管壳式热交换器

1、目        录1、设计任务及要求.2、设计方案的确定及流程说明.2.1管壳式换热器的型式.2.2换热器的流程.2.3换热器的流程图 .3、换热器设计.3.1确定物性数据.3.2计算平均温差3.3计算热负荷3.4估算传热面积.4、工艺结构尺寸.4.1选管子规格.4.2总管数和总管程数.4.3确定管子在管板上的排列方式.4.4管壳内径的确定.4.5绘管板布置图确定实际管子数目.4.6折流板的计算. 4.7其他附件.4.8接管.5、管壳式换热器的核算.5.1传热温差的校正.5.2总传热系数K的计算.5.3传热面积校核.5.4

2、壁温的计算.5.5阻力计算和核算压力降.6、设计成果总表.7 分析讨论.8、换热器的设计图纸.9.、参考文献.换热器课程设计任务书一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、苯：入口温度90，出口温度40。2、冷却介质：循环水，入口温度20。3、允许压强降：不大于50kPa。三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：100000吨/年苯五、设计要求：1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。3、设计结果概要或设计结果一览表。4、设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸）5、对本设计的评述及有关问题的讨论（不同的同学应该有不同的感受）。2、设计方案的

3、确定及流程说明2.1管壳式换热器的型式：卧式壳管式冷凝器2.2换热器的流程：冷却水走管程，便于水垢清洗；甲苯走壳程，有利于甲苯的散热和冷凝。估计管侧壳、侧传热系数2.3换热器的流程图计算未指定的流速或温度计算含垢因子在内的总传热系数收集物理性质%假设总传热系数K设 是确定壳、管程数计校正因子估计管侧和壳层压降确定传热面积 =Q/K压降在规定范围内？ 否确定类型、管径，材料清单为壳管分配流体是设计成功计算管数计算壳径 3、换热器设计3.1确定物性数据冷却介质为循环水，取入口温度为：20 ，出口温度为：30 苯的定性温度： 水的定性温度： 两流体的温差： 物性流体温度密度kg/m3粘度Pa

4、3;s比热容kJ/(kg·)导热系数W/(m·)苯65836.60.0003811.8280.151水259970.00092084.1790.6093.2计算平均温差36.41 由计算得：，所以3.3计算热负荷苯的质量流量：热量： 水的质量流量： 估算传热面积: 4、工艺结构尺寸 4.1选管子规格假设,管子为，又因为苯走管程且初选，L= 4.5m的列管，所以设4.2总管数和总管程数 取Z=22根 取N=44.3确定管子在管板上的排列方式：按正三角形排列4.4管壳内径的确定查表得：管中心距：s=25 分程隔板槽处管中心距：平行于流向的管距： 垂直于流向的管距：六边

5、形层数：a=5管中心至最外层管中心距离：管束外缘直径：壳体内径：取标注直径：0.4实际换热面积S=nL=88×3.14×0.015×4.5=18.66该换热器所要求总传热系数4.5绘管板布置图确定实际管子数目：取NZ=88c 4.6折流板的计算:弓形折流板取折流挡高度取折流板间距.取0.25.折流板个数：L/-1=17个5、管壳式换热器的核算5.1传热温差的校正5.2总传热系数K的计算计算管程对流传热系数计算壳程对流传热系数壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积， 壳程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数 粘度校正

6、: 所以：确定污垢热阻总传热系数5.3传热面积校核: S=nL=126×3.14×0.015×4.5=26.72， 稍大5.4壁温的计算: 壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=65。壳体壁温和传热管壁温之差为。5.5阻力计算和核算压力降管程流动阻力 由Re，传热管相对粗糙度=0.1/150.0067，查莫迪图得0.033W/m·， 流速ui0,975m/s，836.6kg/m3，所以沿程阻力：回弯阻力 进出口连接阻力：总的流动阻力：=+=4134+6362+1193=11698Pa<50kPa 壳程压力降）计算壳程压强降 其中 管子为正三

7、角形排列，取F=0.4 取折流挡板间距 折流挡板数： 壳程流通面积 所以 由上面计算可知，该换热器管程与壳程的压强均满足题目要求，故所选换热器合适。6、设计成果总表 项 目壳程（循环水）管程（苯）流量，/s6.9353.17温度，（进/出）25/3080/40物性定性温度，2565密度，/m3997836.6比热，kJ/4.1791.828粘度，Pa·s0.9208×10-30.318×10-3导热系数，kJ/m0.6090.151结构参数壳体外径，400台数1管径，19×2壳程数1管长，m4.5管心距，25管数88管子排列正三角形排列传热面积，108.

8、4折流板数17管程数4折流板距，m0.12材质不锈钢主要计算结果壳程管程流速，m/s0.9750.43污垢热阻,(·)/W2.0×1.7×7分析讨论通过本次课程设计，我对换热器的结构、性能都有了一定的了解，同时，在设计过程中，我也掌握了一定的工艺计算方法。换热器种类繁多，特点不一，因此，选择合适的换热器是相当重要的。在本次设计中，我发现进行换热器的选择和设计是要通过反复计算，对各项结果进行比较后，从中确定出比较合适的或最优的设计，为此，设计时应考虑很多方面的因素。首先要满足传热的要求，本次设计时，由于初选总传热系数不合适，使规定条件下的计算结果与初设值的比值不在要

9、求范围内，因此，经过多次计算，才选择到合适的K值。 稍大，满足要求。其次，在满足工艺条件的前提下选择合适的换热器类型，通过分析操作要求及计算，本次设计选用换热器为上述计算结果。再次，从压强降来看，管程约为116981Pa，壳程约为10156Pa，都低于要求值（50kPa），因此，可适当加大流速，从而加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低污垢热阻，然而，流速增加，流动阻力也会随之增大，动力消耗就增多，因此，作出经济衡算在确定流速时是相当重要的。此外，其他因素（如加热和冷却介质用量，换热器的检修和操作等），在设计时也是不可忽略的。根据操作要求。在检修和操作方面，固定管板式换热器由于两端管板和壳体连接成一体，因此不便于清洗和检修。本次设计中，在满足传热要求的前提下，考虑了其他各项问题，但它们之间是相互矛盾的。如：若设计换热器的总传热系数较大，将导致流体通过换热器的压强降（阻力）增大，相应地增加了动力费用；若增加换热器的表面积，可能使总传热系数或压强降减小，但却又受到换热器所能允许的尺寸限制，且换热器的造价也提高了。因此，只能综合考虑来选择相对合适的换热器。然而在本次设计中由于经验不足，知识有限，还是存在着很多问题。比