管壳式换热器的设计论文.docx

成绩

化工原理课程设计
设计说明书

设计题目：管壳式换热器的设计

化工原理课程设计任务书

一、设计任务及操作条件
某生产过程中，需用循环冷却水将有机料液从102℃冷却至40℃。已知有机料液的流量为（2.5－0.01×18）×104=23200kg/h，循环冷却水入口温度为30℃，出口温度为40℃，并要求管程压降与壳程压降均不大于60kPa，试设计一台列管换热器，完成该生产任务。
已知:定性温度下流体物性数据

物性
流体密度
kg/m3粘度
Pa·s比热容CP
kJ/（kg·℃）导热系数
W/（m·℃）有机化合液9860.54*10-34.190.662水9940.728*10-34.1740.626注：若采用错流或折流流程，其平均传热温度差校正系数应大于0.8
二、确定设计方案
1.选择换热器的类型
两流体温的变化情况：热流体进口温度102℃，出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温40℃，管程压降与壳程压降均不大于60kPa，壳程压降不高，因此初步确定选用固定板式换热器。
2.管程安排
由于循环冷却水较易结垢，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，所以从总体考虑，应使循环水走管程，有机化合液走壳程。
三、确定物性数据
定性温度：对于一般气体和水等低粘度立体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程的有机化合液的定性温度为
T
管程流体的定性温度为
t=

根据定性温度分别查取壳程流体和管程流体的有关物性数据。
有机化合液的有关物性数据如下：
密度
粘度0.54*10-3Pa·s
比热容=4.19kJ/（kg·℃）
导热系数λ=0.662W/（m·℃）
循环水的有关物性数据如下：
密度
粘度0.728*10-3Pa·s
比热容=4.174kJ/（kg·℃）
导热系数λ=0.626W/（m·℃）

四、估算传热面积
1、热流量
Q1=
=23200×4.19×(102-40)=6.03×106kj/h=1675.00kw
2、平均传热温差
先按照纯逆流计算，得

3、传热面积
由于有机化合液的粘度为0.54*10-3Pa·s，假定总传热系数
K=300W/（.℃），则传热面积为

A=
4、冷却水用水量
m==
五、工艺结构尺寸
1、管径和管内流速选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速=1.5m/s。
2、管程数和传热管数可依靠传热管内径和流速确定单程传热管数
Ns=

按单程管计算，所需的传热管长度为
=28m
按单程管设计，宜采用多管程结构。现取传热管长l=7m，则该换热器的管程数为

传热管总根数Nt=346
3、传热温差校平均正及壳程数
平均温差校正系数：

按单壳程，双壳程结构，查得温差修正系数得

平均传热温差
由于平均传热温差校正系数大于0.8，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
采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25，则t=1.25*25=31.35=32mm
隔板中心到离其最近一排管中心距离：S=t/2+6=32/2+6=22mm
各程相邻管的管心距为44mm。
管数的分程方法，每程各有传热管90根。
5、壳体内径采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率=0.75，则壳体内径为：
D=
按卷制壳体的进级档，可取D=800mm
筒体直径校核计算：
壳体的内径应等于或大于管板的直径，所以管板直径的计算可以决定壳体的内径，其表达式为：=t（-1）+2e
因为管子安正三角形排列：=
取e=1.2*20=24mm
所以=32*（20-1）+2*34=676mm按壳体直径标准系列尺寸进行圆整：=800mm
6、折流挡板采用圆缺形折流挡板，去折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25*800=200
取折流板间距B=0.3D，则B=0.3*800=240mm，可取B为240mm。
折流板数目N=传热管长/折流板间距-1=7000/240-1=27
7、其他附件
拉杆数量与直径选取，本换热器壳体内径为800mm，故其拉杆直径为12mm最少拉杆数6。
8、接管
壳程流体进出口接管：取接管内液体流速为u=0.2m/s，则接管内径为

圆整后可取管内径为210mm
管程流体进出口接管：取接管内液体流体u=1m/s，则接管内径为

圆整后可取管内径为220mm
六、换热器核算
1、热流量核算
（1）壳程表面传热系数用克恩法计算

当量直径

壳程流通截面积：

壳程立体流速及其雷诺数分别为

普朗特数

粘度校正

（2）管内表面传热系数TC"（2）管内表面传热系数"\fC\l"3"：

管程流体流通截面积：

管程流体流速：

雷诺数：
普朗特