化工原理课程设计之管壳式换热器选型.docx
编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-1-页 共14页第-1-页 共 14 页 更多资料请访问.(.)更多企业学院：更多企业学院：./Shop/./Shop/中小企业管理全能版183 套讲座+89700 份资料./Shop/40.shtml总经理、高层管理49 套讲座+16388 份资料./Shop/38.shtml中层管理学院46 套讲座+6020 份资料./Shop/39.shtml国学智慧、易经46 套讲座./Shop/41.shtml人力资源学院56 套讲座+27123 份资料./Shop/44.shtml各阶段员工培训学院77 套讲座+324 份资料./Shop/49.shtml员工管理企业学院67 套讲座+8720 份资料./Shop/42.shtml工厂生产管理学院52 套讲座+13920 份资料./Shop/43.shtml财务管理学院53 套讲座+17945 份资料./Shop/45.shtml销售经理学院56 套讲座+14350 份资料./Shop/46.shtml销售人员培训学院72 套讲座+4879 份资料./Shop/47.shtml 更多资料请访问.(.)更多企业学院：更多企业学院：./Shop/./Shop/中小企业管理全能版183 套讲座+89700 份资料./Shop/40.shtml编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-2-页 共14页第-2-页 共 14 页总经理、高层管理49 套讲座+16388 份资料./Shop/38.shtml中层管理学院46 套讲座+6020 份资料./Shop/39.shtml国学智慧、易经46 套讲座./Shop/41.shtml人力资源学院56 套讲座+27123 份资料./Shop/44.shtml各阶段员工培训学院77 套讲座+324 份资料./Shop/49.shtml员工管理企业学院67 套讲座+8720 份资料./Shop/42.shtml工厂生产管理学院52 套讲座+13920 份资料./Shop/43.shtml财务管理学院53 套讲座+17945 份资料./Shop/45.shtml销售经理学院56 套讲座+14350 份资料./Shop/46.shtml销售人员培训学院72 套讲座+4879 份资料./Shop/47.shtml一、前言一、前言热交换器是进行热交换操作的通用工艺设备,被广泛应用于各个工业部门,尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,其中间壁式换热器用量最大,据统计,这类换热器占总用量的99%。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。如何确定最佳的换热器,是换热器优化的问题。本说明书对指定有机物进行冷却选择合适的换热器，并且合理安排操作管路以及选择合适的离心泵作出详细的计算说明。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-3-页 共14页第-3-页 共 14 页二、二、设计任务设计任务班级：姓名：学号：任课老师：选择一个合适的换热器，冷却78C的某液态有机物至60C，此有机物的流量为82kg/s；（1）合理安排操作管路；（2）选择一台合适的离心泵；（3）有机物69C的物理性质：（4）冷却水：进口温度t1=20C；（5）操作条件：换热器管壳两侧的压降皆不应超过0.1MPa。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-4-页 共14页第-4-页 共 14 页三、三、目录目录一一 前言前言.1二二 设计任务设计任务.2四四 计算明细表计算明细表.41 管壳式换热器规格.42 离心泵的型号规格.43 计算数据结果记录.5五五 计算过程计算过程.61 选择合适的换热器.61.1 热力学数据的获取.61.2 计算热负荷和.61.3 计算温差和估计传热系数.61.4 估算换热面积.71.5 计算管程压降和给热系数.71.6 计算壳程压降和给热系数.81.7 计算传热系数.91.8 校核传热面积.92 安排管路和选择合适的离心泵.92.1 管径初选.9编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-5-页 共14页第-5-页 共 14 页2.2 压头计算.10六六 附录附录.12七七 符号说明符号说明.13八八 设计说明设计说明.15九九 参考文献参考文献.15四、计算结果明细表四、计算结果明细表（1 1）管壳式换热器的规格管壳式换热器的规格公称直径DN/mm公称压力PN/MPa管程数N管子根数n中心排管数管程流通面积/m2换热管长度L/mm管心距/mm换热面积/m270042574270.0507450025150.8编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-6-页 共14页第-6-页 共 14 页（2 2）离心泵的型号规格离心泵的型号规格型号转速n/(r/min)流量扬程/m效率功率必需气蚀量（NPSH）r/m质量（泵/底座）/kgm3/hL/s轴功率电机功率IS150-125-250145012033.322.57110.418.53.0758/15820055.6208113.53.024066.717.57814.73.5（3 3）计算数据结果记录）计算数据结果记录项目结果结果单位单位冷却剂出口温度40循环水定性温度30热负荷3276.72kW冷却水质量流量39.25并流对数平均温差35.7逆流对数平均温差39.0估算换热面积147.4管程流动面积0.0507管内冷却水流速0.78管程给热系数3969摩擦系数0.036管程压降12539.7Pa壳程流动面积0.134壳程有机物流速0.61编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-7-页 