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1、南京工程学院化工原理课程设计报告书课程名称：化工原理课程设计B课题名称：多管程列管式换热器的设计院（系、部）：环境工程系专业：环境工程班级：环境111姓名：王志远学号：216110127起止日期：2013-12-2 2013-12-13指导教师：李乾军目录前言1一、符号说明：21、物理量（英文字母） 22、物理量（希腊字母） 2二、设计目的3三、参数与条件设置31、已知参数 32、设计条件 3四、设计计算41、确定设计方案 4、选择换热器的类型4、流动空间及流速的确定42、确定物性数据 53、计算总传热系数 5（1）、热流量5（3）、冷却水用量6（4）、总传热系数 K 64、设计传热面积 7五
2、、工艺结构尺寸71、管径和管内尺寸 72、壳程数和传热壳数 73、平均传热温差校正系数 84、传热管排列和分程方法 85、壳体内径 86、折流板 97、接管 9六、换热器核算101、热量核算 10（1）壳程对流传热系数，10（2）管程对流传热系数11（4）、传热面积122、换热器内流体的流动阻力 12（1）、管程流动阻力12（2）、壳程阻力 13（3）、总阻力 13七、设计总结15八、参考文献 16前言换热器是一种实现物料之间的热量传递的设备，广泛应用与化工， 冶金，电力，食品等行业。它不仅可以单独作为加热器，冷却器等使 用，而且是化工单元操作的重要附属设备。在化工装置中换热设备占 设备数量的
3、 40%左右，占总投资的35%46%。目前在换热设备中，使用量最大的是列管式换热器，尤其在高温高 压和大型换热设备中占有绝对优势。一般来说，列管式换热器有易于 加工制造，成本低，可靠性高，而且能适应高温高压的特点。随着新 型高效传热管的不断出现，使得列管式换热器的应用范围得以不断夸 大。列管式换热器在化工生产中主要作为加热（冷却）器，蒸发器， 再沸器及冷凝器使用。固定管板式换热器即两端管板和壳体连接成一体，因此它具有结构 简单和造价低廉的优点。但由于管板和壳体间结构的原因，使得管外 侧不能进行机械清洗，因而多用于壳侧流体清洁，不易结垢或污垢容 易化学处理的场合。当管壁于壳壁温度相差较大时，由于
4、两者的热膨 胀不同，产生很大的温差应力，以至于管子扭曲或使管子从管板上松 脱，以致毁坏整个换热器，因此，一般管壁和壳体的温度相差50C 以上时，换热器应有温度补偿装置。一、符号说明：1、物理量（英文字母）B 折流板间间距 mC定压比热容kj/（kg C） pd 管径 mD 换热器内径 mf 摩擦因数F 系数G 重力加速度 m/s2P 压力 pan 指数N 管数S传热面积m2t 管心距 mu 流速 m/s2、物理量（希腊字母） 有限差值入导热系数w/（m C）P 密度kg/m3|J 粘度Pa sa 对流传热系数W/（m2t）下标 O 管外 m 平均二、设计目的通过课题设计进一步巩固课程所学内容，
5、培养学生运用理论知识进 行化工单元过程设计的能力，使学生能够系统的运用知识。通过本次 设计，学生应该了解设计的内容，方法和步骤，使学生具有调研技术 资料，自行确定设计方案，独自设计计算，准确绘制图样，编写设计 说明。三、参数与条件设置1、已知参数（1）热流体（油）：Tl=130c T2=50cWh=6000kg/h（2）冷流体（水）：11=30C 12=40 C 压力 0.4MPa2、设计条件管程数： 2压力降： p10100kPa （液体）110 kPa （气体）雷诺数：Re500020000 （液体）10000100000 （气体）流动空间管材尺寸：0 25mmX2.5mm管内流速：0.5
6、0m/s传热管排列方式：正三角形排列 传热面积裕量 S： 20%传热管长 L： 3折流挡板切口高度与直径之比： 0.30管壁内外污垢热阻：自选设计计算1、确定设计方案、选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体（油品）进口温度130C，出口温度 50C，冷流体（水品）进口温度30C，出口温度40C。该换热器用 循环水冷却，冬季操作时进口温度会减低，考虑这一因素，估计该换 热器的的管壁温和壳体壁温和壳体之差较大，因此初步确定选用带膨 胀节的固定管板式换热器。、流动空间及流速的确定油品走壳程，水品走管程。选25mmX2.5mm的碳钢管，管内流速 取0.50m/s。壳程流速0.3m/s2、确定物性数
7、据定性温度：可取流体进口温度的平均值。油的定性温度为T=(130+50)2=90 C水的定性温度为T=(30+40)/2=35 C根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。油在90C下的有关物性数据如下：密度p =825 kg/m3o定压比热容 Cp =2.22Kj/(kg C)o导热系数 入=0.140 W/(mC)o粘度p =0.715X10-3 Pa so水在35C下的物性数据：密度p =994 kg/m3i定压比热容Cp=4.08KJ/(kgC)i导热系数入=0.626 W/(mC)i粘度p=0.725X10-3 Pa si3、计算总传热系数(1) 、热流量Q=wcpt=60
