传热技术-设计列管式换热管（制药单元操作技术课件）

管壳式换热器的设计与选型07管壳式换热器的设计与选型2能力目标学习要求与目标1.具有列管换热器选用的能力。2.具有列管换热器选用相关计算能力。知识目标1.掌握列管换热器选用的过程与方法。2.掌握列管换热器选用过程的相关计算。素质目标1.培养诚实守信、团结协作、爱岗敬业精神；2.培养安全、环保、健康生产意识；3.培养严谨的工作态度及质量意识，具备工程管理能力；4.培养分析问题和解决问题的能力；5.创新能力培养等。子列管式换热器的选用步骤07管壳式换热器的设计与选型

子列管式换热器的选用步骤

一、计算传热量和对数平均温度差推动力

在已知热流体流量Wh，进口温度T1、出口温度T2，冷却介质进口温度t1的条件下，按下列步骤选用列管式换热器。1、由已知、、，按计算传热量。2、按总费用最低的原则，选则冷却介质出口温度。3、按冷、热流体为纯逆流计算

。4、初步选择换热器内流体的流动方式，由热、冷流体进、出口温度计算流体流动方向上的温度校正系数，应大于0.8，否则改变流动方式，重新计算。5、按

，计算此时的对数平均温度差推动力

。

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二、初选换热器的尺寸规格及型号1、选定换热器型式；2、确定冷、热流体的流动通道；3、选择冷、热流体的合适流速；4、根据流速，确定管、壳程数和折流挡板间距；5、根据经验或表4-8估计总传热系数，按计算传热面积

。6、根据的数值参照系列标准选定换热管直径、长度、排列，进而选择适当的换热器型号。

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三、计算总传热系数、校核传热面积1、计算管程、壳程对流传热系数，如太小，可以增加管程数，若改变管程数不能同时满足，的要求，则应重新估计

值，另选一换热器型号进行试算，直至满足要求。太小则可减小挡板间距。2、根据流体的性质选择适当的污垢热阻，由

和对流传热系数、，计算总传热系数。

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3、由传热速率基本方程计算所需传热面积A计。4、比较A计与实际换热器所具有的传热面积A实，若A计＜A实，原则上上述的选用及计算均可行，否则需重新估计一个K估，重新计算A估和选用换热器。考虑到计算及选用的准确性和其它未预料到因素，一般应使换热器的实际传热面积A实比需要的传热面积A计大10%～25%。07管壳式换热器的设计与选型

四、核算压降

根据管程阻力的计算式

及壳程压降的计算式，计算出压力降应符合表

中的合理压力降要求。07管壳式换热器的设计与选型

（1）标准换热器的选用：某化工厂需要将流量为50m3/h苯由80℃冷却到35℃，用水做冷却剂，操作条件下水的初始温度为15℃，试选用选用一台合适的换热器。解：（1）基本数据处理：苯的定性温度为：根据设计经验，水的进出口温度一般控制在5～10℃左右，取水进出口温度差为10℃，则水的出口温度为25℃，水的定性温度为

℃；

查得苯在定性温度下的物性数据为：

查得水在定性温度下的物性数据为：

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（2）热负荷计算：

若忽略损失，则：

得冷却水用量为：

拟采用单壳程、偶数管程列管式换热器，平均温度差按：

得出0.84>0.8,所以选用单壳程偶数管程换热器合适。

（3）平均温度差计算：逆流时换热器平均温度差为：07管壳式换热器的设计与选型

（4）初估换传热面积参照（列管换热器中传热系数K的大致范围），取

（5）初选换热器型号对于热、冷流体之间的温度差小于50℃时，不需要热补偿，可选用固定板管式换热器。根据换热器标准系列，初选换热器型号为：G1000IV-1.6-170。主要数据如下：外壳直径1000mm公称压力1.6MPa公称面积170m2实际面积173m2管子规格φ25×2.5mm

管长3000mm管子数758管程数4管子排列正三角形管程流通面积0.0595m2管间距32mm07管壳式换热器的设计与选型

（6）核算传热面积1）总传热系数计算管程内参数计算：

管内对流传热系数：

壳程对流传热系数：

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总传热系数计算：按薄壁换热器计算，忽略管壁热阻：比较A计与实际换热器所具有的传热面积A实积得：故所选换热器面积合适。2)计算所需传热面积A计

由传热速率基本方程计算所需传热面积A计：

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（７）核算压力降1)管程流体阻力（压力降）的计算

查图管内摩擦系数：

管程压力降：

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2)壳程流体阻力的计算

压力降在合理范围内，符合要求。式中

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归纳与总结1.列管换热器选用的过程与方法。2.列管换热器选用的相关计算。

管壳式换热器的设计与选型07管壳式换热器的设计与选型17能力目标学习要求与目标1.具有列管换热器工艺设计的能力。2.具有列管换热器工艺设计相关计算能力。知识目标1.掌握列管换热器工艺设计的过程与方法。2.掌握列管换热器工艺设计的过程的相关计算。素质目标1.培养诚实守信、团结协作、爱岗敬业精神；2.培养安全、环保、健康生产意识；3.培养严谨的工作态度及质量意识，具备工程管理能力；4.培养分析问题和解决问题的能力；5.创新能力培养等。子列管换热器工艺设计

