设计一台列管式换热器化工原理课程设计
9页1、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 =3.297kj/kg 热导率 =0.0279w/m粘度 循环水在34 下的物性数据: 密度=994.3/m3定压比热容=4.174kj/kg 热导率 =0.624w/m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
2、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 =3.297kj/kg 热导率 =0.0279w/m粘度 =1.510-5Pas循环水在34 下的物性数据: 密度=994.3/m3 定压比热容=4.174kj/kg 热导率 =0.624w/m粘度 =0.74210-3Pas四 估算传热面积1 热流量 Q1=2273013.297(110-60)=3.75107kj/h =10416.66kw2.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
3、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252.5较高级冷拔传热管(碳钢),取管内流速u1=1.3m/s。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=6122=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0.8,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=1.25d0,则 t=1.2525=31.2532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3-1
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