浮头式换热器设计 (1)

目 录

一、 引言

1.1 列管式换热器设计任务书…………………………………2

1.2 设计题目的目的、意义、内容、主要任务……………… 3

二、正文

2.1 确定设计方案………………………………………………4

2.2 确定物性数据………………………………………………4

2.3 估算传热面积………………………………………………5

2.4 工艺结构尺寸………………………………………………6

2.4.1管径和管内流速…………………………………………6

2.4.2管程数和传热管数………………………………………6

2.4.3 平均温差校正及壳程数…………………………………6

2.4.4 传热管排列和分程方法…………………………………7

2.4.5 壳体直径……………………………………………… 7

2.4.6 折流板…………………………………………………7

2.4.7 接管……………………………………………………7

2.5 换热器核算…………………………………………………8

2.5.1.传热面积校核…………………………………………8

2.5.2换热器内压降的核算……………………………………10

三、结论…………………………………………………………………12

四、参考文献…………………………………………………………13

北京化工大学北方学院课程设计

1 一、引 言

1.1 列管式换热器设计任务书

1.1.1.设计题目： 1，3-丁二烯气体换热器设计

1.1.2.设计任务及操作条件

1．设计任务：工作能力（进料量q=120000+51×1000=171000㎏/h）

2．操作条件：1，3-丁二烯气体的压力：6.9MPa 进口110℃，出口60℃

循环冷却水的压力：0.4MPa 进口30℃，出口40℃

1.1.3.设备型式：浮头式换热器

1.1.4.物性参数

1，3-丁二烯气体在定性温度（85℃）下的有关物性数据如下：

密度 1=527㎏/m3

定压比热容 cp1=2.756kJ/（㎏·℃）

热导率 1=0.0999W/（m·℃）

粘度 1=9.108×10-5Pa·s

循环水在定性温度（34℃）下的物性数据如下：

密度 2=994.4kg/m3

定压比热容 cp2=4.08kJ/（kg·℃）

热导率 2=0.624W/（m·℃）

粘度 2=0.725×10-3Pa·s

1.1.5.设计内容：

1.设计方案的选择及流程说明

2．工艺计算

3．主要设备工艺尺寸

（1）冷凝器结构尺寸的确定

（2）传热面积，两侧流体压降校核

（3）接管尺寸的确定

4．换热器设备图和说明书

1.2 设计题目的目的、意义、内容、主要任务 北京化工大学北方学院课程设计

2

1.2.1. 课程设计的目的:

(1) 使学生掌握化工设计的基本程序与方法；

(2) 结合设计课题培养学生查阅有关技术资料及物性参数的能力；

(3) 通过查阅技术资料，选用设计计算公式，搜集数据，分析工艺参数与结构尺寸间的相互影响，增强学生分析问题、解决问题的能力；

(4) 对学生进行化工工程设计的基本训练，使学生了解一般化工工程设计的基本内容与要求；

(5) 通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求；

(6) 了解一般化工设备图基本要求，对学生进行绘图基本技能训练

1.2.2. 课程设计内容:

(1) 设计方案简介 ：对给定或选定的工艺流程，主要设备的型式进行简要的论述。

(2) 主要设备的工艺设计计算 ：包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计。

(3) 典型辅助设备的选型和计算 ：包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定。

(4) 工艺流程简图 ：以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量，能流量和主要化工参数测量点。

(5) 主体设备工艺条件图：图画上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表等。

1.2.3. 课程设计的基本教学要求

(1) 要求设计者接收设计任务书后，运用所学知识，经详细、全面考虑，确定设计方案，选用计算公式，认真收集查取相关的物性参数。

(2) 正确选用设计参数，树立从技术上可行和经济上合理两方面考虑的工程观点，兼顾操作维修的方便和环境保护的要求，从总体上得到最佳结果。

(3) 准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算，以确保在规定时间内完成设计任务。

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3 二、 正 文

2.1确定设计方案

2.1.1.选择换热器的类型

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，结合两流体的温度差，估计该换热器管壁温度和壳体温度之差较大，初步确定用浮头式换热器。

2.2.2.管程安排

由于循环冷却水容易结垢，若其流速太低，会加快结垢速度，影响换热，从总体考虑应使循环水走管程，1，3-丁二烯气体走壳程。

2.2确定物性数据

进料量：q=[110000+138×1000]=248000kg/h

项目 管程（循环水） 壳程（1，3-丁二烯气体）

定性温度 3524030t℃ 11060852t℃

物性参数[1] 1=994.4㎏/m3

cp1=4.08kJ/（㎏·℃）

1=0.626W/（m·℃）

1=0.725×10-3Pa·s 2=527kg/m3

cp2=2.756kJ/（kg·℃）

2=0.0999W/（m·℃）

2=9.108×10-5Pa·s

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4 2.3估算传热面积

2.3.1传热量：

12122112()()ppmmQTTqqcctt

=248000×2.761×（110-60）

=9506.8 kW

2.3.2冷却水用量：

0.2331008.48.9506.tCQqpiimkg/s

2.3.3平均温差：

Cttttt07.311050ln1050ln2121

2.3.4初算总传热面积

由于壳程气体压力较高，故可选取较大的K值[2]，假定总传热系数K=450W.m-2.℃-1,则计算所需传热面积为：

2m68007.314508.9506tKQS估

2.4工艺结构尺寸

2.4.1管径和管内流速

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5 选用25mm×2.5mm的碳钢管[3],

取管内流速u2=1.2m/s[4]

2.4.2管程数和传热管数

依据传热管内径和流速确定单程传热管数

6212.102.0785.0233422udqNmis（根）

按单程管计算，所需的传热管长度为：

m94.13621025.014.3680d0SNSL估

按单管程设计，传热管过长，因此采用多管程结构。先取传热管长l=7m，则该换热器管程数为：2

传热管总根数

621×2=1242（根）

2.4.3 平均温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数：

53040601101221ttTTR 125.03011030401112tTttP

按单壳程双管程结构，温差校正系数应为[2]：

91.0t，

27.2807.3191.0tttm

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。

2.4.4 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。隔板两侧采用正方型排列[4]，管心距Pt=1.25×25=31.25≈32（mm）,隔板中心到离其最近一排管中心距离：

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6 Z=Pt/2+6=22mm各程相邻管的管心距为44mm。

管束的分程方法:每程各有传热管621根，横过管束中心线的管数[4]：

根4219.1Nnc

2.4.5 壳体直径

采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率75.0[4]，则壳体直径为：1.05/DtN=1415.39（mm）

圆整可取1400（mm）

2.4.6 折流板

采用弓形折流板，圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25×1415.3=353.825(mm),进挡所以可以取h=350(mm)，所取折流板间距B=0.3D=0.3×1400=420（mm）可取B=400(mm)

折流板数：

（块）折流板间距传热管长161-40070001-BN

2.4.7 接管

壳程流体进出口接管，取接管内循环水流速u1=10m/s,

则接管内径为 14q4171000/(3600527)0.107()3.1410VDm

取整后D1=110mm

管程流体出口接管：取壳内流体流速u2=1.2m/s,则接管内径为

24156670/(3600994.4)0.216(m)3.141.2D

取整后D2=220mm

2.5换热器核算