这只是个模板,你还要自己修改数据,其中有些公式显示不出来。一.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患热后,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组分。已知混和气体的流量为227301㎏/h,压力为 ,循环冷却水的压力为 ,循环水的入口温度为29℃,出口温度为39℃ ,试设计一台列管式换热器,完成该生产任务。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):密度定压比热容 =℃热导率 =粘度循环水在34℃ 下的物性数据:密度 =㎏/m3定压比热容 =℃热导率 =℃粘度二. 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贱,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= =85℃管程流体的定性温度为t= ℃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):密度定压比热容 =℃热导率 =粘度 =×10-5Pas循环水在34℃ 下的物性数据:密度 =㎏/m3定压比热容 =℃热导率 =℃粘度 =×10-3Pas四. 估算传热面积1. 热流量Q1==227301××(110-60)=×107kj/h =.平均传热温差 先按照纯逆流计算,得=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=4.冷却水用量 m= =五. 工艺结构尺寸1.管径和管内流速 选用Φ25×较高级冷拔传热管(碳钢),取管内流速u1=。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Ns=按单程管计算,所需的传热管长度为L=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Np=传热管总根数 Nt=612×2=12243.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=P=按单壳程,双管程结构,查图3-9得平均传热温差 ℃由于平均传热温差校正系数大于,同时壳程流体流量较大,故取单壳程合适。4.传热管排列和分程方法 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。见图3-13。取管心距t=,则 t=×25=≈32㎜隔板中心到离其最.近一排管中心距离按式(3-16)计算S=t/2+6=32/2+6=22㎜各程相邻管的管心距为44㎜。管数的分成方法,每程各有传热管612根,其前后关乡中隔板设置和介质的流通顺序按图3-14选取。5.壳体内径 采用多管程结构,壳体内径可按式(3-19)估算。取管板利用率η= ,则壳体内径为D=按卷制壳体的进级档,可取D=1400mm6.折流板 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=×1400=350m,故可 取h=350mm取折流板间距B=,则 B=×1400=420mm,可取B为450mm。折流板数目NB=折流板圆缺面水平装配,见图3-15。7.其他附件拉杆数量与直径按表3-9选取,本换热器壳体内径为1400mm,故其拉杆直径为Ф12拉杆数量不得少于10。壳程入口处,应设置防冲挡板,如图3-17所示。8.接管壳程流体进出口接管:取接管内气体流速为u1=10m/s,则接管内径为圆整后可取管内径为300mm。管程流体进出口接管:取接管内液体流速u2=,则接管内径为圆整后去管内径为360mm六. 换热器核算1. 热流量核算(1)壳程表面传热系数 用克恩法计算,见式(3-22)当量直径,依式(3-23b)得=壳程流通截面积,依式3-25 得壳程流体流速及其雷诺数分别为普朗特数粘度校正(2)管内表面传热系数 按式3-32和式3-33有管程流体流通截面积管程流体流速普朗特数(3)污垢热阻和管壁热阻 按表3-10,可取管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻管壁热阻按式3-34计算,依表3-14,碳钢在该条件下的热导率为50w/(m•K)。所以(4) 传热系数 依式3-21有(5)传热面积裕度 依式3-35可得所计算传热面积Ac为该换热器的实际传热面积为Ap该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务。2. 壁温计算因为管壁很薄,而且壁热阻很小,故管壁温度可按式3-42计算。由于该换热器用循环水冷却,冬季操作时,循环水的进口温度将会降低。为确保可靠,取循环冷却水进口温度为15℃,出口温度为39℃计算传热管壁温。另外,由于传热管内侧污垢热阻较大,会使传热管壁温升高,降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期,污垢热阻较小,壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中,应该按最不利的操作条件考虑,因此,取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是,按式4-42有式中液体的平均温度 和气体的平均温度分别计算为×39+×15=℃(110+60)/2=85℃5887w/㎡•㎡•k传热管平均壁温℃壳体壁温,可近似取为壳程流体的平均温度,即T=85℃。壳体壁温和传热管壁温之差为 ℃。该温差较大,故需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力较大,因此,需选用浮头式换热器较为适宜。3.换热器内流体的流动阻力(1)管程流体阻力, ,由Re=35002,传热管对粗糙度,查莫狄图得 ,流速u=,,所以,管程流体阻力在允许范围之内。(2)壳程阻力 按式计算, ,流体流经管束的阻力F=×××(14+1)× =75468Pa流体流过折流板缺口的阻力, B= , D=总阻力75468+43218=× Pa由于该换热器壳程流体的操作压力较高,所以壳程流体的阻力也比较适宜。(3)换热器主要结构尺寸和计算结果见下表:参数 管程 壳程流率 898560 227301进/出口温度/℃ 29/39 110/60压力/MPa 物性 定性温度/℃ 34 85密度/(kg/m3) 90定压比热容/[kj/(kg•k)] 粘度/(Pa•s) ××热导率(W/m•k) 普朗特数 设备结构参数 形式 浮头式 壳程数 1壳体内径/㎜ 1400 台数 1管径/㎜ Φ25× 管心距/㎜ 32管长/㎜ 7000 管子排列 △管数目/根 1224 折流板数/个 14传热面积/㎡ 673 折流板间距/㎜ 450管程数 2 材质 碳钢主要计算结果管程 壳程流速/(m/s) 表面传热系数/[W/(㎡•k)] 5887 污垢热阻/(㎡•k/W) 阻力/ MPa 热流量/KW 10417传热温差/K 传热系数/[W/(㎡•K)] 400裕度/% 七. 参考文献:1. 刘积文主编,石油化工设备及制造概论,哈尔滨;哈尔滨船舶工程学院出版社,1989年。2. ——84机械制图图纸幅面及格式3. GB150——98钢制压力容器4. 机械工程学会焊接学会编,焊接手册,第3卷,焊接结构,北京;机械工业出版社 1992年。5. 杜礼辰等编,工程焊接手册,北京,原子能出版社,19806. 化工部六院编,化工设备技术图样要求,化学工业设备设计中心站,1991年。