列管式换热器设计

1、蚌埠学院课程设计系 别 应用化学与环境工程系 专 业 环境监测与治理技术 学生姓名 万 学 号 实习类型 课程设计 指导教师 完成时间 2011年6月2日 【设计示例】 某生产过程中，需将8000kg/h的油从175冷却至130，压力为0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环水的压力为0.4MPa，循环水入口温度40，出口温度为60。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。【设计计算】（一） 确定设计方案1. 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度175，出口温度130；冷流体（循环水）进口温度40，出口温度60。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估

2、计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。2. 流体空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用25×2.5的碳钢管，管内流速取=1.5m/s。（二）确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程油的定性温度为 （） 管程流体的定性温度为 （） 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在152.5下的有关物性数据如下： 密度 =825 kg/m³ 定压比热容 =2.3 kj/（kg·） 导热系数 =0.128 W/（m·） 粘度 =0.0006

3、65 Pa·s 循环冷却水在60下的物性数据： 密度 =988 kg/m³ 定压比热容 =4.174 kJ/(kg·) 导热系数 =0.6478 W/(m·) 粘度 =0.000 5494 Pa(三)计算总传热系数1.热流量 ×2.3×（175-130）=8.28×kJ/h=230kw2.平均传热温差 3.冷却水用量 （kg/h）4.总传热系数K管程传热系数 477壳程传热系数假设壳程的传热系数 300W/(·)；污垢热阻=0.000 344·/W=0.000 172·/W管壁的导热系数 =45

4、 W/(·) = 151.5 W/(·)（四）计算传热面积 () 考虑15%的面积裕度，S=1.15 =1.1515=17（）（五）工艺结构尺寸1.管径和管内流速选用25×2.5传热管（碳钢），取管内流速=1.5 m/s2.管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数 6(根)按单位管程计算，所需的的传热管长度为 .1(m)按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6 m ，则该换热换热器管程数为 （管程）传热管总根数N=6×6=36(根) 3.平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正数 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有

5、关图表,可得 平均传热温差 4.传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25，则 t=1.25×25=31.2532 (mm)横过管数中心线的管数 85.壳体内径采用多管程结构，取管板利用率=0.6，则壳体内径为 D=1.05t=1.05×32=260（mm）圆整可取D=325 mm6.折流板采用弓形折流板，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h=0.25×325=81.25（mm），故可取h=100 mm。取折流板间距B=0.9D，则 B=0.9×325=292.5（m

6、m），可取B=300 mm折流板管数 传热管长/折流板间距1=1=19折流板圆整面水平装配。7.接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速u=1.0 m/s,则接管内径为 （m）取标准管径为50mm管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=2m/s ，则接管内径为 (m)取标准管径为50 mm（六）换热器核算 1.热量核算 （1）壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用克恩公式 当量直径，由正三角形排列得 0.020 （m）壳程流通截面积 ()壳程流体流速及其雷诺数分别为 （m/s） 3176普朗克准数 粘度校正 W/（2）管程对流传热系数 管程流通截面积 0.005652（）管程流体流速 （m

7、/s） 普兰特准数 W/(·)（3）传热系数K = 233 W/(·)（4）传热面积S （）该换热器的实际传热面积 （）该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 =1 ，=6 ，=1.4 由Re=17739，传热管相对粗糙度，查莫狄图得=0.035 W/(·)，流速=0.49 m/s ，=988kg/m³ ，所以 （Pa） =（1316.7+356）×1.4×6=14051（Pa）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=819 0.128m/s=430()流体流过折流板缺口的阻力，B=0.3m，D=0.325m总阻力 壳程流动阻力也比较适宜。（3）换热器主要结构尺寸和计算结果 换热器主要结构尺寸和计算结果见下表换热器主要结构尺寸和计算结果换热器型式：固定管板式管口表换热面积（）：13.1符号尺寸用途连接类型工艺参数a循环水入口名称管程壳程b循环水出口物料名称循环水原油c油品入口操作压力，MPa0.40.3d油品出口操作温度，40/60175/130e排气口流量，kg/h99198000f放净口流体密度，kg/988825流速m/s0.490.128传热量kW230总传热系数，W/*K233对流传热系数，W/*K3100445污垢系数, *K/