化工原理课程设计――列管式换热器的设计

1、设计题目：用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计设 计 者：班级 * 姓名 * 学号 * 指导教师 * 日期 2014年3月27日 设计成绩：进度 说明书 图纸 总分 西南科技大学 生命科学与工程学院目录一、 设计题目和设计条件 21 设计题目 22 设计条件 23 设计任务 2二、 设计方案简介 21 选择换热器的类型 22 管程安排 33 流向的选择 3三、 流体物性的确定 31 流体定性温度的确定 32 定性温度下流体的物性 3四、 工艺计算及主体设备设计计算及选型 41 计算热负荷和冷却水量 42 计算两流体的对数平均温度 43 初选换热器规格 54 折流板 6五、 核算总传热系数 6

2、1 管程对流传热系数 62 壳程对流传热系数 73 污垢系数得 84 总传热系数K 95 传热面积裕度 96 壁温 9六、 压力损失的计算 91 管程的压力损失 102 壳程的压力损失 10七、 辅助设备的计算及选型 111 接管 112 拉杆直径和拉杆数量 113 放气孔、排气孔 12八、 设计结果一览表 12九、 对设计的评述 13参考文献 13一、设计题目和设计条件1设计题目用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计2设计条件(1甘油 处理量：33700kg/h、进口温度：100、出口温度：40、压强降：101.3kPa (2冷却水进口温度：25、出口温度：35 ，压强降：101.

3、3kPa3设计任务(1根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板数目、形式等。(2绘制列管式换热器的装配图。(3编写课程设计说明书。二、设计方案简介1选择换热器的类型选择固定管板式换热器。2管程安排从两物流的操作压力看，应使甘油走管程，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降；又因为被冷却的流体走壳程，便于散热。所以从总体上综合考虑，应使冷却循环水走管程，甘油走壳程。3流向的选择当冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体

4、，所需的传热面积较小。逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。显然，在一般情况下，逆流操作总是优于并流。故选择逆流为流向。三、流体物性的确定1流体定性温度的确定对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。壳程25%甘油的定性温度为：管程冷却水的定性温度为：2定性温度下流体的物性根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据25%甘油在70下有关物性数据如下：密度 =1048kg/m3比热容 =3790J/(kg.导热率 =0.57W/(m.黏度 =0.0007255Pa.s冷却水在30下有关物性数据如下：密度 =995.7kg/m3比热容 =4

5、174J/(kg.导热率 =0.6171W/(m.黏度 =0.0008012Pa.s四、工艺计算及主体设备设计计算及选型1计算热负荷和冷却水量（1）热流量=33700×3790×(100-40=2128464J(2冷却水量2计算两流体的对数平均温度暂按单壳程、多管程进行计算。逆流时，=-=100-35=65；=-=40-25=15对数平均温度为R=6； P=0.133查图表1得，温差修正系数为图表 1 壳侧单程、管侧2程的换热器温差修正系数3初选换热器规格设总传热系数为K0=680 W/(m.K则所需的传热面积为A0=Q/(K0tm=2128464/(680×30

6、.69=101.99m2取面积A=102.4m2，据此，由换热器系列标准（设换热器为浮头式）中选定换热器，有关参数如表所示：壳径D800mm管程流通面积0.0707m2管程数N2中心排管数23管子总数n450根管子尺寸ø25mm×2.5mm管长L3m材料碳钢10排列方式正三角形排列即总传热系数K：4折流板采用圆缺型折流板，去圆缺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=0.25×800=200mm假定折流挡板间距是壳体内径的0.3倍，则折流挡板间距，则可取 B=250mm折流板板数五、核算总传热系数 1管程对流传热系数水的质量流速：50.99kg/

7、s则（湍流）普兰特准数：即>10000，则=2壳程对流传热系数管心距a=32mm流体通过管间最大截面积为当量直径，由正三角形排列得：普兰特准数：黏度校正,=3污垢系数得查2得管侧、壳侧的污垢热阻分别取=0.000352 m2·/W =0.000172 m2·/W查1得，管子的热导率为： =454总传热系数K=1.3K=7605传热面积裕度计算面积S:该换热器的裕度为：%即传热面积裕度合适，且裕度为H=12.2%，该换热器能够完成生产任务。6壁温六、压力损失的计算1管程的压力损失图表 3摩擦系数与雷诺数 及相对粗糙度/d的关系设管壁粗糙度又Re=18755，查图表3得，

8、摩擦阻力系数0.037正三角形排列，其中=6.786101.3kPa管程流体阻力在允许范围之内。2壳程的压力损失对正三角形排列，F=0.5；对液体，=1.15 ，壳程流体：即=0.7738=2.107101.3kPa壳程流体阻力在允许范围之内。七、辅助设备的计算及选型1接管管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速u=2.0m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为180mm壳程流体进出口接管：取接管内25%甘油流速u=1.5m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为90mm以上资料均为查3所得。2拉杆直径和拉杆数量拉杆直径：12mm；拉杆数量：8根。3放气孔、排气孔换热器的壳体上常设有放气孔、排气孔，以

9、排除不凝气体和冷凝液等。八、设计结果一览表表格 1 设计结果一览表参数管程壳程流率(kg/s50.999.36进/出口温度/25/35100/40压力/KPa<101.3<101.3物性定性温度/3070密度/（kg/m3）995.71048定压比热容/kJ/（kgK）4.1743.790粘度/（Pas）0.8012×10-30.7255×10-3热导率（W/mK） 0.61710.570普朗特数5.4194.824设备结构参数形式固定管板式壳程数1壳体内径/800台数1管径/25×2.5管心距/32管程接管/180×4.0壳程程接管/90&

10、#215;3.0管长/3000管子排列正三角形管数目/根450折流板数/个11传热面积/102.4折流板间距/250管程数2材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）0.7550.124表面传热系数/W/（k）36561561污垢热阻/（k/W）0.0001720.000352阻力/ Pa67861115传热系数/W/（K）677裕度/%12.2九、对设计的评述对于本次课程设计，感概颇深，印象深刻，刚开始，没有一点头绪，无从下手，于是就先看教材，网上找资料和模板。然后按照步骤一步步进行。尤其是在计算K值时，第一次遇到如此棘手的问题。大量的数据，不断的查表、查图、运算，如此反复进行，一次次地挑

11、战自己的耐心和毅力，相信自己一定要算出合理的K值。现在想想，做工程师也不容易呀！这次化工原理课程设计给我留下了极深的印象，也让我们有了很多的收获。化工原理课程设计是旨在学生的工程设计能力，对所学知识进行一次综合性训练。而这次我们进行的是对换热器的设计及选择。本次课程设计是对换热器及其附件一起进行设计的，不能单独只考虑一个或几个基本构件的情况，要综合考虑，对其各个因素进行认真考虑，整体构思。将设计题目、设计内容与生产实践相结合，设计题目来源于生产实际，具有很深的实际意义。团队协作，在这次课程设计中通过我和同学两人的分工合作，同时相互请教，一起发现问题，解决问题，让我们有了更多从事设计工作的经验。通过这次设计使我们对所学知识的综合应用能力、分析和解决工程实际问题能力都得到了提高，为今后的工作做了必要的准备，对我们有很大帮助。由于设计经验不足，加上时间仓促，难免有错误之处，恳请老师批评指正。参考文献1陈敏恒主编.化工原理（上册）.第三版.北京：化学工业出版社.2010.072黄建伟主编.普通物理实验. 哈尔滨市：黑龙江教育出版社, 2009.033钱颂文.换热器设计手册M.