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用水冷却甲苯的列管式换热器设计.doc

用水冷却甲苯的列管式换热器设计

跟思绪zhou
2019-03-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《用水冷却甲苯的列管式换热器设计doc》,可适用于高等教育领域

一、设计题目:用水冷却甲苯的列管式换热器设计二、设计任务及操作条件、设计任务:()选择适宜的列管式换热器()核算()在A图纸中绘制换热器结构图、管板结构图、折流结构图设计说明书一份、A图纸一张、操作条件处理能力:甲苯进料量:吨年操作时间:   小时/年甲苯:入口温度℃出口温度℃操作压力     (~)MPa 水:入口温度℃出口温度℃操作压力     (~)MPa         允许压降不大于Mpa厂址:宁波地区。三、设备型式列管式换热器四、设计项目(说明书格式)、封面、任务书、目录。、设计方案简介:对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。、换热器的工艺计算:确定换热器的传热面积并初选换热器规格、核算总传热系数计算压力降、换热器的主要结构尺寸设计。、绘制水冷却甲苯的列管式换热器设计的换热器装配简图。、对本设计进行评述。、参考文献目录设计方案简介  工艺流程概述  选择列管式换热器的类型  列管式换热器的分类  类型的确定  流动路径的选择  换热器的工艺计算及选型  确定物性数据  初算换热器的传热面积  初选换热器规格  换热器核算  压力降的核算  管程压力降  壳程压力降  总传热系数的核算  固定管板式换热器的主要结构尺寸设计  壳体壁厚的确定  管子拉脱力计算  换热器的主要结构尺寸设计参数  换热器装配简图  设计评述  参考文献  设计方案简介工艺流程概述由于循环冷却水较易结垢为便于水垢清洗应使循环水走管程甲苯走壳程。如图甲苯经泵抽上来经管道从接管A进入换热器壳程冷却水则由泵抽上来经管道从接管C进入换热器管程。两物质在换热器中进行交换甲苯从℃被冷却至℃之后由接管B流出循环冷却水则从℃升至℃由接管D流出。图工艺流程草图选择列管式换热器的类型列管式换热器又称管壳式换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。其主要优点是:单位体积所具有的传热面积大以及窜热效果较好此外结构简单制造的材料范围广操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用列壳式换热器。列管式换热器的分类根据列管式换热器结构特点的不同主要分为以下几种:⑴固定管板式换热器固定管板式换热器结构比较简单造价较低。两管板由管子互相支承因而在各种列管式换热器中其管板最薄。其缺点是管外清洗困难管壳间有温差应力存在当两种介质温差较大时必须设置膨胀节。固定管板式换热器适用于壳程介质清洁不易结垢管程需清洗及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。⑵浮头式换热器浮头式换热器一端管板式固定的另一端管板可在壳体内移动因而管、壳间不产生温差应力。管束可以抽出便于清洗。但这类换热器结构较复杂金属耗量较大浮头处发生内漏时不便检查管束与壳体间隙较大影响传热。浮头式换热器适用于管、壳温差较大及介质易结垢的场合。⑶填函式换热器填函式换热器管束一端可以自由膨胀造价也比浮头式换热器低检修、清洗容易填函处泄漏能及时发现。但壳程内介质有外漏的可能壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。⑷U形管式换热器U形管式换热器只有一个管板管程至少为两程管束可以抽出清洗管子可以自由膨胀。其缺点是管内不便清洗管板上布管少结垢不紧凑管外介质易短路影响传热效果内层管子损坏后不易更换。