换热器设计化工原理

1、目录一、方案简介 1二、方案设计 21确定设计方案 22、确定物性数据 33计算总传热系数 34、换热器核算 65、换热器内流体的流动阻力 8三、换热器主要结构尺寸和计算结果见下表： 9四、对设计的评述 10五、参考文献 11六、主要符号说明 11一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给煤油降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热

2、器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。二、方案设计某厂在生产过程中，需将煤油液体从140冷却到40。处理能力为1.8×105吨/年。冷却介质采用自来水，入口温度26，出口温度40。要求换热器的管程和壳程的压降不大于100kPa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按300天，每天24小时连续运行）1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140，出口温度40冷流体。冷流体进口

3、温度26，出口温度40。从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。（2）流动空间及流速的确定 从两物流的操作压力看，应使煤油走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下贱，所以从总体考虑，应使循环水走管程，煤油走壳程。选用25×2.5mm的碳钢管，管内流速取ui=5.5m/。 2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程煤油的定性温度为：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。 煤油在90下的有关物性数据如下：

4、60;   密度          0825kg/m3定压比热容    Cp02.22kJ/kg 热导率        00.14W/m 粘度          07.15×10-4Pas冷却水在33下的物性数据： 密度 i=994.3kg/m3定压比热容 cpi=4.174 kJ/(kg·

5、;导热系数 i=0.618 W/(m·粘度 i=0.000818 Pa·s3计算总传热系数 （1）热流量 Wo=1×1.8×105×1000÷300÷24=25000kg/hQo=Wocpoto=25000×2.22×(140-40=5550000kJ/h=1541.7 kW（2）平均传热温差 （3）冷却水用量 (4计算传热面积 求传热面积需要先知道K值，根据资料查得煤油和水之间的传热系数在350 W/(.左右，先取K值为300W/(.计算由Q=KAtm 得=（5）工艺结构与尺寸1管径和管内流速选用25&

6、#215;2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=5.5m/s。2管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数Ns=按单程管计算，所需的传热管长度为 L=按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=3m，则该换热器的管程数为Np= 传热管总根数 Nt = 16 × 31 = 4963.平均传热温差校正及壳程数 R=P=按三壳程结构得：平均传热温差 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取三壳程合适。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

7、心距t=1.25d0，则 t=1.25×25=31.2532隔板中心到离其最.近一排管中心距离按式（3-16）计算S=t/2+6=32/2+6=22各程相邻管的管心距为44。管束中心线上的管数Nc=1.111壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率=0.75 ，则壳体内径为：D = t(Nc-1+2×1×d0=500按卷制壳体的进级档，可取D=500mm6折流板 采用弓形折流板，去弓形之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=100m，故可取H=100mm取折流板间距B=0.3D，则 B=0.3×1100=330

8、mm，可取B为330mm。折流板数目NB=4、换热器核算（1）壳程表面传热系数 用克恩法计算得：当量直径：=壳程流通截面积：壳程流体流速及其雷诺数分别为：普朗特数：粘度校正： （2）管内表面传热系数：管程流体流通截面积：管程流体流速：普朗特数：（3）污垢热阻和管壁热阻：管外侧污垢热阻 管内侧污垢热阻 管壁热阻按碳钢在该条件下的热导率为50w/(m·K。所以：（4） 传热系数： （5）传热面积裕度 依式3-35可得所计算传热面积Ac为：该换热器的实际传热面积为Ap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。5、换热器内流体的流动阻力（1）管程流体阻力, , 由Re

9、=12277.0，传热管对粗糙度0.01，查莫狄图得，流速u=0.55m/s,所以:显然 36.45k小于100所以：管程流体阻力在允许范围之内。（2）壳程流体阻力 Fs=1.15 Ns=3其中： = 6.144kpa=11.796kpa所以： (6.144+11.796×3×1.5=61.893kpa61.893kpa小于100所以 ： 壳程流体阻力在允许范围之内。三、换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：换热器型式：固定管板式换热器面积（）：116.8工艺参数名称管程壳程物料名称循环水煤油操作压力，kPa36.4561.893操作温度，26/4040/140流量，m3/s

10、0.010.013流体密度，kg/994.3825流速，m/s0.34070.641传热量，kw1541.7总传热系数，w/·k222.2对流传热系数，w/·k5887390.97污垢系数，·k/w0.00040.0006阻力将，kPa36.4561.893程数63使用材料碳钢碳钢管子规格.5管数 496管长，mm3000管间距，mm32排列方式正三角形折流挡板型式上下间距，mm150切口高度25%项目数据项目数据壳径D(DN500mm管尺寸¢ 25mmX2.5mm管程数Np（N）6管长l（L）3.0m管数n496管排列方式正三角形排列中心排管数nc25

11、管心距44mm四、对设计的评述初次接触化工原理课程设计，还荒谬地以为是像其他课程一样是实验类的，听课的时候也一头雾水，根本不知道该做什么，该怎么做，无从下手，只是觉得好难。有一段时间都在观望，最后，有同学开始行动了，这时自己也坐不住了于是，也开始了发扬蚂蚁啃骨头的精神开始工作了。但是，自己设计的时候还是只能根据老师提供的模板，用新的数据代替旧的数据，其他的公式完全照抄，花了一天时间，终于把计算部分完成了。可是，还是有很多的细节问题，模模糊糊又花了我一上午的时间，把一些细节问题从新能了一遍，把最后的主要结构和尺寸表填了一下。然而，再细看模板和自己的设计的时候，还是发现了很多问题，我于是又重新的检

12、查求证，最后费了九牛二虎之力终于把它搞定了，呵呵这时也终于松了一口气。那么接下来就是画图了，由于学过机械制图，以为画图比较简单，5个小时左右可以完成，谁知道，画图更难，这主要是因为在设计的时候，没有兼顾考虑到画图，因此设计出来的管数很难安排，冥思苦想了好久，换了好多方案，查了好多资料，换了多种排列方法，还是行不通。最终，只好把管数安排成易于排列的数目，才解决了这个问题。其实，在整个过程中，虽然遇到了很多问题，也犯了不少错误，但是自己真的学到了很多东西，比如word文档公式的运用以及公式编辑器的使用，比如如何使自己的设计更加合理，这就要求自己在设计前要详细的考虑各种可能出现的问题和解决办法，才能达到事半功倍的效果。我觉得，如何查找数据也很重要，假如自己查不到数据，接下来的工作完全没办法做，假如查的数据是错误的，那设计出来的东西也是错误的，而且很可能导致严重的后果。五、参考文献化工原理，王志魁 编，化学工业出版社，2006.化工设备设计，潘国吕，郭庆丰 编著，清华大学出版社，1996.化工物性算图手册，刘光启等 编著，化学工业出版社，2002.生物工程专业课程设计，尹亮，黄儒强 编.石油化工基础数据手册 化学化工工具书等.六、主要符号说明硝基