化工原理课程设计之列管式换热器设计步骤市公开课特等奖市赛课微课一等奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,化工教研室,九江学院,列管式换热器设计,化工原理课程设计,13 十一月 2025,1,第1页,设计题目,拟用200,KPa,饱和水蒸气将常压下20苯加热到80,苯质量流量为50,t/h,单号,苯质量流量为40,t/h,双号,试设计一列管式换热器,已知仓库中现有,252.5mm，,长6,m,碳钢钢管,2025/11/13 周四,2,第2页,设计内容,设计说明书,布管图,187,169,1,2,7,装配图,187,169,2025/11/13 周四,3,第3页,设计说明书,封面,目录,设计任务书,序言,设计计算过程,附表及相关机械元件尺寸,设计说明,2025/11/13 周四,4,第4页,设计步骤,一、确定定性温度、物性数据,二、换热器类型及流体走向,三、工艺计算,四、换热器尺寸初步确定,五、校核计算,六、进出口管径,七、校核流体压力降,2025/11/13 周四,5,第5页,一、确定定性温度、物性数据,苯物性数据,t,1,、t,2,、t,m,、,、,C,P2,、,2,、,2,水蒸汽物性数据,Ts、,、,同温度下水物性,、,2025/11/13 周四,6,第6页,二、换热器类型及流体走向,卧式固定管板式换热器,水蒸汽走壳程，苯走管程,不需要进行热赔偿,不需要加折流挡板,2025/11/13 周四7,第7页,三、工艺计算,1,、热负荷即传热速率,Q,2、平均温度差,t,m,3、选,K,值，估算传热面积,A,初,2025/11/13 周四,8,第8页,1、热负荷即传热速率,Q,2025/11/13 周四,9,第9页,2、平均温度差,t,m,因为水蒸汽侧温度不变，所以能够把两流体平均温度差看作是逆流来计算（双管程）,2025/11/13 周四,10,第10页,3、选,K,值，估算传热面积,A,初,依据条件,K,值在5801160,W/m,2,（,K,680,W/m,2,）,选取安全系数,1.151.25,A,初,A,2025/11/13 周四,11,第11页,四、换热器尺寸初步确定,确定管程结构尺寸,壳程设计数据,换热器长径比,2025/11/13 周四,12,第12页,1、确定管程结构尺寸,管子规格,初步设计总管数,校核流速、确定管程,管间距及排列方式,2025/11/13 周四,13,第13页,（1）管子规格,库存,252.5mm，L3.0m,光滑碳钢钢管,取管内苯流速为,u,0,（0.60 m/s）,苯系易燃易爆物,流速普通低于1,m/s,2025/11/13 周四,14,第14页,（2）初步设计总管数,n”,根三角形排列管数，,3,a,2,+3a+1,圆整,n”,2025/11/13 周四,15,第15页,127布管图,2025/11/13 周四,16,第16页,169布管图,2025/11/13 周四,17,第17页,187布管图,2025/11/13 周四,18,第18页,（3）校核流速、确定管程,管程,（普通双管程）,2025/11/13 周四,19,第19页,（4）管间距及排列方式,管间距,t（1.251.3）d,0,采取三角型排列,依据总管数,n”,确定层数,a，,是否弓形排管，确定,N,T,最外层六角形对角线上管数,N,Tb,2a+1,采取胀管法排列,2025/11/13 周四,20,第20页,2、壳程设计数据,壳体内径,Dt（N,Tb,1）+2 b,t ,管间距,N,Tb,最外层六角形对角线上管数,b ,六角形最外层管中心到壳体内,壁距离，取b（11.5）d,0,壳体内径标准圆整到,Dmm,2025/11/13 周四,21,第21页,中心拉杆,n,3,根 直径,12mm,双管程隔板少排,N,Tb,根,实际管数,nN,T,N,Tb,n,3,双管程，每程,n/2,根排列管子,实际流速,u，,与初设苯流速,u,0,校核,2025/11/13 周四,22,第22页,3、换热器长径比,确定长径比取值范围,2025/11/13 周四,23,第23页,五、校核计算,1、校核总传热系数,K,值,2、校核壁温,T,W,3、校核传热面积,A,2025/11/13 周四,24,第24页,1、校核总传热系数,K,值,管内对流传热系数,2,管外对流传热系数,1,污垢热阻及管壁热阻,2025/11/13 周四,25,第25页,（1）管内对流传热系数,2,被加热,2025/11/13 周四,26,第26页,（2）管外对流传热系数,1,n,为水平管束垂直列上管数,弓形排管,n8，,弓形不排管,n7,假设管外壁温,T,W,（115.6）,2025/11/13 周四,27,第27页,（3）污垢热阻及管壁热阻,苯侧污垢热阻,R,S2,1.7610,-4,m,2,/W,蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小，,水蒸汽侧污垢热阻能够忽略不计，,碳钢钢管导热系数,45 W/m,2,2025/11/13 周四,28,第28页,（4）校核,K,值,以外表面计算：,计算,K,值与原设值,K,初,比较,使相对误差5%,2025/11/13 周四,29,第29页,2、校核壁温,T,W,结果与原假设值,T,W,校核,（,T,W,115.6）,2025/11/13 周四,30,第30页,3、校核传热面积,A,水蒸汽侧,Ts,不变，一壳程双管程换热器平均温度差与逆流平均温度差相等。