列管式换热器设计说明书

1、食品科学与工程专业化工原理课程设计说明书题目名称列管式换热器设计说明书专业班级10食品科学与工程1班2012 年01月06日目录1、设计方案1 .1设计条件2、衡算2.1传热面积的计算： 煤油用量平均传热温差热流量初传热面积 2.2确定换热管数目和管程数目 管层数和传热管数平均传热温差及壳层数平均温差较正系数： 2.3传热管排列和分层方法隔板中心到最近一排管中心距 壳体直径折流板接管2.4换热器核算传热面积核算壳程传膜系数污垢热阻和管壁热阻总传热系数K传热面积校核2.5换热器内压核算管程阻力壳程阻力3附录及图纸4总结5参考文献6附图1、设计方案列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。

2、它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。本论文是工业生产煤油用冷却水冷却的换热器进行选择、及主要设备工作部件尺寸的设计。1 .1设计条件水入口温度10C，出口温度60C,流量20 m3/h;煤油入口温度170C，出口温度50 °C。2、衡算管层的定性温度T=10/2+60/2=35C ;壳层的定性温度 T=170/2+50/2=110C。查询煤油物理性质表煤油在110C下有关物理参数如下：密度p =825kg/m；粘度卩=7.15 x-1pas；比热容 Cp=2.2kJ/(kg C);导热系数 入=0.14W/(mC)。查询饱和水的物理性质表 水在35C有关的物理参数：密度

3、p =994.2kg/m；粘度卩=0.723 x-3Pas；比热容 Cp=4.174kJ/(kg C);导热系数 入=0.62W/(m-C)。2.1传热面积的计算：煤油用量qm,c=体积流量 x密度=20X994.2=19884kg/h平均传热温差先按照逆流计算。Atm(T -T2) -馆-t2)(170 - 50) - (60 -10)ln60 -10= 80.0 C式中T1为煤油入口温度；T2为煤油出口温度；t1为水入口温度；t2为水出口温度Qt =qm,cCp(t1 t2)=19884 汉4.174 汉(60 10) =4149790.8 (kJ/h)假设 K=300W/(m 2 C )

4、则-T48 m2K Atm2.2确定换热管数目和管程数目 管径和管内流速先取管内流速为ui=2.0m/s,故d=17mm。因市面上无此规格管径，故选取© 2.525mm的管子。其内径为25-2 >2.5=0.02m,故内径实际流速可依据传热管内径和流速确定单程传热管数：按单管层计算，所需传热管长度为:S估L 估 35 mndoNs单管过长，采用多管结构选用l=7m长的管子，管程数为：按照单壳层，双管层结构，查温差校正系数员值3也=0.86，平均传热温差Atm 二 ©At Atmin =68.8 C由于平均传热较正系数大于0.8。同时壳层程流体流量越大，故采取单壳层合适

5、 2.3传热管排列和分层方法采用组合排列法。每程均按正三角排列，隔板采用正方形排列。管心距 Pt=1.25d0，则 Pt=1.25 X 25=31.25 32mmPZ L 6 =22 mm各程邻管的管心距为44mm。采用多管程结构，正三角排列n =0.70.85故计算取管板利用率 0.75,则查询壳体直径公式为506 mm3L式中n为管板利用率；n为换热器总管数。故取 D=600mm。列管式换热器壳程流体流通面积比管程流通面积大，为增大壳程流体的流速，加 强其喘流程度，提高其表面传热系数，需设置折流板。折流板采用弓形流板，弓形折流板圆缺高度为壳体内径25%，则切去圆缺高度为h=0.25 X00

6、=150mm,故可取 h=150mm。取折流板间距 B=0.7，则B=0.7 000=420mm。故可取B=400mm。折流板数目壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为U1=0.7m/s，贝U接管内径为取管内径为150mm。管层流体进出口接管：取接管内流体流速U2=1.0m/s，贝U接管内径取管内径为100mm。2.4换热器核算查询管程低粘度对流传热系数公式式中a对流传热系数，(W/m2：C)； k流体的热导率，(W/mC)； di为 管内径，m； Re雷诺数；Pr普朗特数。管层流体流通面积= 5.65 10 "m2管层流体和雷诺数分别为1 ,5 = 203 = 1.0 m/s360

7、0 5.65 10普朗数查询壳程无相变对流传热系数公式3管子按正三角排列，传热当量直径为dPt相邻两管中心距，m； d0管外径,m。壳程流通截面积d02S0 =BD(1 -0) =0.053 m Pt壳层流体和雷诺数分别为U0198840.053 3600 825= 0.13 m/s普朗数黏度较正1a0 =0.36 30000'55 11.2' 1.05 =484 (W/m2 C)0.02查询壁面污垢热阻的数值范围表3，管外侧污垢热阻R0=1.7197 X0-4m2 C /W管内 侧污垢热阻 Ri=1.7197 10-4m2 -C/W。已知管壁厚度b=0.0025m,碳钢在改条

8、件下热导为50W/(mC)d°dialR出R0丄 di kma。2= 361(W/m2 C)计算出的传热面积'Qt2S =40m2TAtm换热器实际传热面积SS 二 MoINt = 49 m换热器面积黏度故该换热器能完成生产任务，即该方案可用。2.5换热器内压核算管程阻力©pu2Ns =1 , Np =2 , Ap - kd 2由Re=27502>2000为湍流，查询摩擦系数与雷诺数、相对粗糙度间关系图3:传热管相对粗糙度 0.01,入=0.038 Ui=1.00m/s, p=994.2kg/m3管程流体阻力在允许范围内。壳程阻力已知 Ns=1, Ft=1流体

9、流经管束的阻力F =0.5, fo=5 Re严=0.50, Nb =17流体经过折流板缺口阻力总阻力3附录及图纸附表一换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程流率 /(kg/h)19884220000进(出)口温度/°c10(60)170(50)压力/MPa0.46.9物性定性温度/c35110密度 /(kg/m3)994.2825定压比热容/kJ/(kg C-)4.1742.2黏度Pa s0.742 X0-37.15 X0-4热导率W/(m -C)0.6260.14普朗特数4.8411.2设备结 构参数 设备结形式浮头式壳程数1壳体内径/mm600台数1设备结 构参数管径/mm&#

10、169; 25X 2.5管心距/mm32管长/mm7000管子排列正三角形管数目/根90折流板数/个17传热面积/m48折流板间距/mm400管程数5材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/(m/s)1.00.13表面积传热系数/W/(m -C )4816484污垢热阻/(m2 C /W)1.7197 1<04-41.7197 10 4阻力/MPa0.022696.82 10-4热流量/kW1132.72传热温差/K80传热系数/W/(m 2 C)361裕度：%1.23备注：本设备采用管程为碳钢，且壳程为金属。故其保养得当可长期使用，本设备因管程为水，壳程为煤油且管束可以抽出单独清洗。故可人工清洗。压力维持设 备：因此煤油是工业提取后冷却用，故可在需要高度修建一个储油池。采用重力作用 维持设备运行；关于设备选型详见上表及附图。4总结采用浮头式换热器优点：管束可以抽出，以方便清