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1、列管式换热器设计说明书设计者：班级：姓名 ：学号 ：日期 ：指导教师设计成绩 日期目录一、方案简介3二、方案设计41、确定设计方案42、确定物性数据43、计算总传热系数44、计算传热面积55、工艺结构尺寸56、换热器核算7三、设计结果一览表10四、对设计的评述11五、附图（主体设备设计条件图）（详情参见图纸）六、参考文献12七、主要符号说明12附图一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给硝基苯降温。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。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洗,复合实际需要等原则。换热器分为几大 类：夹套式
2、换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器, 板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管 式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、 操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为 设计基础。、FL、一、万案设计某厂在生产过程中，需将硝基苯液体从93C冷却到50C。处理能力为1X105吨/年。 冷却介质采用自来水，入口温度27C，出口温度37C。要求换热器的管程和壳程的压降不 大于10kPa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按300天，每天24小时
3、连续运 行）一年的工作日一般 300340天。可以自行 选定。1.确定设计方案出口水温是可以自行改动的。（1）选择换热器的类型冷却水温差最好在510C两流体温度变化情况：热流体进口温度93C，出口温度50C冷流体。冷流体进口温度27C，出口温度37Co 从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选 用固定管板式换热器。二;管内流体流态最好完全 湍流。Re10000, d=0.02, 口=0.001,P =1000，故 u.0.5m/ si（2）流动空间及流速的确定流程安排说理要充分。 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷却水走管程，硝基苯走壳程。另外，这样的选择可
4、以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用巾25 X2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/S。2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。93+50T = p=71.5C壳程硝基苯的定性温度为：2管程流体的定性温度为:27+37=32C2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。硝基苯在71.5C下的有关物性数据如下：冷却水在32C下的物性数据：密度P i=994.3kg/m3定压比热容cpi=4.24 kJ/(kgC)导热系数入i=0.618 W/(mC)粘度ui=0.000818 Pas冷却水的定性温度，会随前面 的出口温度变化而变化
5、密度 定压比热容 导热系数 粘度Po=1154 kg/m3 cpo=1.558kj/(kg C) 入 o=418.4X30.9X10-5 = 0.129 W/(m C) 卩 o=0.000979 Pa s3计算总传热系数(1)热流量Wo=lX105X1000F300三2413889kg/hQo=WocpoA to=13889X 1.558X(93-50)=930479.7 kJ/h=258.5 kW2)平均传热温差At AtAt 二 12mAtIn iAt2(3)冷却水用量(93 - 37) - (50 - 27)1 93 - 37ln50 - 27沁 37.1C注意At的计算。特别是各个温度
6、 m在公式中的位置。最好绘制计算草 图。QW 二o-i c A tpi i930479.74.24 x(37 - 27)二 21945.3kg / h(4)总传热系数K 管程传热系数du.P.iii0.02 x 0.5 x 994.30.000818二12115a 二 0.023i纭空上)0.8(CpA ).4d 卩九i ii此处可以直接假设K值是 多少，无需做复杂的运二 0.023 x也x 121150.8 x( 424x 103 x00008180.02 0.618)0.4=2618.2W/(m - C)(5)壳程传热系数假设壳程的传热系数a o=290 W/(m2 C)；污垢热阻 Rsi
7、=0.000344 m2 C/W , Rso=0.000172 m2 C/W 管壁的导热系数入=45 W/(mC)+R do + 畀+R +丄a d i dAdso ai iimo2618.2 x 0.020 +0-000344 40.025 +0.020 十0.0025 x 0.02545 x 0.0225+0.000712+1290二 400W/(m - C)4、计算传热面积S 二KAtm285.5 x 103400 x 37.1注意后面的校核，分别针 二 19.24m2对 K 值/裕度。考虑 15%的面积裕度，S=1.15XS=1.15X 19.24=22.12m2 5、工艺结构尺寸（1
