化工原理课程设计列管式换热器的工艺设计和选用

1、成 绩 华北科技学院环境工程系化工原理课程设计报告 设计题目 列管式换热器的工艺设计和选用 学生姓名 学 号 201101034313 指导老师 专业班级 化工b113班 教师评语 设计时间：2013年12月9日至2013年12月20日设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用一、 设计条件 某生产过程要求用冷却循环水将有机液体产品从140冷却至40，冷却循环水的进口温度为30，出口温度为45。有机液体产品的流量为3.5100kg/h，设计要求管程压降均不大于60kpa。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。二、设计说明书的内容1、目录；2、设计题目及原始数据（任务书）；3、论述换热器总体结构（

2、换热器型式、主要结构）的选择；4、换热器加热过程有关计算（物料衡算、热量衡算、传热面积、换热器型号、壳体直径等）；5、设计结果概要（主要设备尺寸、衡算结果等）；6、参考文献7、图纸（1张，a3、纸打印）目 录1、确定设计方案41.1选择换热器类型41.2流径安排41.3 确定物性数据42、估算传热面积52.1 热负荷的计算52.2 平均传热温差52.3 估k值62.4由k值估算传热面积62.5冷流体用量62.6初选换热器型号63、工艺结构尺寸73.1 管径、管长、管数73.2 确定管子在管板上的排列方法83.3 壳体内径的计算83.5 计算壳程流通面积及流速83.6 计算实际传热面积93.7传

3、热温差报正系数的确定93.8 管程与壳程传热系数的确定93.10 传热面积校核113.11 附件113.12 热器流体流动阻力124、结果概要135、总结156、参考文献16 1、确定设计方案1.1选择换热器类型两流体的温度变化情况：热流体进口温度为140，出口温度为40；冷流体进口温度为30，出口温度为45。从两流体的温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差大于50，因此初步确定选用浮头式换热器。1.2流径安排 该设计任务的热流体为有机液体，冷流体为水，为使有机液体通过壳壁面向空气中散热，提高冷却效果，令有机液体走壳程，水走管程。1.3 确定物性数据物料密 度kg/m3粘 度pa.s比热

4、容kj/(kg. )导热系数w/(m. )有机液体9860.5410-34.190.662水9930.6910-34.170.630 2、估算传热面积2.1 热负荷的计算 2.2 平均传热温差 平均传热温差校正系数： 查阅相关图表，可得到=0.970.80，2.3 估k值 参照附录，取k=2.4由k值估算传热面积 考虑到15%的面积裕度，s=2.5冷流体用量 2.6初选换热器型号 由于两流体温差较大和为了清洗壳程污垢，采用jb系列的浮头式列管换热器，由jb系列标准初选 jbt4714-92-800-168.5-25-2i，有关参数列表见下表： 项目 参数 项目 参数 外壳直径d/mm 800

5、管子尺寸/mm 换热面积 168.5 管长l/mm 6 管程数 2 管数n 366 管子排列方式 正方形 管中心距 t/mm 32实际换热面积 采用此换热面积的换热器，要求过程的总传热系数为： 3、工艺结构尺寸3.1 管径、管长、管数 管径选择 选用传热管（碳钢），管长l=6m 取有机液体流速1.14 计算管数 所需传热管长度 如按单管程设计，传热管过长，宜用多管程结构，所以换热器管程数为 所以传热管总数 n=1832=366(根) 3.2 确定管子在管板上的排列方法采用组合排列方法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。计算管心距 横过管束中心线的管数 3.3 壳体内径的计算 1

6、 取管板利用率为=0.7 则壳体内径 取d取为800mm3.4 折流档板 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) 折流板间距：b=0.3d，b=0.3800mm=240mm,取b为300mm 3.5 计算壳程流通面积及流速(1)计算流通面积 (2) 计算壳程流体流速 3.6 计算实际传热面积 3.7传热温差报正系数的确定 平均传热温差校正系数： 查阅相关图表，可得到=0.970.80 查资料知壳程数3.8 管程与壳程传热系数的确定 1、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，由正方形排列得： 壳程流通截面积： 壳程流体流速及其雷诺数

7、： 普兰特准数： 黏度校正系数： 2、 管程对流传热系数： 管程流体流速： 普兰特准数： 3. 污垢热阻和管壁热阻： 管外侧污垢热阻 管内侧污垢热阻 管壁热阻 碳钢在该条件下的热导率为 则 3.9 传热系数的确定 所以 k取值合适3.10 传热面积校核 传热面积s 该换热器的面积裕度为: 3.11 附件1、 拉杆数量查数据表得：本换热器壳体内径为800mm，故其拉杆直径为，拉杆数量不得少于6个。2.接管（1）壳程流体进出口接管 取接管内液体流速=1.43m/s (m)圆整后取管内直径为100mm.(2) 管程流体进出口接管 取接管内液体流速=0.42m/s, 圆整后取管内直径为200 mm3.

8、12 热器流体流动阻力1. 管程流动阻力：2. 对于碳钢管，取管壁粗糙度 由re=32812，传热管相对粗糙度为0.005查关系图得 流速u=1.14m/s,993,所以： 管程流动阻力在允许范围之内。 2. 壳程阻力： 流体流经管束的阻力： f=0.5 流体流过折流板缺口的阻力: 总阻力 所以壳程流动阻力也在适宜。 4、结果概要浮头式换热器（jbt4714-92-800-168.5-25-2i）主要结构尺寸和计算结果见下表4-1和表4-2。 表4-1 浮头式换热器主要结构尺寸 项目参数项目参数外壳直径d/mm换热面积管程数管子排列方式800168.52正方形管子尺寸/mm管长l/mm管数n管

9、中心距 t/mm636632 表4-2 计算结果参数管程壳程流率(kg/h)35000进口温度/30140出口温度/4540压降/pa52265.34 8523.87物性参数定性温度/37.590密度/（kg/m3）993986定压比热容/kj/（kg）4.174.19粘度/（pas）0.690.54热导率（w/m） 0.6300.662普朗特数4.573.42管径/mm管心距mm32设 备 结 构形式浮头式壳程数2壳体内径/mm800台数1管数/根366折流板数/个19传热面积/m2168.5折流板间距mm300管程数2材质碳钢圆缺高度/mm200拉杆直径及数量接管/m0.2000.100主

10、要计算结果管程壳程流速/（m/s）0.1971.14表面传热系数/w/（m2）54552607污垢热阻/（m2/w）3.4410-41.7210-4管壁热阻/（m2/w）热流量/kw4074温度校正系数0.97传热温差/36.63总传热系数ko/w/（m2）789.01 5、总结 （1）估算管内流速 u=1.14m/s，在0.5-3范围内，符合要求。（2）l=11.87m，取单程管长l=6m，符合要求。（3）换热器的长度与壳体直径之比，在610之 间，符合要求。 （5）传热温差校正系数，符合要求。 （6），在1.151.25范围内，符合要求。 （7）换热面积裕度，符合要求。 （8）管程流体阻力，符合要求。 （9）壳程流体阻力，符合要求。 6、参考文献1张斌. 过程原理与设备. 东北大学出版社.20