1、列管式换热器的设计 目录 一丶设计任务 二丶方案简介 三丶方案设计 1、确定设计方案 2、确定物性数据 3、计算总传热系数 4、工艺结构尺寸 5、换热器核算 四丶设计结果一览表 五丶设计总结 六丶参考文献 附图 列管式换热器的设计 一丶设计任务书 设计一个换热器，将纯苯液体从 45加热到 80。纯苯的流量为 1.3104 kg/h。加热介质采用的是具有 200 kPa 的水蒸气。要求纯苯液体在换热器中的压降不大于 30kPa，试设计或选择合适的管壳式换热器，完成该任务1. 将纯苯液体从 45加热到 80。纯苯的流量为 1.3104 kg/h 2. 加热介质采用的是具有 200 kPa 的水蒸气
2、 3. 纯苯液体在换热器中的压降不大于 30kPa二丶方案简介 1、概述换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位，由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，估换热器的类型也是多种多样。按用途特可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。间壁式换热器的特点是冷、热流体被固定壁面间隔开，不想混合，通过间壁进行热量的交换。此类换热器中，以列管式应用最广。本设计任务是利用饱和水蒸气给纯苯加热。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。2、换热器类型列管式换热器又称为管壳式换
3、热器，是最典型的间壁式换热器，主要分三大类：固定管板式、浮头式、U 型管式。（1） 固定管板式换热器结构简单，成本低，壳程检修和清洗困难，壳程必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。（2） 浮头式换热器结构较为复杂，成本高，消除了温差应力，是应用较多的一种结构形式。（3） U 型管式换热器结构简单，适用于高温和高压场合，但管内清洗不易，制造困难。三丶设计方案设计一个换热器，将纯苯液体从 45加热到 80。纯苯的流量为 1.3104 kg/h。加热介质采用的是具有 200 kPa 的水蒸气。要求纯苯液体在换热器中的压降不大于 30kPa，试设计或选择合适的管壳式换热器，完成该任务。 （一） 确定设
4、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 45，出口温度 80。热流体为饱和水蒸气，温度恒为 Ts，查表得，200kPa 的饱和水蒸气的饱和温度为 Ts=120.2该换热器采用饱和水蒸气冷凝放热来加热冷流体，管壁与壳壁温差较大，流体压强不高，初步确定选用固定管板式换热器，考虑到管壁与壳壁温差较大情况，因此，换热器应安装膨胀节，进行热补偿。（2）管程安排 从流体流经管程或壳程的选择标准来看，纯苯液体有毒，为减少向环境泄露的机会，苯宜走管程；水蒸气较洁净，不会污染壳程，所以饱和蒸汽宜走壳程，以便及时排除冷凝液。综上所述，纯苯液体走管程，饱和水蒸气走壳程。（二）确定物性数据 定
5、性温度：可取流体进口温度的平均值。 管程纯苯的定性温度为： 5.62804T壳程流体的定性温度为： Ts=120.2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据1）纯苯在 62.5下的有关物性数据如下： 密度 i=838 kg/m3定压比热容 c pi=1.74 kJ/(kg)导热系数 i=0.139 W/(m)粘度 i=0.00041 Pas（2）饱和水蒸气在 120.2下的物性数据： 密度 0=1.127 kg/m3比汽化热 0=2.205106 J/kg导热系数 0=0.686 W/(m)粘度 0=0.0000133 Pas（三）估算传热面积（1）热流量QT=qm1cp1(t2-t
6、1)=130001740(80-45)/3600 =791700 kJ/h =2.2105 W（2）加热水用量 qm2= QT / 0=2.21053600/(2.505106)=316.17kg/h（3）平均传热温差 5.7452.108ln).().(lnt21 tm（4）初算传热面积 由水蒸气冷凝有机物，有机物黏度为 0.00041 Pas，查表得K 值大致范围为 5001200（W/m 2 . K）假设 K=500 W/m2 . K，则估算的传热面积为 25m 6.701.t mQST估(四 )、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速选用 202mm 较高级冷拔传热管 (碳钢 )，取管内流
7、速ui=1.0m（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 根20.16.836014.34udq22ovs N按单管程计算，所需传热管长度为L=S 估 （ 3.14d0Ns） =7.65（3.140.0221）=6m按双程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本实验设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长度 L=3m，则该换热器的管程数为NP=2(管程)传热管总根数 n=22*2=44（3）传热管排列和分程方法采用正三角形排列取管心距 Pt=1.25 d0 =1.2520=25mm隔板中心到离其最近一排管中心距离 Z=Pt2+6=19mm（4）壳体内径 采用夺冠程结构，
8、取管板利用率 v=0.8，则壳体内经 D=1.05Pt N/V1/2 97.34mm 可取 200,mm（5）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25，则切去的圆缺高度为：h0.2510025mm ，故可取 h25mm。 取折流板间距 B0.5DB 0.510050mm，可取 B 为 50 mm。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/ 50-1=119，可取 119 块。（6）接管 壳程流体进出口接管：取接管内流体流速为 u10m/s，则接管内径为 m09.014.327.6/7u4d1 ）（V圆整后可取管内径为 100mm 管程流体进出口接管：取接管内加
