浮头式换热器设计

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1、大学生物工程专业《化工原理课程设计》说明书题目名称浮头式换热器的设计专业班级学号学生姓名指导教师2012年06月08日目录1、设计方案12、衡算12.1确定设计方案12.1.1换热器的类型12.1.2管程安排12.2确定物性数据12.3估算传热面积22.3.1热负荷22.3.2热流体用量22.3.3平均传热温差.22.3.4初算传热面积22.4换热器工艺结构尺寸设计32.4.1管径和管内流速32.4.2管程数和传热管数32.4.3平均传热温差校正32.4.4传热管排列42.4.5壳体直径42.4.6折流板42.4.7接管43、换热器核算53.1传热面积校核53.1.1管

2、程传热膜系数53.1.2壳程传热膜系数53.1.3总传热系数63.1.4传热面积校核73.2换热器内压降的核算73.2.1管程阻力73.2.2壳程阻力84、设备选型84.1管子排列方式的选择84.2折流板的选择94.3除污垢措施的选择94.4材料的选择95、附录及图表106、设计总结117、参考文献12-11-1、设计方案在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛地使用各种换热器，且他们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%-20%。在某工厂的生产过程中，因生产需要，需用水回收甘油的热量。已知水将甘油从120℃冷却至50

3、℃，且甘油的压力不大于0.1MPa。水的流量为50m3/h，水的入口温度为28℃，出口温度为78℃，压力不大于0.1MPa，请设计一台换热器能完成上述任务。2、衡算2.1确定设计方案2.1.1换热器的类型两流体的温度变化情况：水的进口温度28℃，出口温度为78℃；甘油的进口温度为120℃，出口温度为50℃，本组为浮头式换热器。2.1.2管程安排对于一般压力较高的流体流经管内，因为管子直径小，承受高压能力好，所以水走管程，又被冷却物料一般走壳程，便于散热，所以甘油走壳程。2.2确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进、出口温度平均值。故壳程

4、甘油的定性温度为℃管程流体的定性温度为℃在定性温度下，分别查取管程和壳程流体(水和甘油)的物性参数，见下表：表1冷热流体的物性参数物质密　　　度(kg/m3)比热容(kJ/kg·℃)黏　度(Pa·s)导热系数(W/m·℃)甘油水810985.62.224.1760.9×10-3509.6×10-60.1865.4×10-22.3估算传热面积2.3.1热负荷（忽略热损失）　　-11-KJ/hkW2.3.2热流体用量（忽略热损失）kg/h2.3.3平均传热温差先按纯逆流计算，得℃2.3.4初算传热面积参照列管式换热器中K值大致范围表[1],可假设K=350W/(m2·℃)则

5、估算的传热面积为m22.4换热器工艺结构尺寸设计2.4.1管径和管内流速参照列管式换热器内常用的流速范围表[3]，取管内流速为m/s，并取=24管径用下式计算mm又由于考虑到市场上管径的一般规格大小，所以我们选用30×1.0mm的管子。利用试差法，计算管内流速为：m/s2.4.2管程数和传热管数由于=24，按照单管程，所需的传热管长度为m按照单管程设计，由于传热管太长，故宜采用多管程设计。根据实际情况，采用非标准管长设计，取传热管长m，则该换热器的管程数为-11-传热管总根数2.4.3平均传热温差校正平均温差校正系数计算如下按单壳程，双管程结构，查阅温度差校正系数值的表

6、[2]，查得平均传热温差（℃）由于平均传热温差校正系数大于0.8，故可以采取单壳程合适。2.4.4传热管排列采用组合排列法，每管程内采用正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距,则mm隔板中心到离其最近一排管中心距离mm各程相邻管的管心距为50mm。2.4.5壳体直径采用多管程结构，壳体直径按式mm可取mm2.4.6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体直径的30%，则切去的圆缺高度为mm取折流板间距，则mm折流板数目2.4.7接管壳程流体进出口接管：取接管内液体流速为m/s，则接管内径为m圆整后可取管内径为D1=54mm，根据试差法计算管内液体流速为-

7、11-m/s管程流体进出口接管：取接管内流体流速m/s，则接管内径为m圆整后可取管内径为=85mm，根据试差法计算管内液体流速为m/s3、换热器核算3.1传热面积校核3.1.1管程传热膜系数按照下式进行计算管程流体流通截面积m2m/s普朗特数W/(m2·℃)3.1.2壳程传热膜系数用下式计算管子是按照正三角形排列，传热当量直径为-11-m壳程流通截面积为m2壳程流体流速及其雷诺数分别为m/s普朗特数黏度校正W/(m２·℃)3.1.3总传热系数首先对于污垢热阻和管壁热阻，参照壁面污垢热阻的数值范围表［１］，管外侧污垢热阻(m２·℃)/W管内