化工原理课程设计列管式换热器设计(网)

1、一、设计题目： 列管式换热器设计 二、设计任务及操作条件1、设计任务   处理能力： 17吨/小时 设备型式： 固定管板式换热器 2、操作条件（1）煤 油：入口温度 160 出口温度 60 （2）冷却介质：循环水入口温度 15 出口温度 28 （3）允许压降：管程不大于0.1MPa壳程不大于30KPa三、设计内容（一）、概述目前板式换热器产品达到了一个成熟阶段,凭借其高效、节能、环保的优势,在各行业领域中被频繁使用, 并被用以替换原有管壳式和翅片式换热器,取得了很好的效果。 板式换热器的优点(1 换热效率高,热损失小  &#

2、160;     在最好的工况条件下, 换热系数可以达到6000W/ m2K, 在一般的工况条件下, 换热系数也可以在30004000 W/ m2K左右,是管壳式换热器的35倍。设备本身不存在旁路,所有通过设备的流体都能在板片波纹的作用下形成湍流,进行充分的换热。完成同一项换热过程, 板式换热器的换热面积仅为管壳式的1/ 31/ 4。(2 占地面积小重量轻       

3、0;除设备本身体积外, 不需要预留额外的检修和安装空间。换热所用板片的厚度仅为0. 60. 8mm。同样的换热效果, 板式换热器比管壳式换热器的占地面积和重量要少五分之四。(3 污垢系数低        流体在板片间剧烈翻腾形成湍流, 优秀的板片设计避免了死区的存在, 使得杂质不易在通道中沉积堵塞,保证了良好的换热效果。(4 检修、清洗方便        换

4、热板片通过夹紧螺柱的夹紧力组装在一起,当检修、清洗时, 仅需松开夹紧螺柱即可卸下板片进行冲刷清洗。(5 产品适用面广        设备最高耐温可达180 , 耐压2. 0MPa , 特别适应各种工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷凝以及单元设备食品消毒等方面, 在低品位热能回收方面, 具有明显的经济效益。各类材料的换热板片也可适应工况对腐蚀性的要求。      

5、60; 当然板式换热器也存在一定的缺点, 比如工作压力和工作温度不是很高, 限制了其在较为复杂工况中的使用。同时由于板片通道较小,也不适宜用于杂质较多,颗粒较大的介质。 板式换热器的类型及工作原理        板式换热器按照组装方式可以分为可拆式、焊接式、钎焊式等形式;按照换热板片的波纹可以分为人字波、平直波、球形波等形式; 按照密封垫可以分为粘结式和搭扣式。各种形式进行组合可以满足不同的工况需求,在使用中更有针对性。比如同样是人字形波纹的板片还因采用粘结式还是搭

6、扣式密封垫而有所不同, 采用搭扣式密封垫可以有效的避免胶水中可能含有的氯离子对板片的腐蚀, 并且设备拆装更加方便。又如焊接式板式换热器的耐温耐压明显好于可拆式板式换热器, 可以达到250 、2. 5MPa 。因此同样是板式换热器, 因其形式的多样性,可以应用于较为广泛的领域,在大多数热交换工艺过程都可以使用。虽然板式换热器有多种形式, 但其工作原理大致相同。板式换热器主要是通过外力将换热板片夹紧组装在一起, 介质通过换热板片上的通孔在板片表面进行流动, 在板片波纹的作用下形成激烈的湍流,

7、0;犹如用筷子搅动杯中的热水, 加大了换热的面积。冷热介质分别在换热板片的两侧流动,湍流形成的大量换热面与板片接触, 通过板片来进行充分的热传递,达到最终的换热效果。冷热介质的隔离主要通过密封垫的分割, 或者通过大量的焊缝来保证, 在换热板片不开裂穿孔的情况下, 冷热介质不会发生混淆。（二）、设计参数确定物性参数煤油的定性温度：      密度          0780kg/m3定压比热容  &

8、#160; Cp02.20kJ/kg 热导率        00.138W/m 粘度          00.536mPas水的定性温度：密度          i997.7kg/m3 定压比热容    Cpi4.183kJ/kg 热导率      

