化工原理课程设计列管式换热器设计

1、列管式换热器设计说明书设计者：班级：姓名 ：学号 ：日期 ：指导教师 设计成绩日期 目录一、方案简介·········································

2、3;······················32、 方案设计··························&#

3、183;·····································41、 确定设计方案··········

4、3;·················································

5、3;42、 确定物性数据················································

6、·············43、 计算总传热系数···································&

7、#183;·······················44、 计算传热面积························

8、83;····································55、 工艺结构尺寸············

9、;·················································56、 换

10、热器核算·················································&#

11、183;·············73、 设计结果一览表··································

12、83;·······················104、 对设计的评述························

13、3;···································115、 附图（主体设备设计条件图）（详情参见图纸）··········&#

14、183;······················6、 参考文献··························&

15、#183;·····································127、 主要符号说明··········&#

16、183;·················································12

17、附图·················································

18、3;························一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给硝基苯降温。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，螺旋板式

19、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、方案设计某厂在生产过程中，需将硝基苯液体从93冷却到50。处理能力为1×105吨/年。冷却介质采用自来水，入口温度27，出口温度37。要求换热器的管程和壳程的压降不大于10kPa。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）出口水温是可以自行改动的。冷却水温差最好在510一年的工作日一般300

20、340天。可以自行选定。1确定设计方案 （1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度93，出口温度50冷流体。冷流体进口温度27，出口温度37。流程安排说理要充分。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 管内流体流态最好完全湍流。Re>10000，d=0.02，=0.001，=1000，故ui0.5m/由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷却水走管程，硝基苯走壳程。另外，这样的选择可以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用25×2.5的碳钢管，管内流速取u

21、i=0.5m/。 2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程硝基苯的定性温度为：管程流体的定性温度为： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 硝基苯在71.5下的有关物性数据如下： 密度 o=1154 kg/m3定压比热容 cpo=1.558kJ/(kg·)导热系数 o=418.4×30.9×10-50.129 W/(m·)粘度 o=0.000979 Pa·s冷却水的定性温度，会随前面的出口温度变化而变化冷却水在32下的物性数据： 密度 i=994.3kg/m3定压比热容 cpi=4.24 kJ/(kg

22、3;)导热系数 i=0.618 W/(m·)粘度 i=0.000818 Pa·s 3计算总传热系数 （1）热流量 Wo=1×105×1000÷300÷2413889kg/hQo=Wocpoto=13889×1.558×(93-50)=930479.7 kJ/h=258.5 kW注意的计算。特别是各个温度在公式中的位置。最好绘制计算草图。（2）平均传热温差 （3）冷却水用量 （4）总传热系数K 管程传热系数 此处可以直接假设K值是多少，无需做复杂的运算。（5）壳程传热系数 假设壳程的传热系数o=290 W/(m2&#

23、183;)； 污垢热阻Rsi=0.000344 m2·/W , Rso=0.000172 m2·/W管壁的导热系数=45 W/(m·)注意后面的校核，分别针对K值/裕度。4、计算传热面积 考虑 15的面积裕度，S=1.15×S''=1.15×19.24=22.12m25、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速及管长 选用25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s，选用管长为3m。（2）管程数和传热管数 管长是受限制的，1.0/1.5/2.0/3.0/6.0m。经过一般初算后，基本可以确认管长。依据传热管内径和

24、流速确定单程传热管数 按单程管计算其流速为管内流速大于0.5m/S为佳。接近0.5m/s也可。按单管程设计，流速过小，宜采用多管程结构。则该换热器管程数为 (管程)传热管总根数 N=94 (根)（3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得平均传热温差（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=1.25 d0，则 注意：管心束>17时，排管数的计算，必须加上弓形位置的管数。参见书中表格。t=1.25×25=31.2532(mm)横过管束中心线的管数排管数的计

25、算：1+（1+2+3+4+5）×6=91此处计算有误。按照管心束13计算：1+（1+2+3+4+5+6）×6=127127-4-13=110根。中心管束排列11根管，即正六边形可排5层。则实际排管数设为102根，其中4根拉杆，再扣除11根中心管束（隔板占据）则实际换热器为87根。（5）壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率0.7，则壳体内径为 圆整可取D400mm （6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为h0.25×400100mm，故可取h100 mm。 取折流板间距B0.5D，则B0.3×400200mm

26、，可取B为200。 折流板数目与壳程接管位置密切相关。最好是奇数。折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=3000/200-1=14(块)折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为 u1.0 m/s，则接管内径为 标准管径DN用于编号，与实际的管径并不一致。取标准管径DN60为65 mm×3mm。 管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u1.5 m/s，则接管内径为 取76mm×6.5mm无缝钢管。6换热器核算 （1）热量核算 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

27、雷诺数分别为 普兰特准数 粘度校正 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数传热系数K这个K值相差比较大，1-347.5/400=13%。应重新假定计算。与假定的K值相差13%，可以接受计算结果。传热面积S该换热器的实际传热面积Sp实际总管数是87根。该换热器的面积裕度为 要求在1030%。传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re10064.6，传热管相对粗糙度0.01/200.005，查莫狄图得i0.037 W/m·， 流速ui0.414m/s，

28、994 .3kg/m3，所以 注意设计要求。管程压力降在允许范围之内。壳程压力降流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 注意设计要求。壳程压力降也比较适宜。 三、设计结果一览表换热器形式：固定管板式换热面积（m2）:22.2工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水硝基苯操作压力，Pa未知未知操作温度，27/3793/50流量，kg/h21945.313889流体密度，kg/m3994.31154流速，m/s0.4140.191传热量，kW258.5总传热系数，W/m2·K347.5传热系数，W/（m2·）2402.3866.6污垢系数，m2·K/W0.000344

29、0.000172阻力降，Pa2185.51800.8程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格25×2.5管数98管长mm:3000管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm200切口高度25%壳体内径，mm400保温层厚度，mm未知四、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。有一段时间都在观望。所以自己设计的时候只能是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。裕度15，在合理范围内，但是，一看压力降，彻底崩溃了，12多千帕，天啊，完全不合理。再细看模