列管式换热器的课程设计

1、列管式换热器的课程设计化工原理课程设计任务 . 2 确定物理性质 . 2 确定换热器基本要素 . 23.1换热器类型和材质 . 2 3.2 管程安排 . 23.3设计主要构件 . 2估算传热面积 . 34.1.原油的传热量 . 3 4.2.原油的传热速率 . 3 4.3. 水的传热量 . 34.4.平均温度差tm和估算传热面积 . 3 先按逆流计算对数平均温度差 : . 3 .工艺结构尺寸 . 45.1.管径和管内流速 . 4 5.2.管程数和传热管数 . 4 5.3. 壳程数 .45.4.传热管排列方式 . 4 5.5.壳体外径 . 45.6.折流挡板 . 55.7.接管 .5.换热器的核算

2、 .66.1.壳程对流传热系数 . 6 6.2. 管程传热系数 . 6 6.3.污垢热阻和管壁热阻 . 7 6.4. 传热系数 K .76.5.传热面积裕度 . 7 6.6.流体通过换热器的流动阻力 . 7管程压强降 . . 7 壳程压强降 .8.确定设计结果 . 8绘制换热器基本图形 . 错误！未定义书签。化工原理课程设计任务某工厂生产过程需要将 0.4mpa,6000kg/h 的原油从 175冷却到 130，用压力为 0.3mpa 循环冷却水做冷却介质，进出口温度分别 为 25,55.设计一台列管式换热器完成该生产任务。确定物理性质原油：175130 eq oac(,)t1=152.5水：

3、25 55 eq oac(,)t2=40 在定性温度下，原油和水的物理性质查得如下：流体 温度 / 密度 /kg/m3 粘度 /mpa s 比热容/kJ/kg. 导热系数/w/cm. 原油 水152.5 40 820.0 992.2 0.66510 -3 0.65610-3 2.200 4.174 0.128 0.634 确定换热器基本要素3.1 换热器类型和材质类型 由于要求中的热温差与冷流体温差较大（70）,易引起管 子变形发生泄漏；由于流体为原油，易结垢，此选择浮头式换热器。 材质 碳素钢 3.2 管程安排原油在流动过程中容易结垢，则应走易于清洗的一侧；因为热流 体（原油)的压力高于冷流

4、体（水），且管子的直径较小，耐压程度较 高，可以使压力较高的流体(原油)安排在管程。 3.3 设计主要构件管子规格：选取 25mm2.5mm管板 : 对管程和壳程起隔离作用；承受加热板与外壳热膨胀产生 的轴向力。一般浮头式换热器手里较小，厚度只要求满足密封性即可。因此 板厚=0.70.025=17.5mm管间距：查表得 t=32mm 排列方式：选取正三角形排列 估算传热面积4.1. 原油的传热量mi=6000/3600=1.67kg/s 4.2.原油的传热速率 Q=micph(T1-T2)=1.67 *2.20(175-130)=165 kw 4.3.水的传热量 Q mo=Cpo(t1?t2)

5、=165 /4.174(55-25)=1.32 kg/s 4.4. 平均温度差tm 和估算传热面积 先按逆流计算对数平均温度差: ?t1?t2120lntm=ln(?t1)=105=112.3?t2120?105P=(t2-t1)/(T1-t2) =(55-25)/(175-25)=0.20 R=(T1-T2)/(t2-t1)=40/30=1.33由图表查得温度差校正系数 =0.98 ，由于平均传热温差校正系 数大于 0.8，因此选用单壳程即可。 tm=tm=0.98*112.3=110.0由于壳程压力较高，故可以选取较大的 K 值。假设 K 取 300(W/ （m2 ），则估算传热面积为：A

6、 估=Q/K 估tm=165103/300*110.0=5m2. 工艺结构尺寸5.1. 管径和管内流速选用 25mm2.5mm 不锈钢板卷焊而成的管子，管内流速取 ui=0.5m/s。 5.2.管程数和传热管数选 定 管 子 规 格 后 ， 可 先 求 出 单 管 程 所 需 的 管 子 数 目 ： n s=4V/?diui=1.32/992.2/（0.785*0.022*0.5）=8.7?9 根。 按单程管计 算，所需传热管长度为： L=A/?dono=5/（3.14*0.025*9）=7.07m为了保证流体在管内有一定的流速，可考虑将管束分程，根据要 求 ， 可 以 取 换 热 长 度 为

7、 l=2.0m ， 则 该 换 热 器 的 管 程 数 为 : No=L/l=7.07/2.0=3.5? 传热管总管数:N=nsNo=4*9=36 根5.3. 壳程数由上知道温度差校正系数 =0.98，由于平均传热温差校正系数 大于 0.8，因此选用单壳程即可。 5.4.传热管排列方式?因为壳程流体为水，易清洗因此可选择正三角形排列， 可使管子间的距离都相等，易加工。?由表查得外径?mm 对应的管心距为 32mm。 中心线管 数 nc=1.19N=1.1936=7.1?8 根 5.5.壳体外径采用多管程结构进行壳体内径估算，管板利用率 c 取 0.7，则壳 体内径为： D=1.05tN/c=1

8、.05*3236/0.7=240.96mm.按壳体直径 标准系列尺寸进行圆整：D=400mm。壳体直径核算 换热器壳体内径应等于或略大于（对浮头式换热 器而言）管板的直径。可用下式计算壳体内径：Dp=t（nc-1）+2e=32*（8-1）+2*1.2*25=284mm 其中， nc 横过管束中心线的管数（4.中得 nc=8）t管心距，me 管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离 e=1.2do)( 此处取经过圆整后 Dp=400mm。同时 l/D 的值为 5，满足工艺条件。 5.6. 折流挡板选择合适的挡板有利于加大壳程流体流速和湍动程度，从而提高 壳程对流传热系数。查表得,壳体内径为 800mm 时对应的折流板与壳 体间间隙为 4.0mm。折流挡板数量可由下式计算： NB=（L-0.1）/B- 1 其中，L传热管长（取 2.0）B折流板间距。采用圆缺形折流板，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 h=0.25*400=100mm，取折流挡板 间距 B=0.3D，则 B=120mm，所以 B 可取 150mm。代入上式得：NB=1.9/0.3-1=5.3?6 块，且挡板