這只是個模板,你還要自己修改數(shù)據(jù),其中有些公式顯示不出來.不明白的問我.qq83229427
一．設(shè)計任務(wù)和設(shè)計條件
某生產(chǎn)過程的流程如圖所示,反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進料物流患熱后,用循環(huán)冷卻水將其從110℃進一步冷卻至60℃之后,進入吸收塔吸收其中的可溶組分.已知混和氣體的流量為227301㎏/h,壓力為6.9MPa ,循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa ,循環(huán)水的入口溫度為29℃,出口溫度為39℃ ,試設(shè)計一臺列管式換熱器,完成該生產(chǎn)任務(wù).
物性特征：
混和氣體在35℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來自生產(chǎn)中的實測值）：
密度
定壓比熱容 =3.297kj/kg℃
熱導(dǎo)率 =0.0279w/m
粘度
循環(huán)水在34℃ 下的物性數(shù)據(jù)：
密度 =994.3㎏/m3
定壓比熱容 =4.174kj/kg℃
熱導(dǎo)率 =0.624w/m℃
粘度
二． 確定設(shè)計方案
1． 選擇換熱器的類型
兩流體溫的變化情況：熱流體進口溫度110℃ 出口溫度60℃；冷流體進口溫度29℃,出口溫度為39℃,該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻,冬季操作時,其進口溫度會降低,考慮到這一因素,估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大,因此初步確定選用浮頭式換熱器.
2． 管程安排
從兩物流的操作壓力看,應(yīng)使混合氣體走管程,循環(huán)冷卻水走殼程.但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢,若其流速太低,將會加快污垢增長速度,使換熱器的熱流量下賤,所以從總體考慮,應(yīng)使循環(huán)水走管程,混和氣體走殼程.
三． 確定物性數(shù)據(jù)
定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體,其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值.故殼程混和氣體的定性溫度為
T= =85℃
管程流體的定性溫度為
t= ℃
根據(jù)定性溫度,分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù).對混合氣體來說,最可靠的無形數(shù)據(jù)是實測值.若不具備此條件,則應(yīng)分別查取混合無辜組分的有關(guān)物性數(shù)據(jù),然后按照相應(yīng)的加和方法求出混和氣體的物性數(shù)據(jù).
混和氣體在35℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來自生產(chǎn)中的實測值）：
密度
定壓比熱容 =3.297kj/kg℃
熱導(dǎo)率 =0.0279w/m
粘度 =1.5×10-5Pas
循環(huán)水在34℃ 下的物性數(shù)據(jù)：
密度 =994.3㎏/m3
定壓比熱容 =4.174kj/kg℃
熱導(dǎo)率 =0.624w/m℃
粘度 =0.742×10-3Pas
四． 估算傳熱面積
1． 熱流量
Q1=
=227301×3.297×(110-60)=3.75×107kj/h =10416.66kw
2.平均傳熱溫差 先按照純逆流計算,得
=
3.傳熱面積 由于殼程氣體的壓力較高,故可選取較大的K值.假設(shè)K=320W/(㎡k)則估算的傳熱面積為
Ap=
4.冷卻水用量 m= =
五． 工藝結(jié)構(gòu)尺寸
1．管徑和管內(nèi)流速 選用Φ25×2.5較高級冷拔傳熱管（碳鋼）,取管內(nèi)流速u1=1.3m/s.
2．管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)
Ns=
按單程管計算,所需的傳熱管長度為
L=
按單程管設(shè)計,傳熱管過長,宜采用多管程結(jié)構(gòu).根據(jù)本設(shè)計實際情況,采用非標(biāo)設(shè)計,現(xiàn)取傳熱管長l=7m,則該換熱器的管程數(shù)為
Np=
傳熱管總根數(shù) Nt=612×2=1224
3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均溫差校正系數(shù)按式（3-13a）和式（3-13b）有 R=
P=
按單殼程,雙管程結(jié)構(gòu),查圖3-9得
平均傳熱溫差 ℃
由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8,同時殼程流體流量較大,故取單殼程合適.
4.傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列,隔板兩側(cè)采用正方形排列.見圖3-13.
取管心距t=1.25d0,則 t=1.25×25=31.25≈32㎜
隔板中心到離其最.近一排管中心距離按式（3-16）計算
S=t/2+6=32/2+6=22㎜
各程相鄰管的管心距為44㎜.
管數(shù)的分成方法,每程各有傳熱管612根,其前后關(guān)鄉(xiāng)中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序按圖3-14選取.
5．殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu),殼體內(nèi)徑可按式（3-19）估算.取管板利用率η=0.75 ,則殼體內(nèi)徑為
D=1.05t
按卷制殼體的進級檔,可取D=1400mm
6．折流板 采用弓形折流板,去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%,則切去的圓缺高度為
H=0.25×1400=350m,故可 取h=350mm
取折流板間距B=0.3D,則 B=0.3×1400=420mm,可取B為450mm.
折流板數(shù)目NB=
折流板圓缺面水平裝配,見圖3-15.
7．其他附件
拉桿數(shù)量與直徑按表3-9選取,本換熱器殼體內(nèi)徑為1400mm,故其拉桿直徑為Ф12拉桿數(shù)量不得少于10.