8、00X2.22X(13050)=1065600 kJ/h =296000Kw/h O O O O(2) 、平均传热温差 t，=( t + t )/(lnA t / t ) = (13m 1 2 1 240)+(3050)/1.5=47 C3）、冷却水用量W=Q/(c t )=1065600/(40 30)X4.08)=26118 kg/hi O pi i4）、总传热系数 K. 管程传热系数Re=du p /J =0.02X0.5X994/0.0007=13170i i i ic 卩4.08 x 103 x 0.725 x 10-3pr = i i 4.725九0.626ia =0.023入 /
9、d (du p /p )o.8(c |J /入i i i i i i i p i=0.023X (0.626/0.02)(Re)0.8(pr)0.4)0.4i=2733w/(m? C)II.壳程传热系数du p 0.025x0.3x825Re 0 0 0 =8653.8卩0.713 x 10-30c 卩2.22 x 103 x 0.715 x 10-3pr 二 0 0 二二 11.3九0a = 0.023 x 件(Re、8 x (prk = 0.023 x 0.14 0d0.02500.14x(8653.8、8 xGlE = 479.6污垢热阻 R 二0.000172 m?C/w R 二0.0
10、00344 m?C/wsi管壁的导热系数入=45 w/(C)so换热器列管的平均直径d = 0.025 + 0,02 二 0.0225m m2d0-a dii+Rsi dbdIds01+ -a010.0252733 x 0.02 =311.43 w. n+0.000172x2 C)0.0250.020.0025 x 0.02545 x 0.0225+0.000344+1479.64、设计传热面积S =Q/(KA t)=296000/(311.43X4.7)=21考虑 20%的面积裕面S=1.20XS，=21X1.20=25.2五、工艺结构尺寸1、管径和管内尺寸选用0 25mmX2.5mm的碳钢
11、管，管内流速取0.50m/s2、壳程数和传热壳数依据传热管内径和流速确定单程传热管数V26118(994 x 3600)中n 二二二 47 根s 兀力0.785 x 0.022 x 0.5d 2 u4 i按单程管计算，所需的传热管长度为兀d n0s=6.8m3.14 x 0.025 x 47按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。取传热管长25.2L=3m，换热器管程数位2,则n = 111根s兀d L 3.14 x 0.025 x 30则每层的管道数n=lll三2=56根0.785 x 0.022 x 56管内流速u 二厶二 26118 仙x360）二 0.415msi 兀 d 2 n
12、4is3、平均传热温差校正系数R 二 130 - 50 二 840 - 30P 二 40 - 30 = 0.1130 - 30根据R=8, P-0.1，按单壳程，双管程结构，温差校正系数查有关图表，得申二0.94AtAt 二申 At二 0.94 x 47 二 440C mAt4、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，隔板两侧采用正三角形排列。取管心距t=1.25d，则t=1.25X25=31.25=32mm横过管束中心线的管数n = 1.h，N = 1.1 x TH 沁 12 根c5、壳体内径采用多管程结构，取管板利用率耳二0.7，则壳体内径为D 二 1.05冷咲=1.
13、05 x 32j%7 二 423mm圆整可取 D=450mm6、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20%，则切去的圆缺高度为h=0.2X450=90mm，故取h=90mm取折流板间距 B=0.3D，则 B=0.3X450=135mm折流板数Nb =折流板间距-1 =辔-1 = 20块折流板圆缺水平装配7、接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速u=1.0 m/s，则接管内I4 X 600%600 x 825)o O50.05m3.14 x 1.0取标准管径为 50mm管程流体进出口接管：取接管内水流速u=1.5 m/s，则接管内径4 x 26118为d飞鴛补3.1豐X 4)= 0079m取标准管径为 80mm六、换热器核算1、热量核算（1）壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式0.14九a = 0.36Re0.55 Pr0de当量直径，心3j 12 - d 24x 0.0322 - 0.785 x 0.025224 02V丿V丿由正三角形排列得43.14 x 0.025兀d0=0.02m
