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1、中南大学化学化工学院 应化0806班 周杨美惠 U型管换热器课程设计说 明 书 设计题目 U型管换热器设计 专业班级 建环1001 学生 xxxxx 学 号 xxxxxx指导教师 xxxxx 日 期 2013.5.4 一、化工原理课程设计任务书（换热器的设计）（一） 设计题目：煤油冷却器的设计（二） 设计任务及操作条件：1. 处理能力：15万吨/年煤油2. 设备型式：列管式换热器3. 操作条件：（1） 煤油入口温度125，出口温度40；（2） 冷却介质循环水，入口温度25，出口温度45；（3） 允许压强降不大于105Pa;（4） 煤油定性温度下的物性数据：密度为825kg/m3；粘度为：7.1
2、510-4Pa.S;比热容为：2.22kJ/（kg. ）；导热系数为：0.14W/（m. ）（5） 每年按330天计，每天24小时连续运行。（三） 设计项目1传热计算2管、壳程数的确定及管、壳程流体阻力计算3管板厚度计算4 U形膨胀节计算（浮头式换热器除外）5管壳式换热器零部件结构（四） 绘制换热器装配图（A2图纸）二、换热器的选用换热器的选用(即选型) 的过程大体如下, 具体计算可参看列管式换热器设计中有关容。 根据设计任务要求计算换热器的热负荷Q。 按所选定的流动方式, 计算出平均温度差( 推动力)tm 及查出温差校正系数。若0.8，可行。所以修正后的传热温度差为tm=tm=0.81x38
3、.83=31.45()3.4初步选型3.4.1传热面积 假设K=300W/(m2K),则估算面积为：A=Q/(Ktm)=992.7103/(30031.45)=105.2(m2) 3.4.2管径和管流速 换热管选用碳钢管252.5mm，取管流速u= 1.0m/s3.4.3管程数和传热管数 换热管选用普通无缝钢管252.5mm，管径d=0.025-2x0.0025=0.02m，于是单程管根数n为 =37.98 取n=38根 按单程管计算，所需的传热管长度为： =35.2m3.4.4初选换热器类型与型号 由于Tm-tm=（125+40）/2-(45+25)/2= 47.5()50(),两流体间的温
4、差不大，不需要温度补偿；但是为了便于壳程污垢清洗，以采用固定管板式列管换热器为宜，且初步选定的具体型号为G600VI-1.0-100 G600VI-1.0-100的具体参数壳径/mm 600管子尺寸252.5mm公称压力/ 1MPa管长/m 6公称传热面积/ 100 管子总数 216管程数 6管子排列方式 正三角形壳程数 1折流挡板形式 弓形折流板3.4.5传热管排列和分程方法 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，采用标准设计，现取传热管长为l=6m，则该换热器的管程数为：NP=L/l=35.2/6=6；传热管总根数： NT=386=228（根）采用组合排列法，即每
5、程均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25d0，则t=1.2525=31.2532(mm)横过管束中心线的管数 Nc=1.1=1.1=17根3.4.6壳体径采用多管程结构，取管板利用率0.7，则壳体径为 =606.4mm圆整可取D=600mm。3.4.7折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体径的25，则切去的圆缺高度为h0.25600=150（mm）。 折流板间距B=0.4D,则B=0.4600=240mm。折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/240-1=24(块)折流板圆缺面水平装配3.4.7接管 壳程流体进出口接管：取接管煤油流速为u1.0
6、m/s，则接管径为：D1=（m），圆整后可取管径为90mm。 管程流体进出口接管：取接管循环水流速 u1.5 m/s，则接管径为(m)=100mm。4.换热器的核算4.1热流量核算4.1.1壳程表面传热系数； 用克恩法计算： 当量直径，由正三角排列得：de=m 壳程流通截面积：=0.0315（m2） 壳程中煤油流体流速及其雷诺数分别为：u0=V0/A=（m/s）Re0=4661.5 普朗特数：Pr=； 粘度校正： 0=589.7W/(m2K) 4.1.2管表面传热系数： i 管程流体流通截面积：Si=0.7850.022216/6=0.0113（m2） 管程流体流速及其雷诺数分别为： ui=1
7、.055（m/s）Rei=28849.2 普朗特数：Pr=i=0.023=5008.1W/ (m2K)4.1.3污垢热阻和管壁热阻 查有关文献知可取： 管外侧污垢热阻 R0=0.00017 m2K/W 管侧污垢热阻 Ri=0.00034 m2K/W5.1.4计算传热系数K（忽略管壁热阻）： Rso Ko=394 计算传热面积AC:AC=Q/(KCtm)=992.7103/（39431.45）=80.11（m2） 该换热器的实际传热面积A：A=3.140.0256（228-17）=99.38（m2）5.1.5该换热器的面积裕度为：H=100%=100%=24.05%为了保证换热器的可靠性, 一般
8、应使换热器的面积裕度大于15%25%。满足此要求, 所设计的换热器较为合适传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。5.2换热器流体的流动阻力5.2.1管程流体阻力 计算公式如下： Pt=（Pi+Pr）NSNpFS; NS=1, Np=6，FS=1.5; Pi=。由Re=28849.2，传热管相对粗糙度0.1/20=0.005， 莫狄图（下图）得=0.0338，流速u=1.055m/s，=994kg/m3，故 Pi=5609.18（Pa）；Pr=1573（Pa） Pt（PiPr）Fs Ns=（5609.18+1573）61.5=64639.62（Pa）105 Pa 管程流体阻力在允许围5.2
9、.2壳程阻力 公式有：PS=（P0+Pi）FSNS 其中 FS=1.15 ；NS=1 ； P0= Ff0NTC(NB+1) ; 又F=0.5, f0=5Reo-0.228=54661.5-0.228=0.729, Nc=1.1 NT0.5=1.12280.5=17 NB=24;u0=0.202m/s 则流体流经管束的阻力： P0=Ff0Nc(NB+1)=0.50.72917（24+1）8250.2022/22607.43（Pa） 流体流过折流板缺口的阻力 Pi =NB（3.5-2B/D）,其中 B=0.24m; D=0.6m；故 Pi=24（3.5-20.24/0.6）8250.2022/21090.69（Pa），则总阻力： PS=P0+Pi=2607.43
