化工原理换热器设计

1、江西科技师范大学食品质量与安全专业化工原理课程设计题目名称 列管式换热器的设计专业班级食品质量与安全一班学号_学生姓名 徐子涵 陈素静指导教师常军博士2017 年05月10日设计条件冷流体为水，入口温度ti=12C，出口温度t2=68C，流量qv=43m3/h;热流体为饱和水蒸气，入口温度=1100，出口温度T2=100°C。水蒸气在105C下的有关物性数据：密度,954.7 kg/m3，黏度,2.71 10 4Pa - s，比热容 Cp 4226J/(kg K)，导热率,0.684W(m K)。水在40C下的有关物性数据：密度2 992.2 kg/m3,黏度2 6.5 10 4 P

2、a - s，比热容 Cp 4174J/(kg K)，导热率 2 0.635W/(mC )。换热器型式的选择一由于所选择的冷热流体温差较大，初步确定选用浮头式换热器。定性温度壳程水蒸气定性温度为Tm110 100105 C2管程水的定性温度为tm12 6840 C估算传热面积计算热负荷(忽略热损失)Qtqm2Cp2t qv 2Cp2 (t1t2)43992.24174 (68 12)2770.165 kW水蒸气用量(忽略热损失)无相变qmQtCP12770.1654.226103103 1065.6kg/s235981.9 kg/h平均传热温差纯逆流tm(110 68) (100 12)初算传热

3、面积1计l2In 11068100 1262.19 C初定总传热系数S古旦K tm21500 W/(m K)，2770.165 10 31500 62.19K。29.70 m管径和管内流速管程安排一水蒸气比较清洁宜走壳程， 普通水较易结垢，若流速太低，将会加快污 垢增长速度，使换热器的热流量下降，宜走管程。因此初步确定饱和水蒸气走壳程，水 走管程。现初定管内流速Ui 0.9 m/s，传热管数n 30。管内径d4 43/36000.0194 m 19mm3.14 0.9 30查无缝钢管规格表确定选用25 2.5 mm的传热管(碳钢)，其内径为di 25 (2.5 2)20mm 0.02m水在输送

4、管内的实际操作流速为430.785 (0.02)2 36000.8m/s管程数和传热管数单程传热管数Nqv43/360044-(0.02) 2 0.84单程管传热管长度LS 估29.70d0Ns3.14 0.025 44多管程取传热管长l3m换热器管程数Np传热管总根数为n303 90平均温差校正系数按单壳程，双管程， 平均传热温差tm 由于平均传热温差校正系数大于 0.8，故取单壳程合适。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 R 1.25d01.25 25 31.25 mm 32 mmZ巳2查温差校正系数 图1得t 0.95t tm

5、 0.95 62.1959.0805 °C隔板中心到离其最近一排管中心距离6 32 6 22 mm各程相邻管的管心距为44mm 采用多管程结构，取管板利用率壳体直径D 1.05R77圆整可取D 400 mm0.751.05 32,135/ 0.75 436.8mm1.1 135采用弓形折流板取折流板间距Bnc 1.1、. n切去的圆缺高度h 0.250.3D ( 0.2D B D)，贝B144000.3根100 mm 取 h 150 mm400 120 mm 取 B 为 150mm折流板数目Nb传热管长-1 = 3000-仁伯折流板间距150壳程流体进出口接管 取接管内水蒸气流速为u

6、1 10m/s接管内径 DiJ4 J4 q43/954.7 0.075m u1 N 3.14 10圆整后取管内径80mm 管程流体进出口接管：取接管内液体流速u2 2m/s接管内径 D2 J4百 J4 O43/ 3600 0.087m2 Y u2Y 3.14 2圆整后取管内径90mm传热面积校核管程传热膜系数i 0.023 Re0.8 Pr0.4di管程流体流通截面积Sidi2讣0.785 0.022 竽 0.0212斥422qv 43/3600,官程流体流速 u 0.85 m/sSi0.014雷诺数Rei0.02 0.85 9922260816.5 10 4普朗特数PrCP2224174 6

7、.5 100.6354.30.。23 聽 沁0.8 孑 4577.仙伸27)壳程传热膜系数°0.36 二 Re°0.55 Pr1/3(严d ew管子按正三角形排列,传热当量直径为:0.0252)；-d02) 4 (晅 0.0322 0.7850.02 m42_d03.14 0.025壳程流通截面积S0BD(1 dp0)150 400 (1pt20.013 m5.2 m/s壳程流体流速u0亶235981.9籍30 954.7)雷诺数Re0du0 1語 366379普朗特数Pr04226 2.71 10 41 670.684黏度校正加热（一）0.141.05w00.360684

8、 3663790'55列倔8265.6w/（卅c ）已知管壁厚度b 0.0025m总传热系数K管外侧污垢热阻R 1.0 10 4 (m2 C )/W0碳钢在该条件下的热导率为R。1.0 104(m2 C )/W ,管内侧污垢热阻250W/（m C ） o10.0254577.1 0.021.0 104整 o.。025 o.°25 1.0 1040.0250 0.022518265.621580 W/（mC）传热面积校核S'Qt2770.1話 28.19m1580实际传热面积d°INT3.140.025 3 13531.7925m 与原估计值基本相符换热器的面

9、积裕度S 31.7925S' 28.191,128传热面积裕度10%所选换热器的规格可用总结我们所设计的浮头式换热器是单壳程， 相对于单管程来说，当流量一定时，对流传 热系数较大，对传热过程更有利。但是，这样势必会导致一定流体阻力损失，即输送流 体的动力费用增加。工艺结构尺寸衡算时，我们所选的管内流速适中，若其流速很大， 虽能增大对流传热系数，减小污垢在壁面上的沉积，即降低污垢热阻，使总传热系数增 加，从而减小换热器的传热面积。但流速增加，流动阻力增大，动力消耗增加，我们需 要综合考虑经济费用。我们采用逆流和折流方式进行传热， 平均温差较大，有利于换热器的优化。最终选 取的换热器零部件

10、型号尺寸都需要综合考虑实用价值和经济效益等一系列因素。附录及图纸表1计算结果汇总表项目结果单位管程流速（Uj ）0.8m/s管程表面传热系数a（ i）4577.1W/（mC）管程阻力（P）7066.25Pa壳程流速（u0）5.2m/s壳程传热膜系数（0）8265.6W/（m C）壳程阻力（F0）927409Pa热流量（Qt）1602.22kW传热温差（tm）59.08C总传热系数（K）1580w/（m C）裕度 c（ s/s'）1.128%a流体在圆形直管内作强制对流时的传热系数，本实验设计是对低黏度流体加热。b本实验米取逆流传热，传热温差较大。c计算得传热面积与实际传热面积之比，需在

11、1.12.5之间，这样才能保证留有10%25的安全系数，换热器的设计才合理。表2设备结构尺寸汇总表项目结果单位换热器型式浮头式壳程数1管程数3管径25 X 2.5mm管子排列组合排列壳体内径400mm管长3000mm管心距44mm管数目90根折流板数19个折流板间距150mm管程接管内径90mm壳程接管内径80mm传热面积31.792m表3设备选型汇总表代号123456789101112型号材料GB151-B碳钢Q235-BGB/T14976碳钢GB953-88碳钢Q235JB/T4737-9509M nNiD402-101H-0209M nNiDGB/T 6170碳钢402-101H-1109M nNiD402-101H-05Q235-A402-101H-03Q235PTFE402-101H-08碳钢Q235-BGB953-88碳钢402-101H-06碳钢Q235-B尺寸厂家DN