1、水蒸气加热苯列管式换热器的设计（6） 一、工艺条件 用 150 KPa的饱和水蒸气将 20 的苯加热到 75 ，苯的质量流量为 30、35、40、45 吨/小时，试设计一列管式换热器，要求其管程压降小于 70 kPa。 二、设计内容 1、合理的参数选择和结构设计； 2、工艺计算，包括传热计算和压降计算等； 3、主要设备工艺尺寸设计。 三、设计成果 设计说明书一份。 A.设计方案简介 我生产的主要工艺流程是苯进入换热器，饱和水蒸气走壳程，冷却剂苯走 管程冷却饱和水蒸气。 B.列管式换热器的设计 （一）.设计任务和操作条件 ; 需要用 150KPa 的饱和水蒸气将常压下 20 的苯加热到 75，苯
2、的质量流 量为 45 吨/h。试设计一列管式换热器,要求换流器的管程压降小于 30KPa，设计完成上述任务的列管式换热器。 （二）.确定设计方案 ; 1. 选择换热器类型 两流体温度变化情况,热流体进口温度为 111,出口温度为 111,冷流体进 口温度为 20,出口温度为 75.该换热器用水蒸气加热,两流体的温差不是 很大,故采用固定管板式换热器. 2.由于水蒸气 ,故安排走管间(壳程), 根据黏度等性质,苯安排走管内(管程). 3.确定物性系数 a.定性温度可取流体进出口温度平均值; 壳程流体(苯)的定性温度: 47.5 管程流体(饱和水蒸气)的定性温度:t=111 b.根据定性温度查得管
3、.壳程流体的物性数据 ; 苯在 47.5下的有关物性参数如下： 密度 1856.11kg/m3 定压比热容 Cp11.763kJ/kg 热导率 10.1407W/m?0C 粘度 10.4412mPa?s 饱和水蒸气在 111下的物性参数如下： 密度 2951.01kg/m3 定压比热容 Cp24.234kJ/kg 热导率 20.6851W/m?0C 粘度 20.259mPa?s (三). 估算传热面积; 1.计算热负荷（忽略热损失） 2. 饱和水蒸气用量（忽略热损失） 3. 传热平均温度差 先按逆流计算 : 饱和水蒸气 : 111 111 苯: 75 20 36 91 由于T1/T2500 所
4、以： 流体流过折流板缺口的阻力： 计算结果表明，管程和壳程的压力降均能满足设计要求。 (七) .换热器的功能参数明细; 换热器的功能参数 传热面积 49.43? 工艺参数 管程 壳程 物料名称 苯 饱和水蒸气 操作压力 150kpa 150kpa 操作温度 47.5 111 金属转子流量计 45000kg/h 1954.1kg/h 流体密度 856.11kg/m3 951.01kg/m3 流速 0.73m/s 0.063m/s 管口表 符号 尺寸 用途 连接型式 a 170mm 管程接管 焊接 b 15mm 壳程接管 焊接 c 16mm 拉杆 焊接 传热量 1210000W 总传热系数 447
5、.3W/?K 管程阻力降 10981pa 壳程阻力降 465.3pa 管程数 2 程 拉杆数 6 根 推荐使用材料 碳素钢 管子规格 25mm2.5mm 管数 128 根 管长 5m 离间距 32mm 横过中心线管数 13 根 排列方式 正三角形 折流板型式 弓形 折流板间距 135mm 切口高度 112.5mm 壳体内径 450mm 保温层厚度 折流板数 38 根 (八). 设计评述; 从设计结果可看出，若要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折 流板数越多、壳径越大，这主要是因为苯的出口温度增高，总的传热温差 下降，所以换热面积要增大，才能保证 Q 和 K.因此，换热器尺寸增大， 金属
6、材料消耗量相应增大.通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率， 降低经济投入，设计参数的选择十分重要. 本文提出的换热器的设计，在工艺设计上考虑了传热系数、管壳程压降等 对换热器设计的影响，同时在机械设计上进行了部分筒化计算.虽然所列公 式繁多，但运用计算机编程计算，将简便易行，能满足设计要求; (九) 附录; 1. 附录表一 ：压降P; 2. 附录表二：液体在换热器中的流速（在废旧钢 筋调直机中） ; 换热器操作允许压降 换热器操作压力 允许压降 105 (表压) 5104 Pa 液体流量计黏度 Ns/k.? 最大流速 m/s 1500 0.6 1000500 0.75 500100 1.
7、1 10053 1.5 351 1.8 1 2.4 3. 管道的一般排列式： 4.折流板的选择 ; (十) 参考文献; 1 王国盛. 化工原理课程过程设计 大连理工大学出版社; 2 王志魁. 化工原理 化学工业出版社; 3 姚育英 ,陈常贵,柴诚敬. 化工原理学习指南 天津大学出版社; 4 曹玉璋. 传热学 北京航空航天大学出版社; 能源是当前人类面临的重要问题之一，能源开发及转换利用已成为各国的重要课题， 而换热器是能源利用过程中必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用，化工、冶 金、动力、交通、航空与航天等部门应用尤为广泛。近几年由于新技术发展和新能源 开发利用，各种类型的换热器越来越受到
8、工业界的重视，而换热器又是节能措施中较 为关键的设备，因此，无论是从工业的发展，还是从能源的有效利用，换热器的合理 设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。 l 换热器的功能和分类 换热器又称热交换器，是进行热量交换的设备的统称。换热器广泛的应用于炼油、轻 工、制药、食品加工、动力以及原子能等工业部门中。在化学工业与石油炼制工业中 所用的换热器的投资大约占设备总投资的 30%。换热器在现代石油炼制厂中占全部工艺 设备的 40%左右。在海水淡化工业生产中，全部工艺装置几乎都是由换热器组成的。随 着石油化工的行业的迅速发展，各种高效的换热器不断出现。 11 直接传热式换热器。一种不需传热壁面，
9、由冷流体与热流体直接接触进行换热的 操作过程的换热器，此类换热器常用于工业生产中。 12 间壁传热式换热器。冷、热流体通过管子、板等壁面进行热量交换的传热操作过 程的换热器，是最普通的也最常用的换热器，冷、热流体都是流体，可以是空气、烟 气、蒸汽、水。这是本文重点进行讨论的换热器类型。 1、3 蓄热式换热器。系间歇传热，在废热再生器中是切实可行有效的回收废热的方式， 常被用于回收燃烧气体的废热以及蒸汽等用量不均时作为调节手段 2 几种换热器的特点及使用 在实际设计选型中，往往是已知高温流体与低温流体的两侧进出口温度，在做工艺设 计选型时，需要考虑的是有尽可能小的换热面积下，有尽可能大的换热速率
10、，以及较 低的设备造价及施工费。 论文目录 l 换热器的功能和分类 2 几种换热器的特点及使用 3 热管式换热器 4 结束语 参考文献 参考文献：1朱声石高电压电网继电保护原理与技术 LM北京：中国电力出版社， 19952葛耀中新型继电保护原理与故障测距原理与技术 LM西安：西安交大出 版社，1996 3 罗森诺 W H传热学应用手册(上)M北京：科学出版社，1992.3-6 4 陈维汉换热器两侧表面最佳匹配的一般化推导J华中理工大学学报， 1999，27(增刊)：3537 5 陈维汉，孙毅传热过程损失率方程及参数优化J华中理工大学学报， 1996，24(增刊)：9195 简单介绍 摘 要 针对几种间壁传热换热器的特点及使用情况作以阐述，以供在换热器设计选型 作比较。
