列管式换热器设计水蒸气加热水Word文档下载推荐.docx

1、管束 的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚 固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大 型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安 装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短 路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流 程度大为增加。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算 换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。三、初步选定换热器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 147.7C 出口温度147.7 C;冷流体进口温度10C，出口温度为8

2、0C，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 定选用固定管板式列管式换热器。2、管程安排从两物流的操作压力看，应使水蒸气走管程，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降，所以从总体考虑，应使循 环水走管程，水蒸气走壳程。3.冷热流体流向安排：逆流4.管径和管内流速选用25X 2.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），参见资料取管内流速ui=1.5m/s。设计参数水水蒸汽入口温度C10出口温度IC80定性温度re45147.7密度 /kg m-3990.

3、02.4152黏度 /Pa s-10.0006000.0000128定压比热容/kJ kg-1 k-14.174热导率/Wm-1 k-10.64000.6835汽化潜热/kJ kg-12125.4四、设计计算与说明（一）计算总传热系数Qi mCp T =130/3600 X 1000 X 4.174 X （80-10）=10550 kJ/s水蒸气流速（kgQ 10550 1000 5.212125.4 1000Vs=m/p=2.16m3/s求得 tm,1=98.59 C求传热面积A需要先知道传热系数 K值，而K值又与给热系数、污垢热阻等有关。在换热器的直径、流速等参数未定时，给热系数 也无法计

4、算，所以只能先进行试算。根据资料查得和水之间的传热系数在1300W/（ rn-C ）左右，先取K值为1100W/（ mC ）计算，则传热面积为：由 Q= KA tm 得:考虑安全系数5%-15% 取 10% 贝J A=97.3X （100+10） %107 （） （二）工艺结构尺寸1、管程数和传热管数设所需单程管数为 n从管内流量体积可依据传热管内径和流速确定单程传热管数ms 131.3（ m- h-1）V 131.3/3600 ”n 2 77.2 0.785 0.0252 1.5-di U1按单程管计算,107所需的单程传热管长度为 ：L= nOn 3.14 0.025 77 17-7m情况

5、，采用标准设计，现取传热管长l=4.5m，则该换热器的管程数为:L 17 7NP=- 17.7 3.9 4l 4.5传热管总根数： N t=77X 4=308 （根）2、传热管排列和分程方法（1）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。（2）取管心距 t=1.25d0，贝J t=1.25 X 25=31.2532 m隔板中心到离其最近一排管中心距离计算:S二2+6=32/2+6=22 mm（3）各程相邻管的管心距为44 mm。3、壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n =0.7，贝y壳体内径为:D=1.05tJNt/ 1.05 32/308/0.7 681mm可取 D

6、=700mm 4、折流挡板（1）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=0.25D=0.25X 700=175m故可取H=200mm（2）折流板间不小于0.2D,不大于D,取折流板间距h=350mm（3）折流板用拉杆和定距管固定5、接管直径（1）壳程流体进出口接管：取接管内蒸汽流速为 u = 40m/s，贝y接管内径为 ？?d1 J竺启空咤0.262m mmP u 3.14 40圆整到标准尺寸为273 X 8mm（2）管程流体进出口接管：取接管内水流速 u = 2.5m/s，则接管内径为3.14 2.5d2130000/（3600 O.O） 136.3

7、mm圆整到标准尺寸为165 X 4.5mm（3）冷凝口出口管径：取管内流速 u = 2.0m/s圆整到标准尺寸为60 X 3.5mm6、管板及外壳壁厚度7、外壳直径及长度&容器法兰9、封头设计封头选取：蝶形封头 厚度:14mm查资料得相近固定管板式换热器的主要参数，如下图:项目数据壳径D （DN700 mm管尺寸 25X 2.5 mm管程数N4管长l4.5 m管数n322管排列方式正三角形排列中心排管数nc21管心距32 mm管程流通面积S0.0253 m2传热面积A111.2 m2对照上表可做以下核算:每程的管数ni=总管数n/管程数2=322/4=80.5,管程流动面积S =（n /4）

