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