化工原理课程设计 换热器的设计

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1、.1．概述化工生产中所用的换热器类型很多。按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器。按其结构分，有列管式、板式等。不同类型换热器，其性能各异。列管式换热器是目前应用最广泛的一种换热器设备，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家已有系列化标准。列管式换热器在换热效率、紧凑性和金属消耗量等方面不及其它新型换热器，但由于它有结构牢固、适应性大、材料范围广等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中占有绝对优势。2．设计方案的确定2.1列管式换热器型式的选择本次设计任务是用25℃的自来水将甲苯从105℃冷却到60℃，两种换热流体的温差较大，故可选用浮头式换热器。浮头式换热器管束可以拉出，便

2、于清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热流体的温差较大时，不会因为管束与壳体的膨胀量不同而产生温差应力。2.2流程的选择可选水走管程，甲苯走壳程。原因：冷却水硬度较高，受热后容易结垢，在管内便于清洗，管内流体易于维持较高流速，可以避免悬浮颗粒的沉积。被冷却物料走壳程，便于散热。2.3流速的选择页.表1列管式换热器内常用的流速范围流体种类流速/（m/s）流体种类流速/（m/s）管程壳程管程壳程一般流体0.5~30.2~1.5气体5~303~15易垢流体﹥1﹥0.5表2不同黏度流体的流速（以普通钢管为例）流体黏度μ/[×10N·s/m]最大流速（m/s）流体黏度μ/[10N·s/m]最

3、大流速（m/s）＞15000.6100~351.51500~5000.7535~11.8500~1001.1﹤12.4由题意选管程流速为0.7m/s。2.4确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值壳程甲苯的定性温度T==82.5℃管程水的定性温度t==30℃根据定性温度，分别查表可得有关物性数据：物质物性甲苯（82.5℃）水（30℃）比热容c[J/(kg•℃)]19104174页.密度ρ(kg/m)808995.7黏度μ(pa•s)0.00030.000801导热系数λ[w/（m•℃）]0.1210.6173.工艺计算3.1根据传热基本方程式Q=KAΔt来估算传热面积3.11传热量

4、Q==＝3.61×10kJ/h＝1.0×10w3.12平均传热温差甲苯105℃→60℃水35℃←25℃温差70℃35℃Δt=Δ==50.5℃3.13冷却水的用量W===86488(kg/h)3.14估算传热面积取K值为420w/(m·℃)A===47.1m页.4.换热器的工艺结构尺寸计算4.1管程与管数选取Fφ25×2.5n===109.8取110（根）4.2管长的确定传热管长度L===5.45m取管长=3mN=(管程)传热管总根数N=110×2=220(根)4.3平均传热温差校正R=P=查表可得εΔt=0.964.4采用三角形排列，取管心距a=1.25d则：a=1.25×25=31.25

5、≈32mm横过管中心线管数b=1.1=1.1×=16.3取174.5壳体内径采用多管程结构，壳体内径应等于或稍大于关闭的直径：式中D——壳体内径,mm；页.a——管心距，mm；b——最外层的六角形对角线上的管数；e——六角形最外层管中心到壳体内壁距离，一般取e=(1~1.5)d，取32mm。圆整可取D=600mm（4~10）4.6折流板采用方形折流板，取方形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25600=150mm取折流板间距B=0.3D=0.3×600＝180mm取200mm折流板数N=传热管长/折流板间距－1＝查表得拉杆直径为12mm，拉杆数为4。5.换热器的校

6、核计算5.1壳程对流给热系数α当量直径，由正三角形得：d==0.02m壳程流通面积：=BD(1－)=0.2×0.6×（1－）=0.0263m页.壳体流速及其雷诺数：u=/sRe=普兰特准数：Pr=5.2管程对流给热系数S=u=Re=Pr=5.3传热系数K页.（1.15~1.25）5.4传热面积S换热器面积：S=该换热器的实际面积S=(1.1~1.3)5.5换热器压降的计算5.51管程压降式中——分别为直管及回管中因摩擦阻力引起的压强降；——结垢校正因数，量纲为1，对的管子，取1.4；——管程数；——串联的壳程数。查表得=（1317.3+731.8）×1.4×1×2=5737.48Pa﹤35

7、kPa页.5.52壳程压降——流体横过管束的压强降，Pa——流体通过折流板缺口的压强降，Pa——壳程压强降的结垢结垢校正因数，量纲为1，液体可取1.15。式中——管子排列方法对压强降的校正因数，对正三角形排列F=1.15——壳程流体的摩擦系数，当Re>500时,;——横过管束中心线的管子数;——折流挡板数;——折流挡板间距，m;——按壳程流通截面积计算的流速,m/s。而页.=(6848.7+4659.0)壳程流动阻力也比