利用循环水给热水降温列管式换热器课程设计.doc

1、一、方案简介1二、方案设计21确定设计方案22、确定物性数据23初选换热器规格34、计算传热面积45、工艺结构尺寸46换热器核算6三、设计结果一览表81 .参考资料92. 主要符号说明9一、方案简介本设计任务是利用循环水给热水降温。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。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用

2、。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。二、方案设计需将热水液体从80冷却到60。处理能力为2105吨/年。冷却介质采用循环水，入口温度25，出口温度35。要求换热器的管程和壳程的压降不大于105Pa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按300天，每天24小时连续运行）1确定设计方案 （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80，出口温度60冷流体。冷流体进口温度25，出口温度35。从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管

3、板式换热器。（2）流动空间及流速的确定 由于循环冷却水较易结水垢，应使循环水走管程，热水走壳程。选用252.0 的不锈钢管2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程热水的定性温度为：管程循环水的定性温度为： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 水在定性温度70下的有关物性数据如下： 密度 h=997.8 kg/m3定压比热容 cph=4.187kJ/(kg)导热系数 h=0.6676 W/(m)粘度 h=4.06110-4 Pas水在定性温度30下的物性数据： 密度 c=995.7kg/m3定压比热容 cpc=4.147 kJ/(kg)导热系数 c=0.61

4、76 W/(m)粘度 c=8.00710-4 Pas 3初选换热器规格按照壳层热水计算热负荷（1）热流量 Wh=210510003002427777.78kg/hQh=Whcphth=27777.784.187(80-60)=2326111.297 kJ/h=646.1 kW(1 kW=1000W3600s=3600kJ)（2）计算两流体的平均温度差，暂按单壳程，双管程进行计算。逆流时平均温度为 P=(t2 t1) /(T1-t1)0.182 R=(T2 T1) /(t2-t1)=2采用外推法得知=0.950.8故选择单程（3）冷却水用量 初选换热管为规格换热器，具体参数如下:公称直径DN/m

5、m管程数/N管子根数/n换热管长度/mm公称面积/m2流速m/s管子排列方法4502126300028.70.5正三角形排列（4）总传热系数K 管程传热系数 壳程传热系数 假设壳程的传热系数=2000 W/(m2)； 污垢热阻Rsc=0.000344 m2/W , Rsh=0.000172 m2/W管壁的导热系数=17 W/(m)4、计算传热面积 考虑 15的面积裕度，S=1.15S=1.1529.1=33.5m25、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速及管长 选用252.0传热管(不锈钢)，取管内流速uh=0.5m/s，选用管长为3m（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

6、 按单程管计算其流速为按单管程设计，流速过小，宜采用多管程结构。则该换热器管程数为2传热管总根数 N=142(根)（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 d0，则 t=1.2525=31.2532(mm)横过管束中心线的管数得到各程之间可排列13支管，即正六边形可排6层。则实际排管数设为126根，其中6根拉杆则实际排管数设为142根，（5）壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率0.7，则壳体内径为 圆整可取D500mm （6）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h0.2550

7、0125mm，故可取h125 mm。 取折流板间距B0.5D，则B0.5500250mm，可取B为250. 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=3000/250-1=11(块)折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内热水流速为 u1.0 m/s，则接管内径为 取标准管径为108 mm11mm。 管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u0.5 m/s，则接管内径为 取76mm6.5mm无缝钢管。6换热器核算 （1）热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 粘度校

8、正 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数传热系数K传热面积S该换热器的实际传热面积Sp该换热器的面积裕度为 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=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re5886.2，传热管相对粗糙度0.1/210.005，查莫狄图得i0.042 W/m， 流速uc0.17m/s，995 .7kg/m3，所以 管程压力降在允许范围之内。壳程压力降流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 壳程压力降也比较适宜。三、设计结果一览表换热器形式：列管式换热器换热面积（m2）:30

9、.2工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水热水操作压力，Pa未知未知操作温度，25/3580/60流量，kg/h56091.4227777.78流体密度，kg/m3995.7997.8流速，m/s0.170.29传热量，kW646.1总传热系数，W/m2K786.8传热系数，W/（m2）58753092污垢系数，m2K/W0.0003440.000172阻力降，Pa4011800.8程数21推荐使用材料不锈钢不锈钢管子规格252.0管数142管长mm:3000管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm200切口高度25%壳体内径，mm500保温层厚度，mm未知 1 .参考资料1 贾绍

10、义等 化工原理课程设计 天津大学出版社 20022 柴诚敬等 化工原理课程设计 天津科学技术出版社 20023 陈敏恒等 化工原理 上下册 化学工业出版社 20024 邝生鲁等 化学工程师技术全书 上下册 化学工业出版社 20025 匡国柱等 化工原理课程设计 化学工业出版社 20022. 主要符号说明10英文字母B折流板间距，m；C系数，无量纲；d管径，m；D换热器外壳内径，m；f摩擦系数；F系数；h圆缺高度，m；K总传热系数，W/(m2)；L管长，m；m程数；n指数； 管数； 程数；N管数； 程数；NB折流板数；Nu努塞尔特准数；P压力，Pa； 因数；Pr普兰特准数；q热通量，W/m2；Q传热速率，W；r半径，m；气化潜热，kJ/kg；R热阻，m2/W； 因数；e雷诺准数；S传热面积，m2；t冷流体温度，；管心距，m；T热流体温度，；u流速，m/s；W质量流量，kg/s，V体积流量，m3/s。希腊字母对流传热系数，W/(m2)；有限差值；导热系数，W/(m)；粘度，PaS；密度，kg/m3；校正系数。