换热器设计化工原理

1、换热器设计化工原理换热器设计化工原理 目录一、方案简介1二、方案 设计2 1.确定设计方案2 2、确定物性数据3 3.计算总传 热系数3 4、换热器核算6 5、换热器内流体的流动阻力 8三、 换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：9四、对设计的评述 10五、参考文献 11六、主要符号说 明11 一、方案简介 本设计任务是利用冷流体（水）给煤油 降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产 需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洗，复合实际需要等 原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式 换热器

2、，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器， 列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍所以首选列管式换热器作为设计基础。二、方案设计 奥厂在生产过程中，需将煤油液体从140 c 冷却到40 Co处理能力为1.8X05吨/年。冷却介质采用自来水，入口温度26C,由口温度40 Co要求换热器的管程和壳程的压降不大于100kPa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按300天，每天24小时连续运行）1 .确定设计方案（1）选择换热器的类型 两流体

3、温度变化情况：热流体进口温度140C,由口温度40c冷流体。冷流体进口温度 26C,由口温度40 Co从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温 之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。（2）流动空间及流速的确定从两物流的操作压力看，应使煤油走管程，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，煤油走壳程。选用e25 x 2.5mmj碳钢管，管内流速取 ui=5.5m/ s。2、确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。克程煤油的定性温度为：管程流体的定性温度为：根据定性温度，分别

4、查取壳程和管程流体的有关物性数据。 煤油在90c下的有关物性数据如下：密度 pH 825kg/m3 定压比热容 Cp0 = 2.22kJ/kg C 热导 率 入A 0.14W/m C 粘度 以A 7.15 M0-4Pa . s冷却水在 33 c下的物性数据：密度 p i=994.3kg/m3 定压比热容 cpi=4.174 kJ/(kg G )导 热系数 入 i=0.618 W/(m G)粘度 以 i=0.000818 Pa s3算总 传 热 系 数(1) 热 流 量Wo=1X 1.8 ¥05X1000 300 24=25000kg/hQo=WocpoA to=25000 >2

5、.22 抬40-40)=5550000kJ/h=1541.7kW (2)平均传热温差(3)冷却水用量(4)计算传热面积求传热面积需要先知道 K值，根据资料查得煤油和水之间的 传热系数在 350 W/( m2/C )左右，先取 K值为300W/( m2/C ) 计算由Q=KA Atm得=m2 (5)工艺结构与尺寸1.管径和管内流速选用 25X 2.5较高级冷拔传热管(碳钢),取管 内流速 u1=5.5m/so2 .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

6、管长l=3m, 则该换热器的管程数为Np=传热管总根数 Nt = 16 X31 =496 3.平均传热温差校正及壳程数R= P=按三壳程结构得：平均传热温差C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，故取三壳程合适。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。取管心距t=1.25d0,则1=1.25X25=31.25弋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 mm各程相邻管的管心距为 44 mm。管束中心线上的管数 Nc=1.1弋1凭体内径 采用多管程结 构，取管板利用率 n

7、 =0.75,则壳体内径为：D = t（Nc-1）+2 保d0=500按卷制壳体的进级档，可取 D=500mm 6.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=0.25 M00=100m ,故可取 H=100mm 取折流板间距 B=0.3D ,贝U B=0.3 Xl100=330mm,可取 B 为 330mm。折流板数目NB= 4、换热器核算（1）壳程表面传热系数用克恩法计算得：当量直径：=壳程流通截面积：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：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：

8、管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻管壁热阻按碳钢在该条件下的热导率为 50w/(m -K) o所以：(4)传热系数：(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。5、换热器内流体的流动阻力(1)管程流体阻力,由Re=12277.0,传热管对粗糙度0.01 ,查莫狄图得，流速u=0.55m/s,所以：显然36.45k小于100所以：管程流体阻力在允许范围之内。(2) 壳程流体阻力Fs=1.15 Ns=3其中：=6.144kpa =11.796kpa 所以：(6.144+11.796) 3X1.5

9、=61.893kpa 61.893kpa 小于 100 所 以：壳程流体阻力在允许范围之内。三、换热器主要结构尺寸和计算结果见下表:换热器型式：固定管板式换热器面积(M):116.8工艺参数 名称 管程 壳程 物料名称 循环水 煤油 操作压力，kPa 36.45 61.893 操作温度，C 26/40 40/140 流 量，m3/s 0.01 0.013 流体密度，kg/ 994.3 825 流速，m/s 0.3407 0.641传热量，kw 1541.7总传热系数，w/m2 k 222.2对流传 热系数，w/m2 k 5887 390.97 污垢系数，m2 k/w 0.0004 0.0006

10、 阻力将，kPa 36.45 61.893程数6 3使用材料 碳钢 碳钢 管 子规格 .5管数496管长，mm 3000管间距，mm 32排 列方式 正三角形 折流挡板型式 上下 间距，mm 150切口 高度25%项目 数据项目 数据 壳径D(DN) 500mm管尺 寸 025mmX2.5mm 管程数 Np (N) 6 管长 l (L) 3.0m 管 数n 496管排列方式 正三角形排列 中心排管数nc 25管心 距44mm四、对设计的评述 初次接触化工原理课程设计， 还荒谬地以为是像其他课程一样是实验类的，听课的时候也 一头雾水，根本不知道该做什么，该怎么做，无从下手，只 是觉得好难。有一段

11、时间都在观望，最后，有同学开始行动了，这时自 己也坐不住了于是，也开始了发扬蚂蚁啃骨头的精神开始工 作了。但是，自己设计的时候还是只能根据老师提供的模板， 用新的数据代替旧的数据，其他的公式完全照抄，花了一天 时间，终于把计算部分完成了。可是，还是有很多的细节问题，模模糊糊又花了我一上午 的时间，把一些细节问题从新能了一遍，把最后的主要结构 和尺寸表填了一下。然而，再细看模板和自己的设计的时候，还是发现了很多 问题，我于是又重新的检查求证，最后费了九牛二虎之力终 于把它搞定了，呵呵这时也终于松了一口气。那么接下来就是画图了，由于学过机械制图，以为画图 比较简单，5个小时左右可以完成，谁知道，画

12、图更难，这 主要是因为在设计的时候，没有兼顾考虑到画图，因此设计 由来的管数很难安排，冥思苦想了好久，换了好多方案，查 了好多资料，换了多种排列方法，还是行不通。最终，只好把管数安排成易于排列的数目，才解决了这 个问题。其实，在整个过程中，虽然遇到了很多问题，也犯了不 少错误，但是自己真的学到了很多东西，比如word文档公式的运用以及公式编辑器的使用，比如如何使自己的设计更 加合理，这就要求自己在设计前要详细的考虑各种可能由现 的问题和解决办法，才能达到事半功倍的效果。我觉得，如何查找数据也很重要，假如自己查不到数据， 接下来的工作完全没办法做，假如查的数据是错误的，那设 计由来的东西也是错误的，而且很可能导致严重的后果。五、参考文献化工原理，王志魁 编，化学工业生版社，2006.化工设备设计，潘国吕，郭庆丰 编著，清华 大学生版社，1996.化工物性算图手册,刘光启等 编著， 化学工业由版社，2002.生物工程专业课程设计,尹亮， 黄儒强编.石油化工基础数据手册化学化工工具书等.六、主要符号说明 硝基苯的定性温度 T冷却水定性温 度t硝基苯密度po冷却水密度p