乙醇管壳式换热器课程设计

管壳式换热器设计课程设计XXX课程设计：管壳式换热器设计学院：机械与XXX专业：热能与动力工程专业班级：11-02班指导老师：小组成员：目录第一章：设计任务书第二章：管壳式换热器简介第三章：设计方法及设计步骤第四章：工艺计算4.1 物性参数的确定4.2 核算换热器传热面积4.2.1 传热量及平均温差4.2.2 估算传热面积第五章：管壳式换热器结构计算管壳式换热器是常用的热交换设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等行业。

本次课程设计旨在设计一台管壳式换热器，以满足特定工艺条件下的换热需求。

在设计之前，需要了解管壳式换热器的基本结构和工作原理。

管壳式换热器由外壳、管束、管板、管箱、管夹等部分组成。

热量通过内置于管束中的流体在管内传递，再通过管壳间的流体传递到外壳中，从而实现热交换。

设计过程中，需要确定流体的物性参数，包括密度、比热、导热系数等。

同时，还需要核算换热器传热面积，以满足特定的传热需求。

传热量和平均温差是计算传热面积的重要参数，而估算传热面积则需要考虑流体的流动状态、管束的排布方式等因素。

最终，我们将根据设计要求进行管壳式换热器的结构计算，确定外壳、管束等部分的尺寸和数量，以满足特定工艺条件下的换热需求。

第一章设计任务书本项目旨在设计一台管壳式换热器，用于将煤油由140℃冷却至40℃。

处理能力为10t/h，压强降不得超过100kPa。

具体操作条件为：煤油的入口温度为140℃，出口温度为40℃，冷却水的入口温度为26℃，出口温度为40℃。

2.第二章管壳式换热器简介管壳式换热器是石油化工行业中应用最广泛的换热器。

尽管各种板式换热器的竞争力不断上升，但管壳式换热器仍然占据着换热器市场的主导地位。

目前，各国为提高这类换热器性能进行的研究主要集中在强化传热、提高对苛刻工艺条件的适应性以及开发适用于各类腐蚀介质的材料。

此外，结构改进也是向着高温、高压、大型化方向发展的必然趋势。

5.1 换热管计算及排布方式在设计管壳式换热器时，需要计算并确定换热管的数量、直径和排布方式。

管壳式换热器课程设计一、管壳式换热器的介绍管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热面的清洗比较方便、高温和高压下亦能应用。

但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热面积所需金属的消耗量等方面均不如一些新型高效率紧凑式换热器。

管壳式换热器结构组成：管子、封头、壳体、接管、管板、折流板；如图1－1所示。

根据它的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。

二、换热器的设计2.1设计参数参数名称壳程管程设计压力（MPa） 2.6 1.7操作压力（MPa） 2.2 1.0/0.9（进口/出口）设计温度（℃） 250 75操作温度（℃） 220/175(进口、出口) 25/45(进口/出口)流量（Kg/h） 40000 选定物料（-）石脑油冷却水程数（个） 1 2腐蚀余度（mm） 3 -2.2设计任务1. 根据传热参数进行换热器的选型和校核2.对换热器主要受压原件进行结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、支座等。

3.设计装配图和重要的零件图。

2.3热工设计2.3.1基本参数计算2.3.1.1估算传热面积-=220-45=175-=175-25=150因为,所以采用对数平均温度差算术平均温度差：=P=R=查温差修正系数表得因此平均有效温差为0.82放热量考虑换热器对外界环境的散热损失,则热流体放出的热量将大于冷流体吸收的热量，即：取热损失系数,则冷流体吸收的热量：由可的水流量：==31372.8这里初估K=340W/(),由稳态传热基本方程得传热面积：=16.552.3.1.2由及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数选取管径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。

从而查《换热器设计手册》表1-2-7，即下表公称直径管程数管子根数中心排管管程流通换热面积换热管长换热管排列规格及排列形式：换热管外径壁厚：d=50mm排列形式：正三角形管间距： =32mm折流板间距：2.1.1.3实际换热面积计算实际换热面积按下式计算2.2计算总传热系数，校核传热面积总传热系数的计算式中：——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)；——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)；,——分别为管外、管内流体污垢热阻，(m2·K) /W；—管壁厚度，m；——管壁材料的导热系数，W/(m2·K) oαiαiorr,δwλ2.2.1管内传热膜系数管内未冷却水流入，其速度为：雷诺数：对于湍流，由Dittus –Boelter关系式，有传热膜系数：其中，普朗特数： =4.87由于冷却水要被加热,故取n=0.4,即管内传热膜系数为：=927.4W/()2.2.1管外传热膜系数因换热管呈正三角形排列，根据Kern法当量直径：=故0.55流体流过管间最大截面积是其中壳体内径估算为=0.37因此，=0.216.7=雷诺数：普朗特数：壁温可视为流体平均温度，即：2.2.3总传热系数因为有污垢热阻，因此查看表《GB151-1999管壳式换热器》可有管外有机物污垢热阻：/W管内冷却水污垢热阻：/W插入法得到=因此得到故2.2.4总换热面积由稳态传热基本方程：=8.5（1+25%）=10.62.3计算管程压力降管程压力降有三部分组成，可按照如下公式进行计算—流体流过直管因摩擦阻力引起的压力降，Pa;--流体流经回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa;—流体流经管箱进出口的压力降，Pa;—结构矫正因素，无因次，对Φ25×2.5mm，取为1.4；--管程数，取2；--串联的壳程数，取1其中：对光滑管，Re=3时，由伯拉修斯式，得：因此，因此，管程压力降在允许范围内1.3.2壳程压力降采用埃索法计算公式：式中：--流体横过管束的压力降，Pa;--流体通过折流板缺口的压力降，Pa;—壳程压力降的结垢修正系数，无因此，对液体取1.15;其中：式中：F—管子排列方法对压力降的修正系数，对三角形F=0.5;—壳程流体摩擦系数，当Re>500时，;--横过管束中心线的管子数，对三角形排列;--按壳程流通截面积计算的流速，。

