多管程列管式换热器的设计方案Word下载.docx
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B折流板间间距，m
Cp定压比热容，
kJ/（kg•C）N管数
d管径，m
S传热面积，m2
D换热器内径，
mt管心距，m
f摩擦因数
u流速，m/s
F系数
G重力加速度，
m/s2
P压力，pa；
物理量＜希腊字母）
1.2
有限差值
平均
导热系数，w/（m・c）粘度Pa•s
下标
管外
二、设计目的通过课题设计进一步巩固课程所学内容，培养学生运用理论知识进行化工单元过程设计的能力，使学生能够系统的运用知识。
通过本次设计，学生应该了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调研技术资料，自行确定设计方案，独自设计计算，准确绘制图样，编写设计说明。
三、参数与条件设置
3.1.1已知参数
V1）热流体＜油）：
T1=130C,T2=50C,Wh=6000kg/h;
＜2）冷流体＜水）：
t仁30C,t2=40C，压力0.4MPa;
3.1.2设计条件：
管程数：
4;
压力降△p＜10~100kPa＜液体）;
1~10kPa＜气体）;
雷诺数
Re＜5000~20000＜t体）；
10000~100000＜气体）；
流动空间管材尺寸：
①25mmx2.5mm;
管内流速：
1m/s;
传热管排列方式：
正方形排列;
传热面积裕量S：
20%;
传热管长L,6m;
折流挡板切口高度与直径之比：
0.20;
管壁内外污垢热阻,自选;
四、设计计算
4.1确定设计方案:
4.1、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130C，出口温度50C；
冷
流体＜水）进口温度30C，出口温度40C。
该换热器用循环水冷却，冬季操作时进口温度会减低，考虑这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温和壳体之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。
2、流动空间及流速的确定
水走壳程，油走管程。
选①25mmX2.5mm的碳钢管，管内流速
取1m/s。
4.1、2确定物性数据
定性温度：
可取流体进口温度的平均值。
壳程油的定性温度为
13050
T=2=90「C）
管程水的定性温度为
3040
T=2=35「C）
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
油在90C下的有关物性数据如下：
3
密度Po=825kg/m
定压比热容
Cpo=2.22
kJ/（kg
•C）
导热系数
入o=0.140
W/（m
粘度
卩o=0.000715
Pa
•s
水在35C下的物性数据:
密度Pi=994kg/m
Cpi=4.08
•C）
入i=0.626
4.1、3计算总传热系数1.热流量
Q=moCpoto=6000“2.22爼130-50）=1065600（KJh>
=296kw
2.平均传热温差w/（m2
3.冷却水用量
4.总传热系数K
管程传热系数
Re二誉°
.021"
4=27421
、i=0.0007254075
壳程传热系数假设壳程的传热系ao=150w/（m2・C）
污垢热阻
Rsi=0.000344m•C/w
尺。
=0.000172m2•C/w
管壁的导热系数’=45w/（m•C）
K二
*R.*3*Ry。
.1
aidididi：
o
=0.025
0.000344
4758.90.02
=131.7w/（m2Y）4.1.4设计传热面积
Q296103“
48
S=K：
tm二131.747<
m2>
考虑20%的面积裕面，s=1.20S=481.^58（m2>
5.工艺结构尺寸
5.1.1管径和管内流速
选用①25mmx2.5mm传热管<
碳钢），取管内流速=1m/s
表3-1换热器常用流速的范围
流速介质
循环水
新鲜水
一般液体
易结垢液体
低黏度油
咼黏度油
气体
管程流速，
m/s
1.0~2.0
0.8~1.5
0.5~3
>
1.0
0.8~1.8
0.5~1.5
5~30
壳程流速，
0.2~1.5
0.5
0.4~1.0
0.3~0.8
2~15
5.1.2壳程数和传热壳数
采用多管程结构，取传热管L=6m，换热器管程数为4,则
每程管数为124/4=62根
=0.74m/s
26118/（9943600）
0.7850.02231
5.1.3平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
40-30
0.1p=130-30
根据R=8P=1得出.t7975
平均传热温差
•:
=tf=0.97547=45.825<
5.1.4传热管排列和分程方法
采用正方形排列，取管心距t=1.25d。
则
t=+1.2525=31.2532（mm>
横过管束中心线的管数
nc=1.19'
N=1.19屁4=12.2"
3<
根）
转热管排列方式正方形直列
5.1.5壳体内径
才用多壳程结构，取管板利用率=0.6,则壳体内径为
