K002固定管板式蒸汽冷凝器

更多资料请向 QQ：1449764239 索要！ 或登录 http://shop71971400.taobao.com/ 1 一．设计任务和设计条件 某生产过程的流程如图所示，反应器的混合气体经与进料物流患热 后，用循环冷却水将其从 110℃进一步冷却至 60℃之后，进入吸收塔吸 收其中的可溶组分。已知混和气体的流量为227301㎏/h，压力为6.9MPa , 循环冷却水的压力为 0.4MPa ，循环水的入口温度为 29℃，出口温度为 39℃ ，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 物性特征： 混和气体在 35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度 31 /90 mkg=ρ 定压比热容 1pc =3.297kj/kg℃ 热导率 1λ =0.0279w/m 粘度 Pas51 105.1 −×=μ 循环水在 34℃ 下的物性数据： 密度 1ρ =994.3 ㎏/m3 定压比热容 1pc =4.174kj/kg℃ 热导率 1λ =0.624w/m℃ 粘度 Pas31 10742.0 −×=μ 二． 确定 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 1．选择换热器的类型 两流体温的变化情况：热流体进口温度 110℃ 出口温度 60℃；冷流 体进口温度 29℃，出口温度为 39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季 操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温 度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。 2．管程安排 从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。 但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度， 使换热器的热流量下贱，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气 体走壳程。 三． 确定物性数据 定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体 进出口温度的平均值。故壳程混和气体的定性温度为 更多资料请向 QQ：1449764239 索要！ 或登录 http://shop71971400.taobao.com/ 2 T= 2 60110 + =85℃ 管程流体的定性温度为 t= 34 2 2939 = + ℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合 气体来说，最可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查 取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气 体的物性数据。 混和气体在 35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度 31 /90 mkg=ρ 定压比热容 1pc =3.297kj/kg℃ 热导率 1λ =0.0279w/m 粘度 1μ =1.5×10-5Pas 循环水在 34℃ 下的物性数据： 密度 1ρ =994.3 ㎏/m3 定压比热容 1pc =4.174kj/kg℃ 热导率 1λ =0.624w/m℃ 粘度 1μ =0.742×10-3Pas 四． 估算传热面积 1．热流量 Q1= 111 tcm p Δ =227301×3.297×(110-60)=3.75×107kj/h =10416.66kw 2.平均传热温差 先按照纯逆流计算，得 mtΔ = K3.48 2960 39110ln )2960()39110( = − − −−− 更多资料请向 QQ：1449764239 索要！ 或登录 http://shop71971400.taobao.com/ 3 3.传热面积 由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的 K 值。假设 K=320W/(㎡ k)则估算的传热面积为 Ap= 2 3 1 674 3.48320 1066.10416 m tK Q m = × × = Δ 4.冷却水用量 m= ipi tc Q Δ 1 = hkgskg /898560/6.249 1010174.4 1066.10416 3 3 == ×× × 五． 工艺结构 尺寸 手机海报尺寸公章尺寸朋友圈海报尺寸停车场尺寸印章尺寸 1．管径和管内流速 选用Φ25×2.5 较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速 u1=1.3m/s。 2．管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 Ns= 612 3.102.0785.0 )3.9943600/(898560 4 2 2 = ×× × = ud V i π 按单程管计算，所需的传热管长度为 L= m nd A so p 14 612025.014.3 674 ≈ ×× = π 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非 标设计，现取传热管长 l=7m，则该换热器的管程数为 Np= 2 7 14 == l L 传热管总根数 Nt=612×2=1224 3.