目录设计任务书------------------------------------------------------2 设计题目---------------------------------------------------2设计依据---------------------------------------------------2设计要求---------------------------------------------------2物料衡算、热量衡算-------------------------------------2产品冷却器选型及校核---------------------------------------16参考文献及资料------------------------------------------------21主要符号说明---------------------------------------------------21设计任务书一、设计题目：乙醇水精馏系统产品冷却器设计二、设计依据：1、产量：年产20万吨95%工业乙醇2、年工作时间：300天3、原料乙醇：浓度50%（质量）,出库温度25℃4、产品乙醇：浓度95%（质量），入库温度40℃5、乙醇回收率：99.5%6、原料乙醇泡点进料，回流比R=37、循环冷却水进口温度：25℃8、再沸气饱和水蒸汽温度：150℃9、系统散热损失：不考虑系统散热损失10、换热器KA值裕度：20～40%三、设计要求：第一节：物料衡算、热量衡算1.精馏塔物料衡算查《化学工程手册》，乙醇、水的相对分子质量为M乙醇=46.07g/mol，M水=18.02g/mol由原料乙醇质量浓度为50%得原料乙醇的摩尔分率为：F=50%/M X 50%/M M 50%/46.07=50%/46.07+50%/18.02=0.2812乙醇乙醇水+50%/ 由产品乙醇质量浓度为95%得产品乙醇的摩尔分率为：D 95%/X =95%/95%/46.0795%/46.075%/18.020.8814M M =+=乙醇乙醇水+5%/M 原料F 、塔顶馏出液D 的平均相对分子质量：F X M /F F M X g mol=⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=25.91乙醇水（1-）=0.2812（1-0.2812） D D D X M 8814881442.74/M X g mol =⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=乙醇水（1-）=0.（1-0.） 塔顶产品流率D ：(30024)h D 841.88h27778/663.27/MD M kg kg h kmol h =⨯⨯2⨯10=⨯(300⨯24)==()hkg h kmol h/10944.6/48.1622430074.4210537⨯=⨯⨯⨯=由乙醇回收率99.5%DFDX FX η==得：h kmol X DX F F D/84.511995.02812.08814.048.162=⨯⨯==ηhkg h kg F /10326.1/1326291.2584.5114⨯≈=⨯=塔底残液流率W ：h kmol DF W /36.34948.16284.511=-=-= 摩尔分率：31006.236.3498814.048.1622812.084.511-⨯=⨯-⨯=-=WDX FX X DF W 塔底残液W 的平均相对分子质量： ()()molg M X M X M W W W /08.1802.181006.2-107.461006.213-3-=⨯⨯+⨯⨯=⨯-+⨯=水乙醇 hkg h kg W /10316.6/43.631608.1836.3493⨯≈=⨯= 2、冷凝器物料衡算、热量衡算 ①物料衡算 假设泡点进料。

化工原理课程设计说明书题目：乙醇—水精馏塔预热器的设计学院：海洋学院班级：食品本姓名： XXX X学号： 11XXXXXXXX指导老师： XX时间： 2014年6月日目录设计任务书 (3)一、概述 (4)二、确定设计方案 (5)1、参数的计算 (5)2、换热器型号的选取 (8)3、传热排列方法及壳体内径 (9)4、折流挡板 (9)5、接管 (9)三、总传热系数的核算 (10)1、管程核算 (10)2、壳程核算 (10)3、管壳程压力降核算 (11)4、总传热系数核算对 (13)四、设计结果一览表 (15)五、设计者心得体会 (16)六、主要参考文献 (17)七、主要符号说明 (17)设计任务书本课程设计任务是乙醇——水预热器的设计。

是利用塔釜液对原料液进行加温。

设计数据及条件（1）生产能力：年处理乙醇—水混合液6000t（开工率300天/a，24h/d）；（2）原料：乙醇含量为50%（质量）的常温25~35℃液体；（3）产品浓度/%(质量)：94（4）塔顶乙醇含量不低于99.8%（质量）；（5）塔底乙醇含量不高于0.2%（质量）。

（6）设备型式：列管式换热器；（7）允许压强降：管程压强降小于10kPa；壳程总压强降小于60kPa。

设计计算内容（1）传热面积、换热管根数；（2）确定管束的排列方式、管程数、挡板、隔板的规格和数量；（3）壳体的数量；（4）冷、热流体进、出口管径；（5）核算总传热系数；（6）管壳程流体阻力校核。

设计成果（1）设计说明书一份；阐明设计特点，列出主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型做出技术上和经济上的论证和平价。

应按设计程序列出计算公式和计算结果；对所得物性数据很实用的经验公式图表应注明来历。

（2）预热器的装配图一张（A1图纸）。

一、概述换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。