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子列管换热器工艺设计

一、冷、热流体流动通道的选择

在列管式换热器内，冷、热流体流动通道可根据以下原则进行选择：（1）不洁净和易结垢的液体宜走容易清洗的一侧。固定管板式换热器应走管程，U型管换热器应该走壳程；（2）腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀；（3）压强高的流体宜走管内，以免壳体承受压力；（4）饱和蒸气宜走壳程，因饱和蒸汽比较清净，对流传热系数与流速无关而且冷凝液容易排出；07管壳式换热器的设计与选型

（5）被冷却的流体宜走壳程，便于散热；（6）若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将对流传热系数大的流体通入壳程，可减少热应力；（7）有毒流体宜走管程，可以减少流体泄露；（8）流量小而粘度大的流体一般以走壳程为宜，因在壳程Re＞100即可达到湍流。但这不是绝对的，如流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而能得到更高的对流传热系数。

以上各点不可能同时满足，有时会产生矛盾，因此需根据具体情况而作恰当的选择。07管壳式换热器的设计与选型

二、流体进出口温度的确定

选定热源或冷源时，通常进口温度已知，其出口温度需要设计者选择。若换热器中的两侧介质均为工艺流体，一般高温端的温度差不宜小于20℃，低温端温差不宜小于5℃，平均温差不能小于10℃。此外冷却水的出口温度不宜高于50～60℃，这样可以避免大量结垢。在采用多管程或多壳程换热器时，冷却剂的出口温度不能高于工艺流体出口温度。07管壳式换热器的设计与选型

三、流体流动方向的选择

一般情况下，应该采用逆流操作，以便使平均传热温度差增大。但是，对某些流体的温度有限制的情况下，为防止热流体的出口温度过低或冷流体的出口温度过高，应该采用并流操作。

例如：当冷流体是热敏性流体时，因温度过高而影响产品质量，所以采取并流时，就可以将其出口温度控制在热流体的出口温度以下，但是逆流时只能将其温度控制在热流体进口温度以下，而不一定达控制在热流体出口温度以下。07管壳式换热器的设计与选型

除了纯并流和纯逆流以外，也可以将冷、热流体在换热器内做多管程或多壳程的复杂折流流动。流量一定，管程或壳程越多，换热器的总传热系数越大，但是流体流动的阻力增加，平均传热温度差也会一定程度上变小，所以，应该综合考虑。07管壳式换热器的设计与选型

四、管、壳程流体流速的选择

增加流速不但可加大对流传热系数，而且能降低污垢热阻，从而使总传热系数加大。但增加流速后，流体流动阻力增大，动力消耗增多，此外还要从结构上考虑对传热的影响。列管换热器中常用的流速范围在下表中列出。一般管内、管外流体都要避免出现层流流动状态。07管壳式换热器的设计与选型

07管壳式换热器的设计与选型

五、流体阻力的计算

流体阻力越大，动力消耗越高。过换热器的阻力分为管程阻力和壳程阻力，应分别进行估算。1、管程流体阻力（压力降）的计算

对于多程换热器，其总阻力等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口阻力之和。一般进、出口阻力可忽略不计，故管程总阻力的计算式为：

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直管压强降：回弯管压强降：

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2、壳程流体阻力（压力降）的计算

由于流体的流动状况比较复杂，因此不同公式计算得到的结果相差很多。下面公式是一个较简单的计算公式：07管壳式换热器的设计与选型

管子正方形排列时：管子正三角形排列时：——相邻两管中心距——外径m。——壳一侧流体的流速，根据流体流过的最大面积计算07管壳式换热器的设计与选型

某生产过程中，用循环冷却水将某油品由140℃冷却到40℃。循环水的入口温度为30℃，出口温度为40℃，流量为32353kg/h。换热过程拟采用一列单管程列管式换热器，试完成下列任务：（1）确定流体流动空间，并选择流体流动方向；（2）选择流体流动速度；（3）若采用φ25×2.5mm的换热管，根据选择流速的大小估计管子数。已知：油品物性：黏度为0.000715Pa.s，密度为825kg/m3，比热容循环水物性：黏度为0.000725Pa.s,密度为994kg/m3，比热容

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则所需换热管数为58根。

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归纳与总结1.列管换热器工艺设计的过程与方法。2.列管换热器工艺设计的过程的相关计算。

管壳式换热器的设计与选型07管壳式换热器的设计与选型33能力目标学习要求与目标1.具有列管换热器结构设计的能力。2.具有列管换热器结构设计相关计算能力。知识目标1.掌握列管换热器结构设计的过程与方法。2.掌握列管换热器结构设计的过程的相关计算。素质目标1.培养诚实守信、团结协作、爱岗敬业精神；2.培养安全、环保、健康生产意识；3.培养严谨的工作态度及质量意识，具备工程管理能力；4.培养分析问题和解决问题的能力；5.创新能力培养等。子

列管换热器结构设计

07管壳式换热器的设计与选型

。子列管换热器结构设计

一、换热管规格和排列方式的选择

换热管直径越小，换热器单位容积的传热面积越大，结构紧凑。因此，对于洁净的流体，管径可取得小些。但对于不洁净及易结垢的流体，管径应取得大些，以免堵塞。目前我国试行的系列标准规定采用φ19×2mm、φ25×2mm和φ25×2.5mm三种规格。管长的选择是以清洗方便和合理使用管材为准。我国生产的钢管长多为6m，系列标准中常为3的倍数，常用管长有1.5m、3m、4.5m和6m四种，其中以3m和6m更为普遍。

07管壳式换热器的设计与选型

子列管换热器结构设计

管子的排列方式有直列和错列两种，而错列又有正三角形和正方形两种。07管壳式换热器的设计与选型

二、管程与壳程数的确定

为提高流速可采用多管