9、热水流速 u2m/s，则接管内径为 m052.214.3860/d2 ）（圆整后可取管内径为 52mm(五 )换热器核算 （1）传热面积校核 管程传热膜系数 4.0*8.d023.o PR）（ 管程流体流通截面积 S= 0.75*0.016*0.016*22=0.00424 m2 管程流体流速和雷诺数U=（316.17/（3600*1.127） ）/0.00424=18.4m/sR=0.016*18.4*1.127/0.0000133=24946普朗特常数P=2.205106*0.0000133/0.686=42.75a=14585w/m2*c壳程传热膜系数 4.08.ii red023.PR
10、管程流通截面积 22i m04.016.75S管程流体流速 356041.826udRes/3/ii i雷 诺 数 ）（普朗特数 ） 24.08.0i 3 /(173562.0197.r mWucPp污垢热阻和管壁热阻查附录得：管外侧污垢热阻 CR/m10859.240管内侧污垢热阻 W7.i 管壁厚度 b=0.002 m碳钢热导率为 45 W/(m) ）（ 2 44osmoiio/815 1270859.017.52016.2719.0.4dbd1WRK传热面积 S 25m70.4812.t mKQST该换热器的实际传热面积 S 2o 4.1302.4ldnS该换热器的面积裕度为 1.4.7
11、S传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Pi=(P 1+P 2)FtNsNpNs=1, Np=2, 管子为 202mm ，所以 Ft=1.52u2udli1 ， 370041.86Rei i查表得无缝钢管绝对粗糙度 0.10.2mm，取 为 0.1mm/d=0.1/19=0.0053由 Re 与 /d查莫狄图得i0.031 W/m， ak3018275.12743a0.8a4.1386.i22 21 PPP）（ 管程压降在允许范围之内。壳程压力降 0.1,2oFtNstNsP）（壳程流通截面积 260o m05.125()8( ）dDBS壳程流
12、体流速及其雷诺数分别为 21503.7.561e /6./73uo Rs）（普朗特数 034.68.01174.30 P流体流经管束的阻力 PaPnfFuNfPco oBco 38.256.17.)12(587.05.2.0)1(128.021 流体流过折流板缺口的阻力 92.8Pa10.53.48 a48.536.17.)5(2)h25.3( 36.17./(6S/ 02.1)0)( ,5.h B25.3o 2200 22 ）（总 压 力 降 P PuDNqu mdnDuoBmco壳程压力降也比较适宜四丶计算结果一览表 换热器形式：固定管板式 换热面积（m 2）7.65 工艺参数名称 管程
13、壳程物料名称 纯苯 饱和水蒸气操作压力，Pa - -进（出）口温度， 45/80 120.2定性温度， 62.5 120.2流量，kg/h 13000 316.17流体密度，kg/m 3 838 1.127汽化热 kJ/ kg - 2205定压比热容，kJ/(kg)1.74 热导率，W/(m) 0.136 0.686黏度，Pas 4.110-4 1.3310-5流速，m/s 1.0 1.30普朗特数 42.75 5.13雷诺数 24946 33356传热量，kW 2200传热温差， 57.5裕度 1.14总传热系数，W/m 2K 815传热系数， 14585 1277W/（m 2）污垢系数，m
14、 2K/W 1.719710-4 0.859810-4阻力降，Pa 10827 92.28程数 2 1推荐使用材料 碳钢 碳钢管子规格 202mm 管数 44 管长 m:3管间距，mm25 排列方式 正三角形折流板型式上下 间距，mm 50 切口高度 25%壳体内径，mm200 保温层厚度，mm -五丶设计总结这是我在上大学以来历时两周多的时间独立完成的工业设计。从老师和学长那了解到化工原理设计是培养我们的设计能力，在以后的化工设计中可以快速正确的设计出符合任务的设计方案，也是对我们对化工原理的理解程度，更能以此来巩固我们对化工原理的学习。在这次的化工原理课程设计中，我遇到；了各种各样的问题，
15、一些是通过与同学们的讨论，一些是在网上查阅出来的。下面是是遇到的一些问题:1. 数据计算，可以说这是课程设计第一阶段的主要任务，也是关键所在，只有计算好了，计算准确，才能继续以后的工作，否则一切都是白搭，一旦前面的算错，后面的就不用算了，算了也是错误的，需要从头再来。最让人头痛的是壳程传热系数需用试差法来计算，计算非常复杂，还需要不断尝试，而且好不容易算出来了，后面算出的裕度又超出范围，无奈，又要重新来过。如此反复，终于算成功了，才知道，细心与耐心真的太重要了。2.画图，我那半吊子的美术是不可能帮我完成的了。在初高中时，我的立体数学学的还不错，三视图还可以，这是一点是较自慰的，好在学了工程制图
16、，画的还可以，费了好大劲才完成它。通过本次课程设计，让我对自己的专业有了更加理性和感性的认识，我们了解了工程设计的基本内容，掌握了课程设计的程序和方法，增强了分析和解决工程实际问题的能力。因此，通过课程设计，还是我们树立正确的设计思想培养实事求是。严肃认真的工作作风，减少一些不必要的安全事故。耐心+细心+恒心=成功，这就是我对此次课程设计的最大感受六丶参考文献 化工原理第四版，王志魁 刘丽英 刘伟 编，化学工业出版社，2010.化工设备设计，申迎华 郝晓刚 编，化学工业出版社，2009.化工物性算图手册，刘光启等 编著，化学工业出版社，2002.化工工程制图，魏崇光 郑晓梅 编，化学工业出版社，1994.化工设备设计 ，潘国昌 郭庆丰 编，清华大学出版社，1996.典型化工设备-机械设计指导 ，茅晓东 李建伟 编，华东理工大学出版社，1995.工程制图 ，赵大兴 编，高等教育出版社，2009.
