化工原理课程设计—列管式换热器

1、 设计任务书 设计题目：设计一正丁醇冷却器 设计条件 、处理能力： 、设备类型：列管式换热器（非定型式） 、操作条件： 流体 名称 入口温度C 出口温度C 物料 纯止醇 冷却介质 自来水 允许压力降：热损失：按传热量的计算 设计内容 、前言 、确定设计方案（设备选型、换热器材质） 、确定物性数据（冷却循环水的出口温度、纯正丁醇和水在物性温度下的物理性质） 、工艺设计 初占换热面积、确定换热器基本尺寸（包括管径、管长、程数、每 程管数、管子数排列、壁厚、换热器直径、流体进出管管径等计算） 、换热器计算 核算总传热系数（传热面积） 换热器内流体的流动阻力校核（计算压降） 、机械结构的选用 管板选用

2、、管子在管板上的固定、管板和壳体连接结构 封头类型选用 温差补偿装置的选用 管法兰选用 管、壳程接管 、换热器主要结构尺寸和计算结果表 、结束语（包括对设计的自我评述及有关问题的分析讨论）、换热器结构和尺寸（4#图纸） 、参考资料目录 开始时期年月 结束时期年月 学生：牛俊健班级：73 流程图和工艺流程图 冷却水出口管（温度: 日 日 学号：指导老师：冯伟 纯正丁醇入口管（温度: 冷却水入口管（温度：） 纯正丁醇出口管（温度：50C） 设计计算 确定设计方案 确定设备类型 两流体的温度变化：热流体的入口温度 力体定性温度 冷流体的入口温度 冷流体定性温度 冷热流体的最大温差 确定壳程流体和管程

3、流体 流体经过管程和壳程的选择原则： ,出口温度； 0 ,出口温度； 0 ,因此，选用列管式换热器 不清洁或易结垢的流体，应走容易清洗的管道，可走管程 腐蚀性流体应走管程。 压力高的流体应走管程。 有毒流体应走管程。 被冷却的流体应走管程。 饱和蒸汽应走壳程。 黏度大的流体或流量小的流体应走壳程。 两种流体的物理性质如下表： 物性流体 定性温度 密度 kg 比热容 kg 黏度 导热系数 纯止醇 2.649 水 4.178 综上所述，纯正丁醇走壳程，水走管程；且采用逆流。 初算换热面积 热流量（的热损失） 若换热器无相变化，且流体的比热容可取平均温度下的比热容，则 式中一一换热器的热负荷，； 、

4、一一分别为冷、热流体的质量流量，kg； 、分别为冷、热流体的平均比热容，（kg）； 、一一冷流体的进、出口温度， 、一一热流体的进、出口温度， 有效传热量 冷却水用量 平均传热温差 平均温差 先算出逆流的对数平均温差，再乘以考虑流动方向的校正因子，即 逆_ 式中逆一一按逆流计算的对数平均温度差, 世, 温度差校正系数，量纲为 其中，。 逆 值可根据 冷流体的温升 两流体的最初温度差一 热流体的温升 冷流体的温一 经温度差校正系数图可得，所以， A 初算传热面积 设传热系数，则传热面积 工艺结构尺寸 管径和管内流速 选用较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速 管程数和传热管数 管一 式中管管内的流

5、量，kg； 4 又因为有 式中一一在设定的条件下所需的管长, 所以 采用长的标准管，则管层数 因此，所以至少需要根管子 管子的排列方式及壳层数 由于平均传热温差校正系数故取单壳层合适。 采用正三角形排列，如图 取管心距，则 隔板中心到离其最近的一排管中心距离Z计算如下: 各程相邻管的管心距为44mm.管子内径， 水的密度，kg ,同时壳层流体流量较大, 管板利用率 正三角形排列、二管层，可取 壳体壁厚 壳体所用钢材钢的许用应力，=108MPa -焊缝系数，量纲为； -腐蚀余量，。 采用标准壁厚 折流板 折流板圆缺高度采用弓形折流板圆缺高度为壳体内径的，则切去的圆缺高度为 板间距取折流板间距 折

6、流板数目 传热管长 折流板间距 则 接管 壳体直径 壳体内径 式中 式中壳体承受的内压，p Pa； 内径为: 选用鞍式支座标准号: 管箱 管箱和封头管箱，推荐使用封头管箱；DN900mm选择封头管箱。故采取平盖 管箱。 封头 因为该设计为浮头式，所以封头尺寸应该增加 0如图所示，材料选用 管程流体进出口接管 接管内液体流速 ,则管程流体进出口接管 壳程流体进出口接管 接管内液体流速 ,则壳程流体进出口接 管内径为: 管法兰 标准管法兰号: HG20592密封面形式：平面。 放空管 放空管选取 的无缝钢管。 排污管 排污管选取 的无缝钢管，接管管长均选取 管箱的公称直径 为平盖管箱; 为平盖 ,

7、直边高度为 换热器核算 3.4.1值的核算 管程传热系数 式中一一管程流体对流传热系数，C； 管程流体的热导率，C; 管内径，； 管程流体的流速， 管程流体的黏度，； 管程流体的密度，kg； 管程流体的比热容，kg； 管程流体的雷诺数； 管程流体的普朗特数。 当流体被加热时，被冷却时。 管程流体被加热，取 8 因为，且 壳程传热系数 式中一一壳程流体对流传热系数，C; 壳程流体的热导率，C; 传热当量直径，m； 管外径，m； 壳程流体的流速， 壳程流体的黏度，； 壳程流体的密度，kg； 壳程流体的比热容，kg； 壳程流体的雷诺数； 壳程流体的普朗特数； 壳程流通截面积，。 管子采用正三角形排列

8、，传热当量直径为 所以壳程流速为 壳程流体的雷诺数和普朗特数分别为 9 因为，所以 C 实际的总传热系数K值 实 式中实一一实际的总传热系数，C; 、一一分别为管内、外侧污垢热阻，C； 、一一分别为管内径、管外径、平均直径，； 一一换热器的管壁厚度，； 管壁材料的热导率，c。 查表可得：c；c； C0 已知管壁厚度，所以平均壁厚 实际总传热系数 实C 因为实，所以假设的K值合格 传热面积的核算 计算的传热面积 计 实 实际的传热面积 实标 10 实 计 实 计 传热面积合适，该换热器能够完成生产任务 换热器内压降的核算 管程阻力 式中、一一分别是直管及回弯管中因摩擦阻力而引起的压降, 结垢校正因数，对于管子取 摩擦系数，由-双对数坐标图可得 串联的壳程数。 其中，标，kg, ,则 因为，所以管程流体阻力在允许范围之内 11 壳程阻力 式中一一壳程总阻力引起