平均传热温差校正及壳程数 平均温差校正系数按式（3-13a）和式（3-13b） 有 R= 5 2939 60110 = − − P= 124.0 29110 2939 = − − 按单壳程，双管程结构，查图 3-9 得 96.0=Δtε 更多资料请向 QQ：1449764239 索要！ 或登录 http://shop71971400.taobao.com/ 4 平均传热温差 46.448.30.96 =×=Δ=Δ Δ 塑mtm tt ε ℃ 由于平均传热温差校正系数大于 0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程 合适。 4.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 两侧采用正方形排列。见图 3-13。 取管心距 t=1.25d0，则 t=1.25×25=31.25≈32 ㎜ 隔板中心到离其最.近一排管中心距离按式（3-16）计算 S=t/2+6=32/2+6=22 ㎜ 各程相邻管的管心距为 44 ㎜。 管数的分成方法，每程各有传热管 612 根，其前后关乡中隔板设置和介质的流通 顺序按图 3-14 选取。 5．壳体内径 采用多管程结构，壳体内径可按式（3-19）估算。取管板利用率 η=0.75 ，则壳体内径为 D=1.05t mmNT 135757.0/12243205.1/ =×=η 按卷制壳体的进级档，可取 D=1400mm 6．折流板 采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的 25%，则切 去的圆缺高度为 H=0.25×1400=350m，故可 取 h=350mm 取折流板间距 B=0.3D，则 B=0.3×1400=420mm，可取 B为 450mm。 折流板数目 NB= 1414.51 450 70001 ≈=−=−折流板间距 传热管长 折流板圆缺面水平装配，见图 3-15。 7．其他附件 拉杆数量与直径按 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 3-9 选取，本换热器壳体内径为 1400mm，故其拉杆直 径为Ф12 拉杆数量不得少于 10。 壳程入口处，应设置防冲挡板，如图 3-17 所示。 8．接管 壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为 u1=10m/s，则接管内径为 299.0 1014.3 )903600/(22730144VD1 = × ×× == πμ 更多资料请向 QQ：1449764239 索要！ 或登录 http://shop71971400.taobao.com/ 5 圆整后可取管内径为 300mm。 管程流体进出口接管：取接管内液体流速u2=2.5m/s，则接管内径为 358.0 5.214.3 )3.9943600/(8985604 2 = × ×× =D 圆整后去管内径为 360mm 六． 换热器核算 1． 热流量核算 （1）壳程表面传热系数 用克恩法计算，见式（3-22） 14.03155.0010 )(PrRe36.0 wed μ μλ α = 当量直径，依式（3-23b）得 ed = md dt o o 02.0 ] 42 3[4 22 = − π π 壳程流通截面积，依式 3-25 得 1378.0) 32 251(1400450)1( =−×=−= t d BDs oo 壳程流体流速及其雷诺数分别为 smuo /1.51378.0 )903600/(227301 = × = 612000 105.1 901.502.0Re 5 =× ×× = − o 普朗特数 773.1 0279.0 105.110297.3Pr 53 −××× = 粘度校正 1)( 14.0 ≈ wμ μ 更多资料请向 QQ：1449764239 索要！ 或登录 http://shop71971400.taobao.com/ 6 Kmwo ⋅=×××= 23 155.0 /5.925773.1612000 02.0 0279.036.0α （2）管内表面传热系数 按式 3-32 和式 3-33 有 4.08.0 PrRe023.0 i i i d λ α = 管程流体流通截面积 1922.0 2 122402.0785.0 2 =××=iS 管程流体流速 smui /306.11922.0 )3.9943600/(898560 × = 35002)10742.0/(3.994306.102.0Re 3 =×××= − 普朗特数 96.4 624.0 10742.010174.4Pr 33 = ××× = kmwi ./588796.43500202.0 624.0023.0 24.08.0 =×××=α （3）污垢热阻和管壁热阻 按表 3-10，可取 管外侧污垢热阻 wkmRo /0004.0 2 ⋅= 管内侧污垢热阻 wkmRi /0006.0 2 ⋅= 管壁热阻按式 3-34 计算，依表 3-14，碳钢在该条件下的热导率为 50w/(m·K)。 所以 wkmRw /00005.050 0025.0 2 ⋅== （4） 传热系数 eK 依式 3-21 有 kmw R d dR d dR d dK o o m ow i oi ii o e ⋅= ++++ = 2/400 )1( 1 αα 更多资料请向 QQ：1449764239 索要！ 或登录 http://shop71971400.taobao.com/ 7 （5）传热面积裕度 依式 3-35 可得所计算传热面积 Ac 为 2 3 1 539 3.48400 1066.10416 m tK QA me c = × × = Δ = 该换热器的实际传热面积为 Ap 267312247025.014.3 mlNdA Top =×××== π 该换热器的面积裕度为 %9.24 539 539673 = − = − = c cp A AA H 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 2． 