U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大的场合尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。类型的确定所设计的换热器用于冷却甲苯甲苯:入口温度℃出口温度℃水:入口温度℃出口温度℃该换热器的管壁温和壳体壁温之差满足Tmtm==℃﹤℃两流体温度差不大。加上固定管板式换热器结构简单、造价低廉所以本设计选用固定管板式换热器且不需考虑热补偿。流动路径的选择本设计为两流体均不发生相变的传热过程因水的对流传热系数一般较大且易结垢故选择冷却水走换热器的管程甲苯走壳程。换热器的工艺计算及选型确定物性数据水的定性温度℃甲苯定性温度℃查得水、甲苯在各自定性温度下的物性数据:表定性温度下各流体物性密度(kgm)比热容(kJ(kg·℃))黏度(Pa·s)导热系数(wm·℃)水×甲苯×     初算换热器的传热面积⑴计算热负荷和冷却水流量Q=Whcph(TT)=×××()=W⑵计算两流体的平均温度差。先按单壳程单管程进行计算逆流时的平均温度差为℃  有关参数 根据RP值查《化工原理》P图可读得温度校正系数φΔt=则平均温度差Δtm=Δtm’φΔt=×=℃⑶按经验数值初选总传热系数K(估)选取K(估)=W(m·℃)⑷初算出所需传热面积初选换热器规格对于易结垢的流体为方便清洗采用外径为Φmm的管子。由于Tmtm=℃因此不需考虑热补偿。再由换热面积查《换热器设计手册》P表选定GⅠ型换热器有关参数见下表。表 所选换热器结构基本参数公称直径mm:公称压强MPa:公称面积m:管程数: 管子尺寸mm:Φ×管长m:管子总数:管子排列方法:正三角形排列查《化工设备机械基础》p表壳体直径为~时拉杆数量为个。由《换热器设计手册》P式计算实际传热面积:So=nπd(Lδ)=()×××(×)=m若选该型号的换热器则要求过程的总传热系数为W(m·℃)换热器核算压力降的核算管程压力降∑Δpi=(ΔpΔp)FtNp   其中Ft=Np=。管程流通面积设管壁粗糙度ε=mmεdi==查《化工原理》P图第一章中λRe关系图中查得:λ=所以则∑Δpi=()××=Pa壳程压力降∑Δpo=(Δp’Δp’)FsNs   其中Fs=Ns=查《化工原理》P:管子为正三角形排列F=。nc=√n=√≈查《换热器设计手册》P表取折流挡板间距h=m壳程流通面积Ao=h(Dncdo)=×(×)=mfo=Reo=×=所以 ∑Δpo=()×=Pa计算表明管程和壳程压强都能满足题设(不大于MPa)的要求。总传热系数的核算⑴管程对流传热系数αiRei=(湍流)W(m·℃)⑵壳程对流传热系数αo 由《化工原理》P式a计算即查《化工设备机械基础》p表取换热器列管之中心距t=mm则流体通过管间最大截面积为A。=hD()=××(壳程中甲苯被冷却取所以W(m·℃)⑶污垢热阻参考《化工原理》附录p表污垢系数取为m·KkW则管、内外侧污垢热阻分别为Rsi=m·℃WRso=m·℃W⑷总传热系数Ko管壁热阻可忽略时总传热系数Ko为=W(m·℃)由上面计算可知选用该型号的换热器时要求过程的总传热系数为W(m·℃)在规定的流动条件下计算出的Ko’为W(m·℃)有故所选的换热器是合适的其安全系数为=。固定管板式换热器的主要结构尺寸设计固定管板式换热器的主要构件有封头、筒体法兰、管板、筒体、折流板(或支撑板)、接管、支座等。壳体壁厚的确定选取设计压力pc=Mpa壳体材料为QB查《化工设备机械基础》p附录得其相应的许用应力σt=Mpa查《化工设备机械基础》p表焊缝系数取为Di=mm故计算厚度:根据《化工设备机械基础》p取C=mm负偏差C取mm。圆整后δn=mm即壳体壁厚为mm。管子拉脱力计算根据《化工设备机械基础》p取胀接长度l=mm根据《化工设备机械基础》p附表查地碳钢线膨胀系数αl=×mm(mm·℃)弹性模量E取为×Mpa根据《化工设备机械基础》p,表许用拉脱力取为Mpa。

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