列管式换热器设计说明书资料

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 .11 .1 设计条件 .12、衡算 .12.1传热面积的计算： .22.1.1煤油用量 .22.1.2平均传热温差 .22.1.3热流量 .22.1.4初传热面积 .22.2确定换热管数目和管程数目 .22.2.1管层数和传热管数 .22.2.2平均传热温差及壳层数平均温差较正系数： .32.3传热管排列和分层方法 .32.3.1隔板中心到最近一排管中心距 .32.3.2壳体直径 .32.3.3折流板 .32.3.4接管 .32.4 换热器核算 .4

2、2.4.1传热面积核算 .42.4.2壳程传膜系数 .42.4.3污垢热阻和管壁热阻 .52.4.4总传热系数 K .52.4.5传热面积校核 .52.5 换热器内压核算 .52.5.1管程阻力 .52.5.2壳程阻力 .63附录及图纸 .64总结 .75参考文献 .76附图 .71、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。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 10，出口温度 60，流量 20 m3/h；煤油入口温度170，出口温度50。2、衡算管层的定性

3、温度 T=10/2+60/2=35；壳层的定性温度T=170/2+50/2=110。查询煤油物理性质表1煤油在 110下有关物理参数如下：密度3=825kg/m；粘度-4 =7.15 10 ；比热容Cp=2.2kJ/(kg )；导热系数 =0.14W/(m)。Pa s查询饱和水的物理性质表2水在 35有关的物理参数：密度3=994.2kg/m；粘度1-3 =0.723 10Pas；比热容 Cp=4.174kJ/(kg )；导热系数 =0.626W/(m )。2.1 传热面积的计算：2.1.1 煤油用量qm,c=体积流量 密度 =20994.2=19884kg/h2.1.2 平均传热温差先按照逆

4、流计算。(T1 T2 )(t1 t2 )(170 50)(60 10)tmln 17080.0lnT1T250t1t26010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。 2.1.3 热流量QTqm,ccp (t1t2 )198844.174 (6010)4149790.8(kJ/h)2.1.4 初传热面积假设 K=300W/(m 2 )则S估 =QT48 m2Ktm2.2 确定换热管数目和管程数目管径和管内流速qv0.785u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2.52.5mm 的管子。其内径为

5、 25-2 2.5=0.02m，故内径实际流速u201.0m / s0.0220.78536002.2.1 管层数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数：NSqv20/ 3600 21 0.02218/ 44dtui按单管层计算，所需传热管长度为：S估L35 md0 Ns单管过长，采用多管结构选用l=7m 长的管子，管程数为：2N pL5l2.2.2 平均传热温差及壳层数平均温差较正系数：t1t260 10Pt11700.312T110T1T217060Rt1602.4t110t 值 3 t按照单壳层，双管层结构，查温差校正系数0.86 ，平均传热温差tm t tmin68.8 。由

6、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。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 25=31.25 32mm2.3.1 隔板中心到最近一排管中心距ZPt6 22 mm2各程邻管的管心距为44mm。2.3.2 壳体直径采用多管程结构，正三角排列 =0.70.85，故计算取管板利用率 0.75，则查询壳体直径公式 3 为D 1.05Ptnmm1.05 32 170/ 0.75 506式中 为管板利用率； n 为换热器总管数。故取 D=600mm。2.3.3 折流板列管式换热器壳程

7、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=0.25 600=150mm，故可取 h=150mm。取折流板间距 B=0.7，则 B=0.7600=420mm。故可取 B=400mm。折流板数目l7000N B1=17B4002.3.4 接管壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为u1=0.7m/s，则接管内径为4qv4 20/ 3600D13.140.110 mu10.7取管内径为 150mm。3管层流体进出口接管：取接管内流体流速u2=1.0m/s，则接管内径

8、4qv4 20 / 3600D20.084 mu23.14 1.0取管内径为 100mm。2.4 换热器核算2.4.1 传热面积核算查询管程低粘度对流传热系数公式3 0.80.40.023 RePr1di式中 对流传热系数， (W/m 2)； 流体的热导率， (W/m)； di 为管内径， m；Re雷诺数； Pr普朗特数。管层流体流通面积sid02 N s5.65 10 3 m24管层流体和雷诺数分别为u12011.0 m/s5.6510 3360010 3)Re0.021.0 994.2/(0.72327502普朗数Pr4.1741030.72310 34.840.624ai0.0230.6

9、2627502 0.84.840.448.60.022.4.2 壳程传膜系数查询壳程无相变对流传热系数公式3a00.36 1Re00.55 Pr 31( ) 0.14dew管子按正三角排列，传热当量直径为32 2)(Ptd0240.02 mded0Pt相邻两管中心距， m；d0管外径， m。壳程流通截面积S0 BD(1d0 )0.053 m2pt壳层流体 和雷诺数分别为u0198840.13 m/s0.053360082540.020.138253000Re01047.15普朗数2.21037.15104Pr00.1411.2黏度较正0.141.05( )00.1412)a00.3630000

10、.55 11.2 3 1.05 484 (W/m0.022.4.3 污垢热阻和管壁热阻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 10-4m2 /W 管内侧污垢热阻 Ri =1.7197 10-4m2/W 。已知管壁厚度 b=0.0025m，碳钢在改条件下热导为50W/(m)。2.4.4 总传热系数 KKd01361(W/m 2)d0d01di aiRi didmR0a02.4.5 传热面积校核计算出的传热面积SQT40 m2T tm换热器实际传热面积SSd lNT49 m20换热器面积黏度S491.23S40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

11、核算2.5.1 管程阻力pi(p1p2 )Ns Pp Ft1， N p 2 ， p u2 d 2由 Re=275022000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N管相对粗糙度 0.01，=0.038， ui =1.00m/s，=994.2kg/m3p1712994.20.386611Pa0.0223ui 2p21491.3Pa25pi(6611.41491.3) 2 1.422687.6Pa管程流体阻力在允许范围内。2.5.2 壳程阻力已知 Ns=1，Ft=1流体流经管束的阻力u2p1Ffonc ( N B1)0327Pa2F0.5 ， fo 5Re00.2280.5

12、0 ， NB 17流体经过折流板缺口阻力pN2hu02356.5Pa(3.5)iBD2总阻力p327356683Pa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 /10(60)170(50)压力 /MPa0.46.9定性温度 /35110密度 /(kg/m 3)994.2825物性定压比热容 /kJ/(kg )4.1742.2黏度 Pas0.742 10-37.15-410热导率 W/(m)0.6260.14普朗特数4.8411.2设备结形式浮头式壳程数1构参数壳体内径 /mm600台数1接上表管径 /mm252.5管心距

13、/mm32设备结管长 /mm7000管子排列正三角形构参数管数目 /根90折流板数 /个17传热面积 /m248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)1.00.136表面积传热系数 /W/(m 2 )48164842-4-4污垢热阻 /(m /W)1.7197 101.7197 10阻力 /MPa0.022696.82 10-4热流量 /kW1132.72传热温差 /K80传热系数 /W/(m 2 )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。总