8、）管径和管内流速及管长选用巾25X2.5传热管（碳钢），取管内流速ui=0.5m/s，选用管长为3m。 /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A 22.12N 二一二二 94根s 兀d l 3.14 x 0.025 x 3o按单程管计算其流速为管长是受限制的，1.0/1.5/2.0/3.0/6.0m。 经过一般初算后，基本可 以确认管长。u = W3600 x Z = 21945.3/(3600 x=0.21m / s兀d2n3.14 x 0.022 x 9444管内流速大于0.5m/S为佳。接近0.5m/s 也可。按单管程设计，流速过小，宜采用多管程结构。则该换热器管程数
9、为（管程）传热管总根数N=94 （根）/3）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R _ 注 _ 56 _ 2.4350 - 2723p _ 4 _ 23 _ 0.4193 - 37566_ 0 90按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得 At平均传热温差At _6 -At _ 0.90x37.1 _ 33.39C mA tm/4)传热管排列和分程方法注意：管心束17时，排管 数的计算，必须加上弓形位 置的管数。参见书中表格。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=1.25 dO,则 t=1.25X25=31.2532(mm)横过管束中
10、心线的管数N = 1.94 = 10.7 沁 11根C中心管束排列11根管，即正六边形可排5层。则实际排管数设为102根，其中4根拉杆， 再扣除11根中心管束(隔板占据)则实际换热器为87根。排管数的计算：1+ (l+2+3+4+5)X6=91 此处计算有误。按照管心束13计算：1+(1+2+3+4+5+6) X6=127 127-4-13=110 根。(5) 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n=0.7，则壳体内径为 n 98D = 1.05t= 1.05 x 32= 389.4mm耳0.7圆整可取D = 400mm(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25%,则
11、切去的圆缺高度为h=0.25 X400= 100mm，故可取 h=100 mm。取折流板间距B = 0.5D，则B = 0.3X400 = 200mm，可取B为200。折流板数目与壳程接管位 置密切相关。最好是奇数。折流板数NB=传热管长/折流板间距-1=3000/200-1=14(块) 折流板圆缺面水平装配。-(7) 接管壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为u=1.0 m/s，则接管内径为:亘4x I3889/(3600 xI154). 0.065m3.14 x 1.0标准管径DN用于编号，与 实际的管径并不一致。取标准管径DN60为65 mmX3mm。管程流体进出口接管：取接管内冷却水
12、流速u=1.5 m/s，则接管内径为d壬墜!国凹亘二0.072m23.14 x 1.5取巾76mmX6.5mm无缝钢管。6换热器核算(1)热量核算 壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用凯恩公式)0.14九=0.36一 Re 0.55Pr”3( d oe当量直径，由正三角形排列得. 3 n3n4(12 - d2) 4( x0.0322 - 0.0252)d 二 二4二 0.020mend3.14 x 0.025o壳程流通截面积So 二 BD(1 -牛心 2 X 0.4 小牆心 0.0175m壳程流体流速及其雷诺数分别为13889/(3600 xll54)0.0175=0.191m/sReo00
13、2 X 竺1154 = 45030.000979普兰特准数Pr1.558 x103 x 0.0009790.129=11.8)0.14 沁 1 粘度校正w0.129a = 0.36 XX 10632.40.55 x 11.81/3 x 1 = 866.6W / (m2 C)o0.02管程对流传热系数九a = 0.023 Re0.8 Pr0.4idi管程流通截面积S = 0.785 x 0.02 2 x98/2 = 0.0148m2 i管程流体流速21945.3 /(3600 x 994.3)0.0148= 0.414m/sRei0.02 x 0.414 x 994.30.000818=10064.6普兰特准数4.24x103 x0.000818Pr = 5.60.618ai = .023x黑x 108910.8 x5皿=2402站/(m2 C)传热系数KK =-丄+R do +件+R +丄 a d i d九dso ai i i mo10.025+0.000344 x 0025 + 0.0025 x 0.025 +0.000712+-2402.3 x 0.0200.02045 x 0.0225866.6=347.5W/(m2 C)与假定的K值相差13%,可以接受计算结