圆整可取D=600mm5.1.6折流板
采用弓形折流板，去弓形折流板圆缺高度为壳体内径的20%，则切
去的圆缺高度为h"
2600=120（mm>
取折流板间距B=0.6D，贝S
B=0.66°
°
=36°
（mm>
N传热管长—6000
折流板数B一折流板间距—=360-仁15.7亠16
折流板圆缺水平装配。
5.1.7接管
壳程流体进口接管：
取接管内流速为u=1m/s,则接管内径为
管程流体进出口接管：
取接管内循环流速u=1.5m/s则接管内径为
426118
（3600域994）
（m>
取标准管径80mm
0.078
3.141.5
六•换热器核算
6.1.1热量核算
KfHHSi
10.0
5.0
图壳程摩擦系数f0与Re0的关系
（1＞壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式
壳程流通截面积
壳程流体流速及其雷诺数分别为
0.0270.043825
普兰特准数
2.221030.71510-…
11.34pr=0.14
f、0.14
I卩
——"
.95
粘度校正I叫丿
aj=0.3613400.5511.34^0.95=209o
0.027w/（m2>
（2）管程对流传热系数
i0.80.4
aj0.023diRePr
管程流通截面积
124—14
S=0.7850.0224=0.0173（m2>
管程流体流速
0.020.422994
aj
Pr=
3_3
2.2210310=52.03
0.128
0128
0.0380960.852.030.3=20442
（w/（m2・C）
0.02
（3）传热系数K
d。
+只/。
+bd。
+Rs。
1aidididi
a。
0.025
=20440.02
0.0250.00250.025
0.02450.0225
0.000172
=152w/（m2Y）
（4）传热面积S
sJ2961°
343
K垢15245.825<
该换热器的实际传热面积Sp
Sp=MoLN-nc=3.140.256-0.06124-14=51<
口2>
该换热器的面积裕度为
Sp-S51-43
p100%100%=18.6%
HS43
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
6.1.2换热器内流体的流动阻力
（1）管程流动阻力
瓦也R=9R+AP2FlNsNp
Ns=1Np=4Ft=1.4
0.005
由Re=11572传热管相对粗糙度20，'
广0.03W/m流速
Ui=0.419m/s”=994kg/m3所以
无邙二<
785.3+261.8）況1-^4=3864pa<
10Kpa管程流动阻力在允许的范围内。
（2）壳程阻力
'
R二P；
P2FiNs
Ns=1Ft=1.15
流体流经管束的阻力
F=0.3
fo=511572』.228=0.592
「u
pi=FfoncNb12°
nc=14
Nb=16
uo=0.032
8250.032
-17.86
（pa>
流体流过折流板缺口的阻力
B=0.36mD=0.6m
邙,16』3.5-^036）<
82590322=15.5
、-0.6丿24（pa>
总阻力
po=17.8615.54=33.4：
100KPa
壳程流动阻力也比较适宜。
（3）换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结
果见表
换热器模式：
浮头式换热器
管口表
换热面积<
:
51
符号
尺寸
用途
连接型式
工艺参数
a
Dn60
油入口
平面
名称
管程
壳程
b
油出口
物料名称
油
水
c
Dn80
循环水入
口
凹凸面
操作压力；
MPa
0.4
0.3
d
循环水岀
操作温度；
C
30进/40出
130进
/50出
e
Dn20
排气口
流量，m/s
26118
6000
f
放净口
传热量，kw
296
总传热系数，W/m2•K
152
详图见一一八.换热器结构图
对流传热系数，w/m2•k
1248.
6
638.9
污垢系数，m2•k/w
0.0003
44
0.0001
72
阻力降，Pa
3864
33.4
程数
4
1
推荐使用材料
c.s
管子规格
①25mm
x2.5mm
管数
124
管长
mm
管间
距，mm
32
排列方式
正方形直排
折流板
型式
上下
间距，
360切口高度
20%
流体密
度kg/
m
815
715
流速m/s
1.9
1.6
七.设计总结
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和K.因
此，换热器尺寸增大，金属材料消耗量相应增大•通过这个设计，我
们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要。
八.换热器的结构图如下
1一管程隔板2一壳程隔板3一浮头
九．参考文献
《化工原理》＜第二版）/钟秦等编著国防工业出版社
《化工原理操作课程设计》/贾绍义柴诚敬主编天津大学出版社
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