——大学《化工原理》列管式换热器
课程设计说明书
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目录
一、化工原理课程设计任务书 (2)
二、确定设计方案 (3)
1.选择换热器的类型
2.管程安排
三、确定物性数据 (4)
四、估算传热面积 (5)
1.热流量
2.平均传热温差
3.传热面积
4.冷却水用量
五、工艺结构尺寸 (6)
1.管径和管内流速
2.管程数和传热管数
3.传热温差校平均正及壳程数
4.传热管排列和分程方法
5.壳体内径
6.折流挡板 (7)
7.其他附件
8.接管
六、换热器核算 (8)
1.热流量核算
2.壁温计算 (10)
3.换热器内流体的流动阻力
七、结构设计 (13)
1.浮头管板及钩圈法兰结构设计
2.管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计
3.管箱结构设计
4.固定端管板结构设计
5.外头盖法兰、外头盖侧法兰设计............14
6.外头盖结构设计
7.垫片选择
8.鞍座选用及安装位置确定
9.折流板布置
10.说明
八、强度设计计算 (15)
1.筒体壁厚计算
2.外头盖短节、封头厚度计算
3.管箱短节、封头厚度计算 (16)
4.管箱短节开孔补强校核 (17)
5.壳体接管开孔补强校核6.固定管板计算 (18)
7.浮头管板及钩圈 (19)
8.无折边球封头计算
9.浮头法兰计算 (20)
九、参考文献 (20)
一、化工原理课程设计任务书
某生产过程的流程如图3-20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231801kg h ，压力为6.9MPa ，循环冷却水的压力为0.4MPa ，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。
已知：
混合气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度 3190kg m ρ= 定压比热容1 3.297p c kj kg =℃ 热导率10.0279w m λ=℃ 粘度51 1.510Pa s μ-=⨯
循环水在34℃下的物性数据： 密度 31994.3kg m ρ= 定压比热容1 4.174p c kj kg =K 热导率10.624w m λ=K 粘度310.74210Pa s μ-=⨯
二、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。
三、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
t=
342
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85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度
31/90m kg =ρ
定压比热容 1p c =3.297kj/kg •℃ 热导率 1λ=0.0279w/m •℃
粘度
1μ=1.5×10-5Pa •s
循环水在34℃ 下的物性数据：
密度 1ρ=994.3㎏/m 3
定压比热容 1p c =4.174kj/kg •K
热导率
1λ=0.624w/m •K
粘度 1
μ=0.742×10-3Pa •s
四、估算传热面积
1.热流量
Q 1=1
11t c m p ∆
=231801×3.297×(110-60)=3.82×107kj/h =10614.554kw
2.平均传热温差
先按照纯逆流计算，得 m t ∆=
K
3.4829
6039110ln
)
2960()39110(=-----
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=2176.6863
.4832010614554
m t K Q m =⨯=∆
4.冷却水用量 m =
i
pi t c Q ∆1=
h kg s kg /2.915486/3.25410
10174.410614554
3
==⨯⨯