8、（ 0.02）2X 80.5=0.0253m2,与查得的 0.0253m2很好符合;2传热面积 A=n d0ln=3.14 X 0.025 X 4.5 X 80.5=113.8 m，比查得的111.2 m2稍大，这是由于管长的一部分需用于在管板上固定管子。应以查得的A=111.2m为准;中心排管数nc,查得的nc=21正合适。（三）换热器核算1、热流量核算1）管程给热系属=7234.9W/m2?k1 R Rdo _ddo b）；0 A 7）=1109.5 w/m k4）所需传热面积Ac為謬980廟96.5m2面积裕度为H T 皆 15.2% 传热面积裕度在10%-25%间合适，该换热器能够完成

9、生产任务。五、收获经过一个星期的计算和设计，我成功地设计出了一个列管换热器，这让 我收获颇多。1）首先我了解到了设计仪器的一般步骤， 让我对于换热器有了更加深 层次的了解 .2）其次，我了解到了把书本上的简单符号转换到实际设计中有多么困难，有太多的问题需要去考虑，这些不是单纯的计算能够解决问题的， 需要查阅大量的资料才能解决。3）最后，我对于实际工具的设计有了系统的认识， 这对于我在以后实 际工作有很大的帮助。六、参考文献主要参考文献1罗舜青，刘成梅.食品工程原理【Ml .北京：化学工业出版社,2010.2姚玉英.化工原理【 M】 .天津：大学出版社 ,1999.3谭天思. 化工原理【 Ml

10、. 北京：化学工业出版社 ,2006.4刘雪暖. 化工原理课程设计【 Ml . 山东:石油大学出版社 ,2001.5李云飞. 食品工程原理概念与习疑解答【 Ml . 北京 : 中国农业大学 ,2004.6唐克中.画法几何与工程制图【 Ml .北京:高等教育出版社 ,2002.附件一换热器主要结构尺寸和计算结果换热器型式：固定管板式换热器面积（m）: 111.2工艺参数名称管程壳程物料名称循环水水蒸气操作压力/MPa常压0.45操作温度/C10/80147.7/147.7流量 /kg h-113000018756流体密度/kg m 3流速/m s1.535.27对流传热系数/w nf k-172

11、34.97951.4污垢系数/ m k W0.00040.000052程数N1使用材料碳钢总传热系数/W m-1 k-11109.5传热量/kw10550壳内径D（DN）700mm25X2.5mm管长l/mm4500外壳长度/mm5578管心距/mm32相邻管心距/mm44折流挡板型式弓形圆缺高度/mm200折流板间距/mm350折流挡板厚度/mm6管程流通面S/m20.0253正三角形水蒸气接口管径/mm 273 X 8循环水接口管径/mm 165X 4.5冷凝水出口管径/mm 60X 3.5不凝性气体出口管/mm 78 X 3管板厚度/mm18.75外壳壁厚度/mm14封头厚度/mm封头型

12、式蝶形螺栓孔径/mm30法兰外径/mm975法兰厚度/mm螺栓孔数/个24螺栓孔中心圆径/mm920螺纹规格M27拉杆直径/mm16拉杆数目附件二主要符号说明符号说明Q传热速率，W对数平均温差卩粘度，PaSm质量流量，kg/sV体积流量，m3/sP密度，kg/m3d管径，mD换热器外壳内径，mu流速，m绝对粗糙度入摩擦系数l管长，mB折流板间距，mA传热面积，mt冷流体温度，CT热流体温度，CH圆缺高度，mK总传热系数，W/（m2C）n单程传热管数N传热管总根数NPnc中心排管数外壳壁厚度，mPr普兰特准数Nu努塞尔特准数Re雷诺准数a对流传热系数W/（m2-C ）NB折流板数h折流板间距（下标）i管内o管外