,2025/11/13 周四,31,第31页,实际所需面积,实际提供面积,余度,2025/11/13 周四,32,第32页,六、进出口管径,苯进口管、出口管,水蒸汽进口管径,冷凝水排出口,2025/11/13 周四,33,第33页,1、苯进口管、出口管,取进口流速,u,1,1m/s,进口直径,选取无缝热轧钢管（,YB231-64）（1504.5mm，,长200,mm）,2025/11/13 周四,34,第34页,2、水蒸汽进口管径,蒸汽用量,富裕量3,蒸汽体积流量,VG,取蒸汽流速,u20 m/s,选取无缝热轧钢管（,YB231-64）（2196mm，,长200,mm）,2025/11/13 周四,35,第35页,3、冷凝水排出口,选取水煤气管,42.253.25mm，,长100,mm,2025/11/13 周四,36,第36页,七、校核流体压力降,管程总压力降,壳程压力降,壳程是饱和水蒸汽冷凝，,阻力很小，不校核其压力降。,2025/11/13 周四,37,第37页,管程总压力降（,P272）,总压力降,计算公式,每程直管压力降,每程局部阻力引发压降,校 核,Pt 3.0104Pa,2025/11/13 周四,38,第38页,管内径;,管长,管程结垢校正系数，,三角形为1.5，,正方形为1.4；,壳程数，1；,一壳程管程数，2。,参数说明,2025/11/13 周四,39,第39页,计算,取,0.2mm，/d=0.01,查图可知,2025/11/13 周四,40,第40页,八、换热器尺寸及从属部件,管间距：,t32.5mm,壳体直径：,60010mm，,内径,D580mm,壳体材料：碳素钢,A,3,F，,钢板卷焊,管子尺寸：,252.5mm，L3.0m，n164,根，双管程布管图 见图纸2-2。,2025/11/13 周四,41,第41页,6、管板,(1)管板材料：选取碳素钢,A,4,。,(2),管子在管板上固定方法：焊接,(3),管板尺寸,：,Pg16kgf/cm,2,，,(4),管板与壳体连接：,采使用方法兰连接，拆开顶板可检修或清理管内污垢。,2025/11/13 周四,42,第42页,（5）管板与分程隔板连接:采取单层隔板，隔板材料与封头材料一致，厚度,s10mm。,2025/11/13 周四,43,第43页,7、封头与管箱,封头与管箱位于壳体两端。,（1）封头选择：选取椭圆形封头，,Dg60010mm GB115473,（2）,封头尺寸,：曲面高度150,mm，,直边高度40,mm,管程接口管与封头为焊接，封头与壳体为法兰连接，法兰尺寸与上同。,2025/11/13 周四,44,第44页,管程进出口接管直径：选取无缝热轧钢管（,YB231-64）1524.5mm,长200,mm。,支座公称直径,Dg600mm，,每个支座承受载荷为36.8吨，材料采取,A,3,F,碳素钢；采取鞍形安装。,整个换热器采取卧式安装，安装图见图纸21。,2025/11/13 周四,45,第45页,九、参考资料,化工原理上册 化学工业出版社，谭天恩主编，1990年。,基础化学工程 上海科学技术出版社，编写组，1980年。,2025/11/13 周四,46,第46页十、对一些问题说明,列管式换热器是当前化工生产中应用最广泛一个换热器，它结构简单、坚固、轻易制造、材料范围广泛，处理能力能够很大，适应性强。但在传热效率、设备紧凑性、单位传热面积金属消耗量等方面还稍次于其它板式换热器。此次设计所采取固定管板式换热器是其中最简单一个。,2025/11/13 周四,47,第47页,因为水蒸汽对流传热系数比苯侧对流传热系数大得多，依据壁温总是趋近于对流传热系数较大一侧流体温度实际情况，壁温与流体温度相差无几，所以此次设计不采取热赔偿装置。,2025/11/13 周四,48,第48页,Thanks Attention,Science and technology,especially strategic high technology,is increasingly becoming the decisive force in economic and social development and the focus of competition in comprehensive national strength.,2025/11/13 周四,49,第49页,