课程设计报告,列管式换热器设计

1、设计（论文）题目:列管式换热器的设计目录 TOC o 1-5 h z 1 刖 言*32设计任务及操作条件33列管式换热器的工艺设计3 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 3.1换热器设计方案的确定3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3.2物性数据的确定4 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 3.3平均温差的计算4 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 3.4传热总系数K的确定4 HYPERLINK l

2、bookmark56 o Current Document 3.5传热面积A的确定6 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 3.6主要工艺尺寸的确定6 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 3.6.1管子的选用63.6.2管子总数n和管程数Np的确定6 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 3.6.3校核平均温度差 孩及壳程数Ns73.6.4传热管排列和分程方法7 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 3.6.5

3、壳体径7 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 3.6.6折流板7 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 3.7核算换热器传热能力及流体阻力7 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 3.7.1热量核算73.7.2换热器压降校核94列管式换热器机械设计10 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 4.1壳体壁厚的计算10 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 4.2换热

4、器封头选择10 HYPERLINK l bookmark125 o Current Document 4.3其他部件115课程设计评价115.1可靠性评价115.2个人感想116参考文献11附表换热器主要结构尺寸和计算结果121前言换热器（英语翻译：heat exchanger）,是将热流体的部分热量传递给冷流体的设 备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用 设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝 器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量 交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式

5、。列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面 积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更 为普遍。列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、 U形管式换热器等。设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满 足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作 安全等要求。列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计 算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，然后进行机械设计。2设计任务及操作条件2.1设计题目：用水冷却甲

6、苯的列管式换热器设计2.2设计任务及操作条件某生产过程中，用循环冷却水冷却柴油。1、 甲苯入口温度：80 C,出口温度：50 C2、甲苯流量： 33125 kg/h,压力: 0.40.6 MPa3、 循环冷却水压力：0.40.6 MPa,入口温度：30 C,出口温度：40 C已知甲苯的有关物性数据：密度P=867kg/m3；定压热比容cp 1=1.85kJ/(kg C)； 热导率入=0.126W/(m C)；黏度口 1=3.75X 10-4 Pa - s3列管式换热器的工艺设计3.1换热器设计方案的确定甲苯入口温度80C，出口温度50C，冷却水入口温度30C，出口温度40Co 壳体和管束壁温差

7、较大，且考虑到冷却水易结垢，需要清洗，故选用浮头式换热器。 冷却水走管程，甲苯走壳程。因逆流时的平均温度差最小，传热推动力大，可节省 冷却介质的用量，操作无特殊要求，故流动方式选逆流。选用(P25X2的碳钢管， 管流速设为ui=1.5m/so3.2物性数据的确定定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程甲苯的定性温度：T = 80 + 50 = 65 C2管程冷却水的定性温度：T = 30 + 40 = 35 C2壳程甲苯65 C物性数据：密度P 1=867kg/m3；定压热比容 cp 1=1.85kJ/(kg C)；热导率入1=0.126W/(m C)；黏度u =3.75X10-4 Pa -

8、s管程冷却水35C时物性数据：查化工原理附表可知密度P 2=994.3kg/m3；定压热比容 cp 2=4.174kJ/(kg C)；热导率入2=0.62W/(m C)；黏度u 2=7.43X10-4 Pa - s3.3平均温差的计算1、对于逆流换热过程，其平均温差可按式（3 1）进行计算:At -At12Atln1(3 (3 1)2式中，t1、t2分别为大端温差与小端温差。当 t1/At2 0.8符合要求At =中* A =0.93x28.85=26.83 C3.6.4传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t = 1.25吃，贝Qt=1.

9、25x25=31.25mm n 32mm横过管束中心线的管数nc=1.1 243 = 18.6 牝 19（根）3.6.5壳体径采用多管程结构，取管板利用率门=0.7，则壳体径D = 1.05t,：N /门=1.05 x 32 x （243/0.7 = 626mm圆整可取D = 700mm3.6.6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体径的25%，则切去的圆缺高度为h = 0.25 x 700 = 175mm取折流板间距B = 0.4D，则B = 0.3D = 0.4 x 700 = 280mm取 B=300mm折流板数为Nb = -1 =6 -1 = 19（根）B B 300折流板圆

10、缺水平装配。3.7核算换热器传热能力及流体阻力3.7.1热量核算（1）壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采取克恩公式入A .、0.14，/当量直径，由正三角形排列得以=0.36 丁 Reo.55 Pr，/当量直径，由正三角形排列得匡t匡t2亳d2 24 okJ兀dox 0.0322 - 314 x 0.0252八=0.020m3.14 八=0.020m3.14 x 0.025壳程流通截面积A = BD，1 - 土) = 0.28 x 0.7 x1 - 0025) = 0.043m2 0 t J 0.032J壳程流体流速及其雷诺数分别为33125/(3600 X 867) = 0.247m 33

11、125/(3600 X 867) = 0.247m / s0.0430.02 x 0.215 x 867Re = 9941.6o0.000375普兰特准数n1.85 X103 X 0.000375Pr = 5.510.126粘度校正，、P0.14=1.035a = 0.36 x 1 x 9941.60.55 x 5.511/3 x 1.035 = 655W /(m2 C) o0.02（2）管程传热系数管程 Re=性=0.02 x L5 x 些=40146.7U 0.000743管程传热系数a.可由公式（36）计算(36)叩 0.023 Re 0.8（(36)冷却水被加热，取n=0.4 0.62