共14页第-7-页 共 14 页当量直径0.0173m壳程给热系数1315壳程压降5483.32Pa核算传热系数693校核传热面积121.24冷却水流量144总局部阻力系数21.64阻力损失7.5m压头（扬程）15.96m五、计算过程五、计算过程一一 选择合适的换热器选择合适的换热器1 1 热力学数据的获取热力学数据的获取冷却剂：河水，从tm10及防止水中盐类析出为原则，选选择出口温度：t2=40C循环水的定性温度：入口温度为，出口温度为循环水的定性温度为两流体的温差两流体在定性温度下的物性数据如下物性流体温度密度kg/m3粘度mPas比热容kJ/(kg)导热系数W/(m)有机物699970.62.220.16循环水30995.70.80124.1740.61712 2 计算热负荷和计算热负荷和由热量衡算3 3 计算温差和估计传热系数计算温差和估计传热系数并流时，编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-8-页 共14页第-8-页 共 14 页逆流时，根据管程走循环水，壳程走有机物，总传热系数K现暂取：4 4 估算换热面积估算换热面积根据可以选择下述标准换热器（查附录得）：（排列方式：正三角形）公称直径DN/mm公称压力PN/MPa管程数N管子根数n中心排管数管程流通面积/m2换热管长度L/mm管心距/mm换热面积/m270042574270.0507450025150.85 5 计算管程压降及给热系数计算管程压降及给热系数根据标准换热器提供的参数管程流动面积管内冷却水流速管程给热系数取钢的管壁粗糙度为0.1mm，则管程压降6 6 计算壳程压降及给热系数计算壳程压降及给热系数挡板间距B取0.9m，壳程中有机物被冷却，取折流挡板间距管束中心线管数壳程流动面积因编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-9-页 共14页第-9-页 共 14 页管子排列为三角形，F=0.5，fs=1.15挡板数：壳程压降7 7 计算传热系数计算传热系数污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻取钢管壁厚，热导率8 8 校核传热面积校核传热面积所选换热器：所以 选择的换热器符合要求。c二二 安排管路和选择合适的离心泵安排管路和选择合适的离心泵1 1 管径初选管径初选初取水经济流速由于 182mm 不是标准管径，因此确定符合经济流速范围故确定：2 2 压头压头 HeHe在水槽液面及压力表处列柏努利方程取，查图得局部阻力：编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-10-页 共14页第-10-页 共 14 页底阀 1 个标准 90弯头 3 个球心阀 1 个流入换热器流出换热器故换热器压降根据和以及 IS 型离心泵系列特性曲线可以选择型号为 IS150-125-250 的离心泵。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-11-页 共14页第-11-页 共 14 页六、附录六、附录（1）物理性质物性流体温度密度kg/m3粘度mPas比热容kJ/(kg)导热系数W/(m)有机物699970.62.220.16循环水30995.70.80124.1740.6171（2）管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻钢管热导率编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-12-页 共14页第-12-页 共 14 页七、符号说明七、符号说明主要符号说明主要符号说明符号符号意义意义计量单位计量单位A面积m2定压比热容d管径mg重力加速度m/s2单位重量流体的机械能损失ml管路长度mm质量kg虚拟压强Pap流体压强Papa大气压PaB挡板间距mT周期时间st时间st温度u流速m/sqv体积流量m3/sqm质量流量Kg/s绝对粗糙度mm局部阻力系数摩擦系数编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-13-页 共14页第-13-页 共 14 页动力黏度密度Kg/m3He有效压头mD换热器壳径mf校正系数f0壳程流体摩擦系数K传热系数NT管子总数Q热流量W或J/S给热系数热导率数群数群Gr格拉私霍夫数Nu努塞尔数Pr普朗特数Re雷诺数下标下标g气体的m平均w壁面的s壳程的t管程的有有机物的编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第-14-页 共14页第-14-页 共 14 页八、设计说明八、设计说明（1）需要冷却的有机物走壳程，冷却剂走管程；（2）有机物可以采取逆流的方式；（3）换热器说明：1 采用光滑管光滑管结构简单，制造容易。缺点是它强化传热的性能不足。为了提高换热器的传热系数，可采用结构形式多样化的管子，如异性管，翅片管，螺纹管等。2 选用 的管子。3 本设计中采用 4.5 米长的管子。4 管子的排列形式：本设计中采用正三角形错列的排列方式，而在隔板两侧采用正方形直列。5 采用多管程，故管板中间要留有隔板的位置。6 允许折流板的间距与管径有关，取折流板间距B=0.9m（4）管路布置如图所示：（5）管路选择内径150mm的钢管，至少使用下列零件：底阀1个；标准90弯头3个；球心阀1个。（6）由于计算所得有效压头为15.96m，流量为144m3/h，根据离心泵特性曲线和工作点，选取型号为IS150-125-250的离心泵。九、参考文献九、参考文献1 王元文，陈连.管壳式换热器的优化设计J.贵州化工，2005，30（1）：27-31.2 陈敏恒，丛德滋，方图南，等.化工原理.3版.北京：化学工业出版社，2006.
