1、1 / 5根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于 30 kPa 的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下：设计要求：1. 某工厂的苯车间，需将苯从其正常沸点被冷却到 40；使用的冷却剂为冷却水，其进口温度为 30，出口温度自定。2. 物料（苯）的处理量为 1000 吨/日。3. 要求管程、壳程的压力降均小于 30 kPa。1、换热器类型的选择。列管式换热器2、管程、壳程流体的安排。水走管程，苯走壳程，原因有以下几点：1.苯的温度比较高，水的温度比较低，高温的适合走管程，低温适合走
2、壳程2.传热系数比较大的适合走壳程，水传热系数比苯大3.干净的物流宜走壳程。而易产生堵、结垢的物流宜走管程。3、热负荷及冷却剂的消耗量。冷却介质的选用及其物性。按已知条件给出，冷却介质为水，根进口温度t1=30，冷却水出口温度设计为 t2=38，因此平均温度下冷却水物性如下：密度 =994kg/m 3 粘度 2=0.72710 -3Pa.s导热系数 =62.610 -2 W/(m.K) 比热容 Cpc=4.184 kJ/(kg.K)苯的物性如下：进口温度：80.1 出口温度：40密度 =880kg/m 3 粘度 2=1.1510 -3Pa.s导热系数 =14.810 -2 W/(m.K) 比热
3、容 Cpc=1.6 kJ/(kg.K)苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.571.61000(80.1-40)=7.4 105W冷却水用量：Wc=Q/c pc(t2-t1)=7.4105/4.1841000(38-30)=22.1kg/s2 / 54、传热面积的计算。平均温度差=2121=（ 80.138） （ 4030）80.1384030=27.2确定 R 和 P 值=1222=80.1403830=5.01 =2111=383080.130=0.16查阅化工原理上册 203 页得出温度校正系数为 0.8，适合单壳
4、程换热器，平均温度差为tm=tm0.9=27.20.9=24.5由化工原理上册表 4-1 估算总传热系数 K（估计）为 400W/（m）估算所需要的传热面积：S0= =75m（ 估 计 ） =74000040024.55、换热器结构尺寸的确定，包括：（1）传热管的直径、管长及管子根数；由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格 19mm2mm管内流体流速暂定为 0.7m/s所需要的管子数目： ，取 n 为 123=4=4(11.57/880)3.140.70.0152=122.1管长： =12.9m=00= 751233.140.015按商品管长系列规格，取管长 L=4.5m，选用三管程管子
5、的排列方式及管子与管板的连接方式:管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。（2）壳体直径；e 取 1.5d0，即 e=28.5mmDi=t(nc1)+2e= 19( 1)+228.5=537.0mm，按照标准尺寸1.25 1.13123进行整圆，壳体直径为 600mm。此时长径比为 7.5，符合 6-10 的范围。3 / 5壳体壁厚的计算 CpDi2选取设计压力 p=0.6MPa，壳体材料为 Q235，查的相应的许用应力；焊接系数 （单面焊） ，腐蚀裕度 ，所以MPa1365.0m4C88.27.60.1329 排管方式：横过中心的管子数目：n c= =21.1，取整
6、21 根1.13123有排管图得出，中心有 21 根管道时，按照正三角形排列，可排 331 根，每边各加 8 根，总共可以排列 379 根，除去 6 根拉杆，总共可以排出 373，与上述计算相差不大，所以实际管子数目为 373 根。实际传热面积 S0=Nd o（L-0.1）=373 3.140.019（4.5-0.1）=97.9m实际传热系数 K= W/(mK)0=74000024.597.9=308.5（3）折流板尺寸和板间距；选取折流板与壳体间的间隙为 3.5mm，因此，折流板直径 Dc=600-23.5=593mm切去弓形高度 h=0.25D=0.25600=150mm取折流板间距 ho
7、=300mm那么 NB=（4.5-0.1）/0.3=14.6 ,取整得 NB=15 块实际折流板间距 h=（L-0.1）/(N+1)=（4500-100）/（15+1）=275mm拉杆的直径和数量与定距管的选定。选用 12mm 钢拉杆，数量 6 条。定距管采用与换热管相同的管子，即19mm2mm 钢管。温度补偿圈的选用。由于（80.1+40）/2-(30+38)/2=26.0550，故需不虑设置温度补偿圈。（4）流体进出口接管直径等。苯的进出口管道直径： =0.15m=4=40.013143.140.7经圆整采用 159mm10mm 热轧无缝钢管，实际苯的进出口管内流速为=0.867m=42=
8、40.013143.140.13924 / 5水的进出口管道直径： =0.106m=4=40.02233.142.5经圆整采用 108mm5mm 热轧无缝钢管，实际水的进出口管内流速为=2.5m=42=40.02233.140.10626、管、壳程流体的压力降计算。管程压降：p i=（p 1+p 2）F tNsNp管程数 Np=3，串联壳程数 Ns=1，对于 19mm2mm 的换热管，结构校正系数为Ft=1.5。Re= ,取 =0.2mm，即 =0.0150.78800.0015=5749.33/d i=0.2/14=0.015查表，得到 =0.044=5066.61=(+)22=(0.044
9、7.50.015+1.5)8800.722Pap 2=3 /2=3X880X0.72/2=58.8Pa2p i=5066.631.5+58.8=22849.7Pa30Kpa，满足条件壳程压降：p =（p 1+p 2）F sNs,由于管子排列方式对压强降的校正因o子：F=0.5（正三角形排列）de= =0.0136m4(322420) =4 32(0.0237)24(0.019)23.140.019u = = = =0.401m/so)1(thDVos)(ocsdn0.02220.275(0.6210.019)Re= =7456.5, fo=5Re-0.228=0.13 =0.01360.401
10、9940.000727p 1=FfoNc(NB+1) =0.50.12821X（15+1）2u9940.4012/2=1718.5Pa5 / 5p 2=NB（3.5- ） =15(3.5-20.275/0.6)Dh22ou9940.4012/2=3096.8Pap i=（p 1+p 2）F tNs=(1718.5+3096.8)1.15=5537.6Pa30Kpa传热系数校正总传热系数由下式计算： = +R + + +计 ）(1oKosmodbiosRid其中，管内苯的传热系数 的计算i =0.023 Riide8.03.Pr=0.023 =570.8W/( m .K)0.1480.015（
11、5749.3） 0.8（ 0.00151.610000.148 ） 0.3 2管间水的传热系数 的计算 =0.36oo 14.03/5.0PrRewdo由于水被加热，取粘度校正系数 w =1.0514.0 =0.36 4147.5( m .K)o0.6260.0136(7456.5)0.55(4.9)0.331.05= 2取水与苯的污垢热阻均为 1.719710 ( m .K)/W，钢管导热系数 =51 W/( 42m.K)。故 =计 ）(1oK=2.8910-314147.5+1.72104+0.00255116.5+141.7210419 + 19570.814Ko（计）=346 W/(m .K)2所以， ,一般 Ko（计） / Ko（选）应在 1.15-1.25（ 计 算）（ 选 取） =346308=1.15之间。本设计的换热器可适用7、设计过程的评价及自我体会。
