固定管板式换热器的设计.docx

江西科技师范大学
食品科学与工程专业《化工原理课程设计》说明书

题目名称固定管板式换热器的设计
专业班级
学号
学生姓名
指导教师汪涯

2013年12月24日
目录TOC\o"1-9"\u
1.设计方案 1
1.1设计条件 1
1.2换热器工艺设计 1
1.2.1设计方案的确定 1
选择换热器的类型 1
1.2.1.2流体流经管程或课程的选择 1
1.2.2换热器工艺结构尺寸 1
1.2.2.1管径和管内流速 1
1.2.2.2管程数和传热管数 2
1.2.2.3平均传热温差校正及壳程数 2
1.2.2.4传热管排列和分程方法 2
1.2.2.5壳体直径 2
1.2.2.6折流板 3
1.2.2.7接管 3
2.衡算 3
2.1物性数据的确定 3
2.2估算传热面积 4
2.2.1冷流量 4
2.2.2饱和水蒸汽用量 4
2.2.3平均传热温差 4
初算传热面积 4
2.3传热面积校核 4
2.3.1管程传热膜系数 4
壳程传热膜系数 5
2.3.3污垢热阻和管壁热阻 5
2.3.4总传热系数 5
2.3.5传热面积校核 5
2.4换热器内压降的核算 6
2.4.1管程阻力 6
壳程阻力 6
3.设备选型表 7
3.1换热器及其各部件型号的选型 7
3.2设备清洗方法 7
4.附录及图纸 8
5.总结 9
6.参考文献 10



1、设计方案
换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占重要地位。根据冷、热流体热量交换原理和方式分为三类：混合式、蓄热式、间壁式。本次设计我们采用的事间壁式换热器来做的。它是通过间壁进行热量交换的。
1.1设计条件
（1）冷却水
处理量：31m3/h、进口温度：4℃、出口温度：53℃、压强降：2.0～3.1Mpa
（2）饱和水蒸汽
进口温度：110℃、出口温度：100℃、压强降：7.0～8.1Mpa
选择压力泵为压力维持设备。其压力维持范围为2～10Mpa。因为压力泵的传压介质为空气，升降压平稳，采用超细微调部件，确保了足够小的调节细度（最小调节细度为0.01Pa）。外壳采用绝热材料进行隔热保温，大大减少了温度对微压仪器校验的影响。该压力泵采用了德国进口的快速接头和连接管路。压力泵采用全开放式结构设计，它结构简单、可靠性高、操作维护方便、不易泄漏。调压装置采用精密大容腔活塞，独特的结构设计、特殊的密封材料无需润滑，减少摩擦，压力调节范围大，升降压平稳。
1.2换热器工艺设计
设计方案的确定
满足工艺和操作上的要求，确保安全生产，做到经济、技术上的合理，即尽可能节省设备费用和操作费用。
.1选择换热器的类型
两流体的温度变化情况：饱和水蒸汽进口温度110℃，出口温度：100℃；冷却水进口温度：4℃，出口温度：53℃。因为换热器用冷却水冷却，在较低温度下操作时其进口温度会降低，并可能使换热器管壁温度和壳体温度相差较大，所以确定选用管板式换热器。又因为水蒸气冷却时有显热和潜热之分，潜热是指物质在相变过程中吸收或放出的热量，比如空气中的水蒸气变成水；显热是指物质温度的升高或者降低，热传递中不发生相变，比如冷水变热水。此设计中没有发生相变，所以此选择的是以显热方式进行放热的。
.2流体流经管程或壳程的选择
从两流体的操作压力来看，应使饱和水蒸汽走管程，冷却水走壳程。但由于冷却水易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，鉴于此两种因素，应使冷却水走管程，饱和水蒸汽走壳程。
1.2.2换热器工艺结构尺寸
.1管径和管内流速
因为管内走的是易结垢的流体，所以选择传热管（碳钢），查列管式换热器常用流速范围表和不同黏度在列管式换热器中的流速表[2]可取管内流速。

.2管程数和传热管数
可根据传热管内径和流速确定单程传热管数

按单程管计算，所需的传热管长度为

按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长，则该换热器的管程数位

传热管总管根数

.3平均传热温差校正及壳程数
平均温差校正系数计算如下

按单壳程，双管程结构，查金属热导率图[1]得

平均传热温差
由于，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。

.4传热管排列和分程方法
由于冷却水为易结垢流体，故采用正方形排列。取管心距，则
由于管程为四，故隔板中心到离其最近管中心的距离

.5壳体直径
采用多管程结构，壳体直径按照公式
-
按卷制壳体的进级档，可取

1.2.2.6折流板
采用圆缺形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体直径的%，则切去的圆高度为
故可取
取折流板间距，则

折流板数目

.7接管
壳体流体进出口接管：查列管式换热器常用流速范围表和不同黏度在列管式换热器中的流速