化工原理课程设计

课程设计任务书流体热流体冷流体流体组成苯水入口温度T1=

℃t1=

℃

出口温度T2=

℃t2=

℃流体流量Wh=

m3/h设计任务完成换热器工艺设计计算与校核;完成换热器结构设计与附属设备选型；编制设计说明书；绘制换热器装配图

设计内容

确定设计方案；确定物性数据；换热面积的计算；换热器工艺结构尺寸计算；换热器核算（传热系数；壁温；压降）；换热器结构设计与附属设备选型；换热器装配图

设计说明书的写法及装订顺序目录：为使人一目了然，了解整个设计内容。一、设计任务书二、前言（相当于可行性报告）

可介绍列管式换热器的分类，使用场合，优缺点，常见结构，热补偿方式，流体通道选择原则等，最后总结本设计所使用的换热器类型，冷热流体通道选择等。三、换热器工艺设计计算

1、确定物性数据确定流体在换热器中两端的温度，计算定性温度。查定或计算流体物性热流体为苯，进口温度t1

，出口温度t2，求得平均温度（定性温度），查得该温度（定性温度）下苯的物性参数：ρh,μh,Cph,λh冷流体为水，进口温度t1

，出口温度t2，求得平均温度（定性温度），查得该温度下水的物性参数：ρc,μc,Cpc,λc以上结果列表1进口温度/℃出口温度/℃定性温度/℃密度/(kg/m3)粘度/(mPa·s)比热容/[kJ/(kg·℃)]热导率/[W/(m·℃)]苯水2、确定方案（1）选择换热器类型根据两流体温度变化情况选择换热器类型。（2）流动空间的确定根据课本上原则选择流动空间。3、估算传热面积，初选换热器（1）计算传热量及冷却水用量（2）计算传热温差：（3）初选K估（4）估算换热面积（5）工艺结构尺寸的计算：

1.管径和管内流速2.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（圆整）按单管程计算，所需的传热管长度为：

当

宜，取换热管长L=3m(6m),则该换热器管程数为传热管总根数n为：

3.平均传热温差校正及壳程数

4.传热管排列及分程方法5.壳体内径6.折流板列表2,列出所选设备的主要参数外壳直径管子尺寸公称压强管长公称面积管数管程数管中心距管子排列方式

根据以上结果选设备

《钢制列管式换热器结构设计》管程对流传热系数：初选换热器后还应校核所需换热面与换热器提供的换热面比是否合理，阻力损失是否满足要求。4、换热器核算（1）核算传热系数：壳程对流传热系数αo则冷凝液膜温为，这与其饱和温度很接近，帮在平均膜温下的物性可沿用饱和温度下的数据。计算传热面积：管程阻力损失：直管阻力+局部阻力（ft结垢校正系数，hf1直管阻力损失，hf2回弯阻力损失，N管程数）（2）核算压降：壳程阻力损失(3)壁温校核核算壁温时，一般忽略管壁热阻，按以下近似公式计算：计算所得的若与假设相差大，则必需重新假设。三、换热器结构设计《钢制列管式固定管板换热器结构设计手册》《换热器设计手册》钱颂文化学工业出版社主要参考书：三、换热器结构设计壳体管箱和封头；分程隔板管板换热管换热管与管板的连接垫片膨胀节折流板与定距杆设备法兰接管与开孔补强排气管，排液管接管法兰防冲挡板支座泵30/31一、确定设计方案的五个问题（一）列管式换热器型式的选择1.固定管板式换热器（管板与壳体连成一体）说明：带有补偿圈的固定管板式换热器固定管板式换热器的膨胀节33/312.浮头式换热器（一端不与外壳连接，称之为浮头）34/313.U型管式换热器（管子可自由伸缩）35/311.传热效果（粘度大或流量小者走壳程；待冷却者走壳程；热阻大者走壳程）2.设备结构（高压者走管程；腐蚀性强者走管程）3.清洗方便（不清洁或易结垢者走管程，饱和蒸汽一般走壳程）在确定流体流动空间时，上述原则往往不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，如首先考虑流体的压强、防腐蚀和清洗等要求，然后再通过传热与压强降的计算予以确定。（二）流体流动空间的选择（三方面考虑）列管式换热器中常用的流速范围流体的种类一般液体易结垢液体气体m/s管程0.5~3>15~30壳程0.2~1.5>0.53~15列管式换热器中不同粘度液体的最大流速液体粘度，mPa·s>15001500~500500~100100~3535~1<1最大流速，m/s0.60.751.11.51.82.4列管式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度液体名称乙醚、CS2、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮安全允许速度，m/s<1<2~3<10（三）流体流速的选择37/31（四）流体出口温度的确定进口温度一般由加热剂和冷却剂的来源而定，出口温度则需由设计者根据经济衡算后确定。对于采用冷却水换热，其两端温差不应低于5℃，对严重缺水地区，尤其是采用河水时，其出口温度不应超过50℃。（五）管程数和壳程数的确定列管式换热器标准系列中有1、2、4、6等四种管程，采用多管程时，合理的管长为1.5、2、3、6m。管长与壳体直径之比L/D为4~6，水平放置时可大一些。38/311.管子在管板上的固定（胀接与焊接两种，高温高压时亦采用胀焊结合）2.管子的排列（管子有两种规格，排列有正三角形、正方形——正列与错列）。3.管子的分程（每程管数大致相等，四程有平行和工字形两种）（一）管程结构二、列管式换热器的结构管外径mm管心距mm各程相邻管的管心距，mm192538253244324052384860常用管心距39/31（2）正方形直列（3）正方形错列40/31（二）壳程结构1.壳体（φ<400mm用钢管，φ>400mm用钢板卷焊。壳程进口常设防冲板或缓冲板。进出口亦有设置导流筒）壳体直径的计算（为横过管束中心线上的管数，为管中心距）（为管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离）正方形三角形换热器壳径的标准尺寸公称直径，mm325400、500、600、700800、900、10001100、1200最小壁厚，mm81012142.折流挡板（改变流向，支撑管子，提高壳程流体α。有单缺口、双缺口、三缺口折流板，盘与环折流板等，切去量为10%~40%，一般取20%~25%）挡板切口高度及板间距的影响43/313.其它部件进口接管及防冲板布置44/31（1）确定流体进入的空间（2）确定流体进出换热器两端的温度，选择列管式换热器型式（3）计算流体的定性温度，以确定流体的物性数据（4）计算热负荷（5）计算平均温差，并根据温差校正系数不应小于0.8的原则，决定壳程数（6）选定总传热系数值（7）由传热速率方程初步计算出换热器的传热面积，并确定换热器的基本尺寸（及排列方式），或按标准系列选定设备规格。三、列管式换热器的设计计算