,所以2.3确定污垢热阻管、外侧污垢热阻分别取为:[13]2.4总传热系数因为管程走有机物,管子材料选用20R,取其导热系数为(m·oC),总传热系数为:[14]化原p145(5-11c),所以合理由前面计算可知,选用该型号换热器时,要求过程的总传热系数为,在传热任务所规定的流动条

4、件下,计算出的为,其安全系数为:故所选择的换热器是合适的。3、核算压强降3.1计算管程压强降[15]前面已算出:,(湍流)取不锈钢管壁粗糙度则,由《化工原理》上册第一章P25的关系图中查得:所以对于的管,3.2计算壳程压强降[16]其中管子为正三角形排列,取F=0.5取折流挡板间距折流挡板数:所以所以由上面计算可知,该换热器管程与壳程的压强均满足题目要求,故所选换热器合适。机械设计1管子数n选Φ的20R无缝钢管,管长4.5m,F为A估其中安排拉杆需减少6根,故实际管数n=549-6=543根2换热管的排列形式采用正三角形排列,由化工设备机械基础表7-4查的层数为

5、12,查表7-5,取板间距a=25mm。3换热器壳体直径的确定其中—换热器径,mmb—正六角形对角线上的管子数,查表7-4的b=25L—最外层管子的中心到壳壁边缘的距离,取圆整后取壳体径4换热器壳体壁厚的计算材料选用20R计算壁厚为:化设p90(4-5)式中:为计算压力,假设一个标准大气压,取=0.1Mpa;700mm;采用双面焊的对接接头100%无损检测,所以=1;[]t=132Mpa(设壳壁温度为70°C)将数值代入上述厚度计算公式,可以得知:查《化工设备机械基础》表4-9得查《化工设备机械基础》表4-11取;GB150-1998《钢制压力容器》中对容器最小

6、厚度的规定是:对碳素钢取所以5换热器封头的选择上下封头均选用标准椭圆形封头,根据JB/T4746-2000标准,封头为DN700×3,查《化工设备机械基础》表4-15得曲面高度,直边高度,材料选用20R钢6容器法兰的选择材料选用16MnR根据JB/T4703-2000选用DN700,PN1.6Mpa的榫槽密封面长颈对焊法兰。7管板7.1管板与壳体的连接本次换热换热管为碳素钢,设计压力<4MPa,设计温度在300℃以,并无明显的应力腐蚀,所以采取胀接的连接方法7.2管板厚度的计算根据《换热器设计手册》第147页,1-6-9得最小厚度为40mm8管子拉脱力的计算计算

7、数据按表项目管子壳体操作压力/Mpa0.10.1材质20钢20R线膨胀系数弹性模量许用应力/Mpa132132尺寸管子根数543排列方式正三角形管间距/mm25管壳壁温差/℃管子与管板连接方式开槽胀接胀接长度/mm50许用拉脱力/Mpa4.01、在操作压力下,每平方米胀接周边所产生的力化设p217(7-9)其中,mm2、温差应力引起的每平方米胀接周边所产生的拉脱力化设P218(7-10)其中由此可知,作用方向相同,都使管子受压,则管子的拉脱力:因此拉脱力在许用围。9计算是否安装膨胀节管壳壁温差所产生的轴向力为:压力作用于壳体上的轴向力:其中=压力作用于管子上的轴

8、向力为:则根据GB151

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