12、4.17 x 0.000743、a.=0.023 0 02 x40146.70-8x (6) 0.4=412.57W/ (m2C)兀 n 3 14243管程流体流通截面积：S =-4d2 - =x0.025x0.025x- = 0.01325m2p传热面积校核计算传热面积A： A，= J=98.68m2KAt_m实际传热面积A： A = (n - n )兀d L =105.5m2A/A=105.5/98.68=1.07换热器设计合理3.7.2换热器压降校核(1)管程阻力 A = Sp + Ap)F N N12 tspN = 1 Np = 4 F = 1.4A号传热管相对粗糙度001 = 0.0

13、05查莫狄图得气=0.036W/(m-oC),流速七=0.931m/s,p = 994kg/m3,所以6994 x 0一9312一AP = 0.036 x x = 4652.4( Pa)i0.022AP2AP23 994 x 0.93122=1292.34( Pa) AP = (4652.4 +1292.34) x 1.4 x 1 x 4 = AP = (4652.4 +1292.34) x 1.4 x 1 x 4 = 40688(Pa) 100kPa i管程流动阻力在允许围之。(2)壳程阻力 AP = (AP +AP )F N o12 s sN = 1 F = 1.15流体流经管束的阻力p

14、U 2AP= Ff n (N +1) J1 o c B 2F = 0.5f = 5 x 9941.6 -0.228 =0.613n = 19N = 19u = 0.247 m / s o867 x 0.247 2AP = 0.5 x 0.85 x 19 x (19 +1)= 4271.3(Pa)12流体流过折流板缺口的阻力AP = N (3.5 - 2B) BI2 B D 2B = 0.28mD = 0.7 m2 x 028867 x 0.2472AP2 = 19 x (3.5 - 07 ) x=1356.8( Pa)总阻力 P = (4271.3 +1356.8) x 1 x 1.15 =

15、6472.3(Pa)壳程流动阻力也比较合适。4列管式换热器机械设计4.1壳体壁厚的计算以公式（41）计算壁厚(41)8=PD+ C(41)2。冷p式中P设计压力（表压），MPa；D壳体径，mm；6中一焊缝系数；ot一壳体材质在设计温度时的许用应力，MPa。取 P=0.101MPa D=700mm采用双面焊的对接接头局部无损检测，6=0.85按标准GB 912选材用Q235-B碳素钢，100C时，查化工原理下册附录9,取ot=113 MPa查化工原理下册P97表4-9取C1=0.25mm C2=2mmC=C1+C2=2.25mm+ 2.25 = 2.62mms PD 八 0.101 x 700+

16、 2.25 = 2.62mmo =+ C =2b 命p2 x 113 x 0.85-0.101圆整后取0 =3.0mm，符合材料的最小厚度。4.2换热器封头选择根据标准JB/T 4746-2002，选择标准椭圆封头。封头厚度为膏加% + 封头厚度为膏加% + C =0.6 x 252 x 113 x 0.85 0.5 x 0.6+1.9 = 1.98mm取圆整值2.0mm。4.3其他部件为固定折流板，需要设拉杆和定距管。换热器壳体直径为700mm时，拉杆数可 取4,其直径是10mm。定距管直径一般与换热器尺寸相同，即700mm。5课程设计评价可靠性评价此次课程设计按照设计任务书、指导书、技术条

17、件的要求进行。同学之间相互 联系，讨论，整体设计基本满足使用要求，但是在设计指导过程中也发现一些问题。 理论的数据计算不难，困难就在于实际选材，附件选择等实际问题。这些方面都应 在以后的学习中得以加强与改进。个人感想第一次做课程设计，刚开始我脑袋里都是大问号，不知从何下手，如何动手。还记得老师宣布课程设计做换热器时，同学们面面相觑的表情。是啊，都没见过实 体，刚学了理论就直接上战场了。还好有老师的悉心指导和同学的热情帮助，我们 按课程设计步骤一步步做了起来。前三天，我拿着计算器在寝室里算数据，从吃完 早餐开始，到快晚查房了结束。一遍遍的核查、重设数字、运算，直到最终修正出 一个围合理的结果。接

18、着，用之前算出的数据，准备画图了。按课程设计要求，图 得作在标准绘图纸上。这时，大家都犯难了，由于CAD是大二学的，经过1年的洗 礼，基本都把CAD忘光了！现在我们都是大学生了，自学能力多少都有些吧。先在 网上下了个CAD，开始摸所起来。经过几天的拼凑，终于把CAD搞定！从这次的课程设计中我学习了很多，发现学校学的东西都是基础，我们以后还 要在这些基础上不断前进！6参考文献夏清，常贵.化工原理.天津：天津大学，2007.刁玉玮，王立业，喻健良.化工设备机械基础.：理工大学，2006.培先.画法几何与工程制图.：机械工业，2004.参数管程壳程流量/(kg/h)6743.733125进（出）口温度/C30 (40)80 (50)压力/MPa0.40.60.40.6物性定性温度/C3565密度/(kg/m3)994.3867定压比热容/kJ/（kg C4.1741.85黏度/Pa- s7.43 X 10-43