传热学课程设计设计.

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1、目录一、概述21.1、换热器的分类2二、设计方案简介32.1、选择换热器的类型：32.2、流体空间及流速的确定：3三、工艺流程草图及说明4四.列管式换热器的工艺计算44.1确定物性参数：44.2计算总传热系数54.2.1、热流量54.2.4、总传热系数K54.3、计算传热面积64.4、工艺结构尺寸64.4.1、管径和管内流速64.4.2、管程数和传热管数74.4.3、平均传热温差校正及壳程数74.4.4、传热管排列和分程方程方法84.4.5、壳体内径84.4.6、折流板84.4.7、接管84.5、换热器核算94.5.1、热量核算：94.5.3、传热系数K104.5.4、传热面积S114.5.5

2、、换热器内流体的流动阻力114.5.6、壁温核算12五、设计结果一览表13六、设计评述14七、参考文献15八、主要符号说明151、 概述1.1、换热器的分类 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，

3、而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。列管式换热管器的分类如下：1、固定管板式固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定在管板上，在外壳上焊有膨胀节，当两流体的温度差较大时，管体和管束热膨胀不同，补偿圈发生缓慢的弹性形变来来补偿因温差引起的热膨胀。特点：结构简单、

4、在相同的壳体直径内，排管最多、比较紧凑；造价低廉、壳程清洗和检修困难（壳程宜用于不易结垢和清洗的流体）。适用：比较适合用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。2、浮头式换热器换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。适用：管壳壁间温差较大，易于腐蚀和易于结垢的场合。3、填料函式换热器这类换热器管束一端可

5、以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。4、U型管式换热器U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是结构简单，质量轻.适用：高温高压条件。二、设计方案简介确定初步方案：2.1、选择换热器的类型： 两流体温度变化情况：热流体进口温度140 ,出口温度40 ；冷流体（循环水）进口温度30，出口温度50.由于该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进

6、口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。2.2、流体空间及流速的确定： 根据流体流径选择的基本原则，循环冷却水易结垢，而固定管板式换热器的壳程不易清洗，且循环冷却水的推荐流速应大于煤油的推荐流速，故选择循环冷却水为管程流体，煤油为壳程流体。根据流体在直管内常见适宜流速，管内循环冷却水的流速初选为=1.0m/s 用 252.5mm的碳钢管（换热管标准：GB8163)。三、工艺流程草图及说明说明：由于循环冷却水较易结垢，为便了水垢的清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。如图：煤油经泵抽上来，经加热器加热后，再经管道，接管C进入

7、换热器壳程，冷却水经泵抽上来后从接管A进入换热器管程。两物质在换热器中进行换热，煤油从140冷却至40后由接管D流出；循环冷却水则从30加热至50后，由接管B流出。4. 列管式换热器的工艺计算4.1确定物性参数：定性温度：可取流体进口温度的平均温度值。壳程油的定性温度为T=(140+40)/2=90管程流体的定性温度为t=(30+50)/2=40根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。根据煤油在90下的有关物性数据如下：密度：0=825kg/m3定压比热容：Cpo=2.22KJ/(kg.)导热系数：0=0.140W/(m.)粘度：0=7.1510-4Pa.s、普朗特常数：Pr0=1

8、1.34循环冷却水在40下的物性数据：密度：i=992.2kg/m3定压比热容：Cpi=4.174KJ/(kg.)导热系数：i=0.634W/(m.)粘度：i=6.5610-4Pa.s普朗特常数：Pri=4.324.2计算总传热系数4.2.1、热流量 4.2.2、平均传热温差4.2.3、冷却水用量4.2.4、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；污垢热阻管壁的导热系数=45W/m.4.3、计算传热面积考虑15%的面积裕度，S=1.15=40.81.15=46.9m24.4、工艺结构尺寸4.4.1、管径和管内流速选用252.5传热管（碳钢），取管内流速。4.4.2、管程数和传

9、热管数依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程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m,换热器管程数为2，则每程管数为：100/2=50根管内流速：4.4.3、平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R=5的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P，查同一直线，可得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。4.4.4、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=1.25d0,则t=1.2525

10、=31.2532(mm)横过管束中心线的管数4.4.5、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D=500mm4.4.6、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35%，则切去的圆缺高度为h=0.35500=175mm取折流板间距B=0.6D，则B=0.6500=300mm折流挡板数为折流挡板圆缺面水平装配。4.4.7、接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为u1=10m/s，则接管内径为圆整后取标准管径为20mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u2=1.5m/s则接管内径为圆整后取标准管径为350mm4.5、换热器核算4.5.1、热量核算：壳

11、程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用克恩公式当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积壳程流体及雷诺数为普朗特准数4.5.2、管程对流传热系数管程流体流速普朗特准数4.5.3、传热系数K查有关文献知管外侧污垢热阻：管内侧污垢热阻：管壁热阻 查有关文献知碳钢在该条件下的热导率为=45W/(m.K)。4.5.4、传热面积S该换热器的实际传热面积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。4.5.5、换热器内流体的流动阻力1.管程流动阻力由Re=11162.3，传热管相对粗糙度，查莫迪图得，流速ui=0.369m/s，=992.2kg/m3，所以管程流动阻力 管程流动阻力在允许

12、的范围之内。2.管壳流动阻力流速u0=0.07m/s，=825 kg/m3，所以壳程阻力F=0.5，nc=12，NB=19流体流过折流挡板缺口的阻力B=0.3m，D=0.5m故总阻力为综上所述，该换热器管程与壳程的压力降均小于允许压强100kPa均符合要求，故所设计的换热器符合条件。4.5.6、壁温核算因为管壁很薄，而且壁热阻很小。冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为18，出口温度为40计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不

13、利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是有: 2265.6w/C329.2w/C壳体壁温，即可近似取壳程流体的平均温度，T=90壳体壁温和传热管壁温之差为，t=90-34.8=55.1850该温差较大，需加温度补偿设置,故不能用固定管板式换热器，应选浮头换热器为宜.五、设计结果一览表名称管程壳程物料名称循环水煤油操作压力，Pa1475.3360.4操作温度，30/50140/40流量，Kg/h181726818.2物性参数定性温度/4090密度、（kg)825992.2定压比热容/kJ/kg.K4.1742.22粘度/Pa.s0.0006560.000715热导率/W/m.K0.6340.140普朗特数4.3211.34设备结构参数形式浮头式换热器台数1壳体内径/mm500壳程数1管径/mm252.5管间距/mm32管长/mm6000排列方式正三角形管数100折流板数19传热面积/53.13折流板间距/mm300管程数2材质碳钢主要计算结果管程管壳流速/(m.s)0.3690.07表面传热系/w/(.k2265.6329.2污垢热阻/.k/w0.0003440.000172阻力/MPa0.00150.0004热流量/kw420.6传热温差/k55.18传热系数/w/.k235.12裕度/%11.35六、设计评述 本次化工原理课程设计，加深了我对化工原