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1、 化 工 原 理 课 程 设 计说 明 书设计题目： 设计一台用于将2000kg/h空气从常温加热到60的列管式换热器 设计者： 姓名 设计指导人： 设计成绩： 设计题目某厂需要将常温下的空气加热到60，空气的流量为Qkg/h，加热介质用压力为pkPa的水蒸气，要求流体的压降不大于30kPa，请设计或选择合适的管壳式换热器。（其中Q为2000kg/h P为200kPa）设计要求（1）换热器工艺设计计算（2）换热器工艺流程图（3）换热器设备结构图（4）设计说明目录一、方案简介4二、 方案设计51、 确定设计方案52、 确定物性数据53、 计算总传热系数54、 工艺结构尺寸65、 换热器核算7三、
2、 设计结果一览表10四、 设计总结 12五、 参考文献13附图一、方案简介1、概述换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位，由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，估换热器的类型也是多种多样。按用途特可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。间壁式换热器的特点是冷、热流体被固定壁面间隔开，不想混合，通过间壁进行热量的交换。此类换热器中，以列管式应用最广。本设计任务是利用饱和水蒸气给空气加热。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。2、换热器类型列管式换热器又称
3、为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，主要分三大类：固定管板式、浮头式、U型管式。（1） 固定管板式换热器结构简单，成本低，壳程检修和清洗困难，壳程必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。（2） 浮头式换热器结构较为复杂，成本高，消除了温差应力，是应用较多的一种结构形式。（3） U型管式换热器结构简单，适用于高温和高压场合，但管内清洗不易，制造困难。二、方案设计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：冷流体进口温度25，出口温度60。热流体为饱和水蒸气，温度恒为Ts，查表得，200kPa的饱和水蒸气的饱和温度为Ts=120.4该换热器采用饱和水蒸气冷凝放热来加热冷流体，管壁与
4、壳壁温差较大，流体压强不高，初步确定选用固定管板式换热器，考虑到管壁与壳壁温差较大情况，因此，换热器应安装膨胀节，进行热补偿。（2）管程安排 从流体流经管程或壳程的选择标准来看，空气宜走管程；水蒸气较洁净，不会污染壳程，所以饱和蒸汽宜走壳程，以便及时排除冷凝液。综上所述，空气走管程，饱和水蒸气走壳程。2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 管程空气的定性温度为：壳程水蒸气的定性温度为： Ts=125根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 （1）空气在42.5下的有关物性数据如下： 密度 i=1.128 kg/m3定压比热容 cpi=1.005 kJ/(kg)热导率
5、 i=0.0276 W/(m)粘度 i=0.0000191 Pas（2）饱和水蒸气在125下的物性数据： 密度 0=1.296 kg/m3比汽化热 0=2.191106 J/kg热导率 0=0.0268 W/(m)粘度 0=0.0000133 Pas 3计算总传热系数 （1）热流量kPaQT=qm1cp1(t2-t1)=20001005(60-25)/3600 =1.95W（2）冷却水用量 qm2= QT /0=1.953600/(2.191106)=32kg/h（3）平均传热温差 （4）初算传热面积 查表4-7得K值大致范围为 13300（W/m2 . K）假设K=15W/m2 . K，则估
6、算的传热面积为4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速选用192mm较高级冷拔传热管(碳钢)，因管程流体为空气，则流速范围为5-30m/s，故可取管内流速ui=18m/s。（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 按单管程计算，所需传热管长度为L=S估（3.14d0Ns）=15.59（3.140.019154）=1.70 m现取传热管长度L=1.7m，则该换热器的管程数为NP=1(管程)（3）传热管排列和分程方法 采用正三角形排列取管心距Pt=1.25 d0 =1.2519=23.75 mm 25mm隔板中心到离其最近一排管中心距离Z=Pt2+6=19mm（4）壳体内径 取，
7、按三角形排列，壳体内径为 壳程直径可选取的直径有（159 273 400 500 600 800 ）mm 故圆整可取D400mm （5）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：h0.25400100mm，故可取h100 mm。 取折流板间距B0.5DB0.510050mm，固定管板换热器B有（150 300 600）mm故可取B为150 mm。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=1700/150-1=10.3，可取11块。（6）接管 壳程流体进出口接管：取接管内饱和水蒸气流速为 u2m/s，则接管内径为 圆整后可取管内径为70mm 管程流体进出
8、口接管：取接管内空气流速 u6m/s，则接管内径为 圆整后可取管内径为80mm5换热器核算 （1）传热面积校核 壳程传热膜系数 假设Tw=120膜温t=（ts+tw）/2=(125+120)/2=122.5膜温在122.5时，密度 =943.3kg/m3导热系数 0=0.686 W/(m)黏度 0=0.0002374 Pas W/（m2）估算值与计算值相差在范围内，符合要求。壳程传热膜系数为5997 W/（m2）管程传热膜系数 管程流通截面积管程流体流速 普朗特数污垢热阻和管壁热阻查附录19得：管外侧污垢热阻 管内侧污垢热阻 管壁厚度b=0.002 m碳钢热导率为45 W/(m)传热面积S该换热器的实际传热面积S.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=1, 管子为192mm，所以Ft=1.5查表得无缝钢管绝对粗糙度0.10.2mm，取为0.1mm/d=0.1/19=0.0053由Re与/d查莫狄图得i0.031 W/m， 管程压降在允许范围之内。壳程压力降壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普朗特数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：固定管板式换热面积（m2）:5.828