殼程入口處,應(yīng)設(shè)置防沖擋板,如圖3-17所示.
8．接管
殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為u1=10m/s,則接管內(nèi)徑為
圓整后可取管內(nèi)徑為300mm.
管程流體進出口接管：取接管內(nèi)液體流速u2=2.5m/s,則接管內(nèi)徑為
圓整后去管內(nèi)徑為360mm
六． 換熱器核算
1． 熱流量核算
（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用克恩法計算,見式（3-22）
當(dāng)量直徑,依式（3-23b）得
=
殼程流通截面積,依式3-25 得
殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為
普朗特數(shù)
粘度校正
（2）管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 按式3-32和式3-33有
管程流體流通截面積
管程流體流速
普朗特數(shù)
（3）污垢熱阻和管壁熱阻 按表3-10,可取
管外側(cè)污垢熱阻
管內(nèi)側(cè)污垢熱阻
管壁熱阻按式3-34計算,依表3-14,碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50w/(m•K).所以
（4） 傳熱系數(shù) 依式3-21有
（5）傳熱面積裕度 依式3-35可得所計算傳熱面積Ac為
該換熱器的實際傳熱面積為Ap
該換熱器的面積裕度為
傳熱面積裕度合適,該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù).
2． 壁溫計算
因為管壁很薄,而且壁熱阻很小,故管壁溫度可按式3-42計算.由于該換熱器用循環(huán)水冷卻,冬季操作時,循環(huán)水的進口溫度將會降低.為確?？煽?取循環(huán)冷卻水進口溫度為15℃,出口溫度為39℃計算傳熱管壁溫.另外,由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大,會使傳熱管壁溫升高,降低了殼體和傳熱管壁溫之差.但在操作初期,污垢熱阻較小,殼體和傳熱管間壁溫差可能較大.計算中,應(yīng)該按最不利的操作條件考慮,因此,取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫.于是,按式4-42有
式中液體的平均溫度 和氣體的平均溫度分別計算為
0.4×39+0.6×15=24.6℃
(110+60)/2=85℃
5887w/㎡•k
925.5w/㎡•k
傳熱管平均壁溫
℃
殼體壁溫,可近似取為殼程流體的平均溫度,即T=85℃.殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 ℃.
該溫差較大,故需要設(shè)溫度補償裝置.由于換熱器殼程壓力較大,因此,需選用浮頭式換熱器較為適宜.
3．換熱器內(nèi)流體的流動阻力
（1）管程流體阻力
, ,
由Re=35002,傳熱管對粗糙度0.01,查莫狄圖得 ,流速u=1.306m/s,
,所以,
管程流體阻力在允許范圍之內(nèi).
（2）殼程阻力 按式計算
, ,
流體流經(jīng)管束的阻力
F=0.5
0.5×0.2419×38.5×(14+1)× =75468Pa
流體流過折流板缺口的阻力
, B=0.45m , D=1.4m
Pa
總阻力
75468+43218=1.19× Pa
由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高,所以殼程流體的阻力也比較適宜.
（3）換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見下表：
參數(shù) 管程 殼程
流率 898560 227301
進/出口溫度/℃ 29/39 110/60
壓力/MPa 0.4 6.9
物性 定性溫度/℃ 34 85
密度/（kg/m3） 994.3 90
定壓比熱容/[kj/（kg•k）] 4.174 3.297
粘度/（Pa•s） 0.742×
1.5×
熱導(dǎo)率（W/m•k） 0.624 0.0279
普朗特數(shù) 4.96 1.773
設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù) 形式 浮頭式 殼程數(shù) 1
殼體內(nèi)徑/㎜ 1400 臺數(shù) 1
管徑/㎜ Φ25×2.5 管心距/㎜ 32
管長/㎜ 7000 管子排列 △
管數(shù)目/根 1224 折流板數(shù)/個 14
傳熱面積/㎡ 673 折流板間距/㎜ 450
管程數(shù) 2 材質(zhì) 碳鋼
主要計算結(jié)果
管程 殼程
流速/（m/s） 1.306 4.9
表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[W/（㎡•k）] 5887 925.5
污垢熱阻/（㎡•k/W） 0.0006 0.0004
阻力/ MPa 0.04325 0.119
熱流量/KW 10417
傳熱溫差/K 48.3
傳熱系數(shù)/[W/（㎡•K）] 400
裕度/% 24.9%
七． 參考文獻：
1． 劉積文主編,石油化工設(shè)備及制造概論,哈爾濱；哈爾濱船舶工程學(xué)院出版社,1989年.
2． GB4557.1——84機械制圖圖紙幅面及格式
3． GB150——98鋼制壓力容器
4． 機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編,焊接手冊,第3卷,焊接結(jié)構(gòu),北京；機械工業(yè)出版社 1992年.
5． 杜禮辰等編,工程焊接手冊,北京,原子能出版社,1980
6． 化工部六院編,化工設(shè)備技術(shù)圖樣要求,化學(xué)工業(yè)設(shè)備設(shè)計中心站,1991年.