壁温计算 因为管壁很薄，而且壁热阻很小，故管壁温度可按式 3-42 计算。由 于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保 可靠，取循环冷却水进口温度为 15℃，出口温度为 39℃计算传热管壁温。另外， 由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。 但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最 不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是，按式 4-42 有 nc n m c w w tT t αα αα 11 + + = 式中液体的平均温度 mt 和气体的平均温度分别计算为 =mt 0.4×39+0.6×15=24.6℃ =mT (110+60)/2=85℃ == ic αα 5887w/㎡·k == oh αα 925.5w/㎡·k 传热管平均壁温 更多资料请向 QQ：1449764239 索要！ 或登录 http://shop71971400.taobao.com/ 8 3.32=wt ℃ 壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即 T=85℃。壳体壁温和传热管 壁温之差为 7.523.3285 =−=Δt ℃。 该温差较大，故需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力较大，因此，需 选用浮头式换热器较为适宜。 3．换热器内流体的流动阻力 （1）管程流体阻力 spsrit FNNppp )( Δ+Δ=Δ 1=sN , 2=Np , 2 2u d lp i ii ρλ=Δ 由 Re=35002，传热管对粗糙度 0.01，查莫狄图得 04.0=iλ ，流速 u=1.306m/s, 3/3.994 mkg=ρ ,所以， Papi 4.118712 3.994306.1 02.0 704.0 2 × ××=Δ Paupr 25442 306.13.9943 2 22 = × ×==Δ ρζ Pap 432465.12)25444.11871(1 =××+=Δ 管程流体阻力在允许范围之内。 （2）壳程阻力 按式计算 ssios NFppp )( Δ+Δ=Δ , 1=sN , 1=sF 流体流经管束的阻力 2 )1( 2 o BTCoo u NNFfp ρ +=Δ F=0.5 2419.05880005 288.0 =×= −of 更多资料请向 QQ：1449764239 索要！ 或登录 http://shop71971400.taobao.com/ 9 5.3812241.11.1 5.05.0 =×== TTC NN 14=BN smUO /9.4= =Δ op 0.5×0.2419×38.5×(14+1)× 2 9.490 2× =75468Pa 流体流过折流板缺口的阻力 2 )25.3( 2 o Bi u D BNp ρ −=Δ , B=0.45m , D=1.4m 43218 2 9.490) 4.1 45.025.3(14 2 = × × × −×=Δ ip Pa 总阻力 =Δ sp 75468+43218=1.19× 510 Pa 由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适宜。 （3）换热器主要结构尺寸和计算结果见下表： 参数 管程 壳程 流率 898560 227301 进/出口温度/℃ 29/39 110/60 压力/MPa 0.4 6.9 物性 定性温度/℃ 34 85 密度/（kg/m3） 994.3 90 定压比热容/[kj/（kg•k）] 4.174 3.297 粘度/（Pa•s） 0.742× 310− 1.5× 510− 热导率（W/m•k） 0.624 0.0279 普朗特数 4.96 1.773 设备结构参形式 浮头式 壳程数 1 壳体内径/㎜ 1400 台数 1 管径/㎜ Φ25×2.5 管心距/㎜ 32 管长/㎜ 7000 管子排列 △ 管数目/根 1224 折流板数/个 14 更多资料请向 QQ：1449764239 索要！ 或登录 http://shop71971400.taobao.com/ 10 传热面积/㎡ 673 折流板间距/㎜ 450 管程数 2 材质 碳钢 主要计算结果 管程 壳程 流速/（m/s） 1.306 4.9 表面传热系数/[W/（㎡•k）] 5887 925.5 污垢热阻/（㎡•k/W） 0.0006 0.0004 阻力/ MPa 0.04325 0.119 热流量/KW 10417 传热温差/K 48.3 传热系数/[W/（㎡•K）] 400 裕度/% 24.9% 七．参考文献： 1． 刘积文主编，石油化工设备及制造概论，哈尔滨；哈尔滨船舶工程学 院出版社，1989 年。 2． GB4557.1——84 机械制图图纸幅面及格式 3． GB150——98 钢制压力容器 4． 机械工程学会焊接学会编，焊接 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 ，第 3卷，焊接结构，北京；机 械工业出版社 1992 年。 5． 杜礼辰等编，工程焊接手册，北京，原子能出版社，1980 6． 化工部六院编，化工设备技术图样要求，化学工业设备设计中心站， 1991 年。