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1、化工原理课程设计设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计目录（一）综述21. 换热器类型22. 换热器的主要用途 2（二）课程任务设计书31. 设计题目32. 设计条件3（三）设计方案简介41.流动空间的确定42.定性温度43. 水和煤油的物理性质4）计算总的传热系41.热流量及温度计算2.平均温度校正53确定总的传热系数K 5估4选择换热器类型5（五）换热总传热系数核算1壳程对流传热系数2. 管程对流传热系数73. 污垢热阻84传热系数K8（六）计算传热面积裕度81换热器实际面积82面积裕度8（七）核算压强降81管程压力降的核算82壳程压力降核算9（八）设计结果总览11（九）实验心得1
2、1（十）参考文献12（一）综述换热器的分类与比较，根据冷、热流体热量交换的原理和方式，器基本上可分为三 大类即间壁式混合式和蓄热式，其中间壁式换热器应用最多,所以主要讨论此类换热器。1换热器的主要类型表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热 和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他 型式的换热器。蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热 介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热 量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。流体连接
3、间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的 换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温 流体换热器把热量释放给低温流体。直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝 器等。2换热器的用途加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。过热器过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。3换热器的结构类型可分为：浮头式换热器、固定
4、管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器想适应的形状并沉浸在容器内的液体中。 蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀性材料制造；其缺点是容器内 液体湍流程度低，管外对流传热系数小。套管式换热器套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接称为同心圆的套管，外面的叫壳程 内部的叫管程。两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动（或同向）以达到换热的效果。列管式换热器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
5、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 。列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分， 主要有以下几种：a. 固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖， 顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子 和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与 壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭
6、弯或使 管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。b. 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。c. 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
7、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，适用于高温高压条件。（二）课程设计任务书1题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计2设计条件：处理能力1.188 x 105吨/年煤油设备型式列管式换热器操作条件a. 煤油：入口温度120C,出口温度50Cb. 冷却介质：自来水，入口温度15C,出口温度45Cc. 允许压强降：不大于1.5x105Pa 每年按330天计，每天24小时连续运行（三）设计方案简介：1流动空间的确定从增加两物流的传热膜系数看，应使煤油走管程，冷却水走壳程。但由于冷却水较易结垢，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；又被冷却的流体宜
8、走壳程，便于散热。所以从总体考虑，应使冷却水走管程，煤油走壳程。选用25x2.5的碳钢管2、定性温度:可取流体进口温度的平均值作为定性温度T + T _120 + 50壳程煤油的定性温度：T =2=85C管程冷却水的定性温度：:=今=字=30 C 3水和煤油在定性温度下的物理性质（查工程常用物质的热物理性质手册）密度c(kg / m3)比热容Cp (kJ / kg C)热导率入W （mC）黏度u(PaS)水（35C）995.74.1740.617680.07x10-5煤油（85C）8122.080.141-30.82x10(四) 计算总传热系数1热流量及温度计算热流量Q= q c (T -T
9、) = q c (t -1) = 15000% 2.08x103x(120-50) =606666.67 m1 p1 1 2m 2 p 2 2 13600冷却水的流量：q,m 2=占=41606务=丽盹/hpl 21计算两液体平均温度At11 2=120 - 45 = 75 oCAt = T t = 50 15 = 35 C2 2 1At逆 =At At。12 = 52.48 CAt、CIn丄At22平均温度校正120 - 5045 15=2.33t t45 15P = -55 = 0.286T t 120 151 11-2折流和1壳程沢4：、.日管程该换热器是单壳程，双管程，由图可知校正系数
10、申=0.94AtAt =申.At= 49.33 c。mAtm 逆3确定总的传热系数K估初选换热器规格，根据的流体情况，假设K = 345w /(m2 - C) 估QkAtm606666.67345 x 52.48=33.5 m 24.选择换热器类型m n呼-宁=55c g需要考虑热补偿。采用浮头式 换热器。根据换热面积的需要选择下面类型的浮头式换热器（图附在最后）壳径/mm500管子规格/mm0 25 x 2.5公称压强/MPa1.5x10人5管长/m4.5计算传热面积/m?40.1管子总数116管程流通面积/0.0091管子排列方式正方形旋转45。中心管数9（五）换热总传热系数核算1壳程对流
11、传热系数流通截面积采用组合排列发，既每管程内均按正三角形排列，隔板两侧采用方形排列，取管心距t=1.25 J贝0 t 二 1.25d x 25 沁 32 mm =0.032m取折流挡板间距B=0.4D ,则B=0.4x 0.5=0.2mm，则流体通过的最大截面积A=BD(1-d0)=0.2x0.5(1- .25 )=0.02188m2t0.032当量直径4x (空12-d 2)4x (仝0.0322 -0.785x0.0252)d =24 0=2=0.020me血3.14 x 0.0250壳程内流体流速qml二 4.17kg/s1.188 x1083600 x 24 x 3304.17U 0
12、=仕=812 x .2188 =0.23m/S 雷诺系数R 二 dUA = 0.02 x 0.23 x 812 =4555e 巴0.82 x 103 普兰特数Pr= cp0 巴=2.08 x 103 x 0.82 x 10-3 =12.1 九0.141 黏度校正 由于壳程煤油是被冷却的，所以取（比）0.14 =0.95w 对流传热系数a0对于圆缺型挡板壳程，且2000Re=45551 x 106，选择公式:小九丄 Ua = 0.36 Re 0.55 Pr 3 ( 4)0.140 d 0卩e0w=0.366 0141 X 455血5 X 12j3 X .95=564w/（m2 聘C）2管程对流传
13、热系数查表得换热器管程面积A =0.0091m 21管程流速u =_qm =17441.3=0.535m/si p A 3600 x 995.7 x 0.00911 1雷诺系数d =（0.025-0.0025x 2）=0.02m1Re = d 卩件=0.02 x 995.7 x 0.535 =133161 片0.8007 x 10-3普朗特数Pr = cp1 片=4.174 x 103 x 0.8007 x 10-3 =5.41 1 珀0.6176对流传热系数a1九0 6176a =0.023-1 Re 0.8 Pr 0.4 =0.023x x 133160.8 x5.410.4 =2780
14、w/（m2。C）1 d 110.0213污垢热阻查阅得自来水的污垢热阻Rs严顺如2 -c/w煤油的污垢热阻Rs =0.00017179m 2 c/ w04传热系数K计采用碳钢材质的管子，管壁厚度：b = 0.0025m 则查资料其热传导系数:九=45 w /(m - c)1b d d 1 d+ Rs + o + Rso +0d0 九 d1 d Q d0 1 111564+ 0.00017179 +0.0025 0.025450.022+ 0.00034 x 0025 +0.0210.0252780 0.02= 347w/(m 2 .oC)（六）计算传热面积裕度1换热器实际换热面积S = = 606666.67 =33.3m 2 实 k At347 x 52.48计 m2计算面积裕度查选择的换热器的参数表得，换热器的换热面积S广40加2S - S 40 1 - 33 3 耳实=-x 100% =20.4%25%S33