9、  i0.601W/ m粘度         i0.955m Pas（三）、计算总传热系数1、热流量 kJ/h=1038.8 KW平均传热温差tm1=(t1-t2/(t1/t2=(132-45/(132/45式中： ,求得2、 冷却水用量 (kg/h3、流计算平均温差、校正系数平均传热温差校正系数R=按单壳程，偶数管程结构，温差校正系数查有关图表，可得=0.96平均传热温差tm=tm1=0.96X80.84=77.614、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

10、/(.左右，先取K值为300W/(.计算由Q=KAtm 得 (5、工艺结构尺寸在决定管数和管长时，首先要选定管内流速ui，按书中表6-1冷却水走管程的流速为13.5 m/s，取流速为ui=1.7m/s，设所需单管程数为n，选用¢ 25mmX2传热管（碳钢）的内径为0.021m，从管内体积流量Vi=计算求得n=33根按单程计算，所需传热管长度为L=选用4.5m长的管，4管程，则一台换热器的总管数根。查附录十九得相近固定管板式换热器的主要参数初选固定管板式换热器的主要参数项目数据项目数据壳径D(DN500mm管尺寸¢ 25mmX2.5管程数Np（N）4管长l（L）4.5m管数n

11、144管排列方式正三角形排列中心排管数nc15管心距32mm管程流通面积Si0.0125 m传热面积49.7m可对数据做如下核算：（1）每程的管数你，管程流通面积，与查的的0.0125 m十分接近。（2）传热面积A=n=，比查得的数据稍大，这是由于管长的一下部分要用于在管板上固定管子，应以A=49.7m为准。（3）中心排管数nc=1.1 =1.1，差别不大可取表中的15根。5、阻力损失计算（1）管程管程流体流速= (m/sRe=摩擦系数 传热管相对粗糙度，查莫狄图得 W/(m.管程流动阻力 上式中：，,1.4， 由Re=33608传热管相对粗糙度，查莫狄图得 W/(m.，流速 (m/s， kg

12、/m³，所以（Pa）（Pa）（Pa）0.6MPa（2）壳程取折流板间距h=0.2m计算截面积 =m/sReo=Reo500摩擦系数 折流挡板数 壳程阻力损失 流经管束的阻力，,m/s F=0.5故 （Pa） 流体流经折流板口的阻力上式中：h=0.2m,D=0.5 m故 （Pa）总阻力 （Pa）总的阻力损失大于10KPa小于设计压力30KPa，压力降合适。6、传热计算（1）管程给热系数。以上已算出Re=33608计算Pr= （2）壳程=0.36RPr(Reo=6185普兰特准数Pr=粘度校正 (1故 =0.36XX6185X8.545 =494W/(.传热系数KK=317.5W/(.传

13、热面积AA=（m）与换热器列出的面积A=49.7比较，有17.9%的裕度。从阻力损失和传热面积的核算看，原选的换热器经过改动后，可以适用。（四）换热器主要结构尺寸和计算结果换热器型式：固定管板式换热器面积（）：49.7工艺参数名称管程壳程物料名称循环水油操作压力，MPa0.10.03操作温度，15/2860/160流量，kg/h6877717000流体密度，kg/997.7780流速，m/s1.530.17传热量，kw1038.8总传热系数，w/·k317.5对流传热系数，w/·k5240494污垢系数，·k/w0.000210.00018阻力将，Pa652301

14、2841程数41使用材料碳钢碳钢管子规格管数 144管长，mm4500管间距，mm32排列方式正三角形折流挡板型式上下间距，mm200切口高度25%壳体内径，mm500保温层厚度，mm项目数据项目数据壳径D(DN500mm管尺寸¢ 25mmX2管程数Np（N）4管长l（L）4.5m管数n144管排列方式正三角形排列中心排管数nc13管心距32mm管程流通面积Si0.0125 m传热面积49.7m结束语化工原理课程设计是培养个人综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，也起着培养学生独立工作能力的重要作用。在换热器的设计过程中,我感觉我的理论运用于实际的能力得到了提升，主要有以下几点： (1掌握了查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集的能力；(2树立了既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；(3培养了迅速准确的进行工程计算的能力；(4学会了用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。从设计结果可看出，若要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是因为煤油的出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q