换热器设计说明书.doc

1 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换热后,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性组分。已知混合气体的流量为 237301 kg h ,压力为 MPa ,循环冷却水的压力为 MPa ,循环水的入口温度为 29℃,出口的温度为 39℃,试设计一列管式换热器,完成生产任务。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 31/90m kg??定压比热容 1pc = ℃热导率 1?= 粘度 Pas 5110 ???? 2 循环水在 34℃下的物性数据: 密度 1?= ㎏/m 3 定压比热容 1pc = ℃热导率 1?= ℃粘度 Pas 3110 742 .0 ????确定设计方案 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降,所以从总体考虑,应使循环水走管程,混和气体走壳程。浮头式换热器介绍浮头式换热器的特点是有一端管板不与外壳连为一体,可以沿轴向自由浮动。这种结构不但完全消除了热应力的影响,且由于固 3 定端的管板以法兰与壳体连接,整个管束可以从壳体中抽出,因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用较为普遍,但它的结构比较复杂,造价较高。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 T=2 60 110 ?=85 ℃管程流体的定性温度为 4 t= 34 2 29 39??℃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 31/90m kg??定压比热容 1pc = ℃热导率 1?= 粘度 1?= × 10 -5 Pas 循环水在 34℃下的物性数据: 密度 1?= ㎏/m 3 定压比热容 1pc = ℃热导率 1?= ℃粘度 1?= ×10 -3 Pas 算传热面积 1. 热流量 Q 1= 111tcm p?=237301 × × (110-60)= × 10 7 kj/h = × 10 7 kw 2. 平均传热温差先按照纯逆流计算,得 5 mt?=K3. 48 29 60 39 110 ln ) 29 60 () 39 110 (?????? 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 71718 320 10 086 .1m tK Q m????? 4. 冷却水用量 m= i pitc Q? 1=h kg s kg/ / 10 10 174 .4 10 806 .1 3 7?????工艺结构尺寸 1 .管径和管内流速选用Φ 25× 较高级冷拔传热管(碳钢), 取管内流速 u 1 = 。 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N s=36 .617 35 .102 .0785 .0 4 22?????ud V i?取 618 根按单程管计算,所需的传热管长度为 L=m nd A so 618 025 .014 .3 718 ?????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 6 Np=27 25 . 14??l L 传热管总根数 Nt=642 × 2=1236 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=529 39 60 110 ??? P= 124 .0 29 110 29 39???按单壳程,双管程结构,查图 3-9 得96 .0??t?平均传热温差