换热器设计化工原理

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1、目录一、方案简介1二、方案设计21．确定设计方案22、确定物性数据33．计算总传热系数34、换热器核算65、换热器内流体的流动阻力8三、换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：9四、对设计的评述10五、参考文献11六、主要符号说明1111一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给煤油降温。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

2、，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。二、方案设计某厂在生产过程中，需将煤油液体从140℃冷却到40℃。处理能力为1.8×105吨/年。冷却介质采用自来水，入口温度26℃，出口温度40℃。要求换热器的管程和壳程的压降不大于100kPa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按300天，每天2411小时连续运行）1．确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温

3、度140℃，出口温度40℃冷流体。冷流体进口温度26℃，出口温度40℃。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。（2）流动空间及流速的确定从两物流的操作压力看，应使煤油走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，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贱，所以从总体考虑，应使循环水走管程，煤油走壳程。选用ф25×2.5mm的碳钢管，管内流速取ui=5.5m/ｓ。2、确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程煤油的定性温度为：管程流体的定性温度为：根据定性温度，分别查取壳程和管程流体

4、的有关物性数据。煤油在90℃下的有关物性数据如下：   密度        ρ0＝825kg/m311定压比热容   Cp0＝2.22kJ/kg℃热导率       λ0＝0.14W/m℃粘度         μ0＝7.15×10-4Pa﹒s冷却水在33℃下的物性数据：密度　　ρi=994.3kg/m3定压比热容　cpi=4.174kJ/(kg·℃)导热系数　　λi=0.618W/(m·℃)粘度　　　　μi=0.000818Pa·s3．计算总传热系数（1）热流量Wo=1×1.8×105×1000÷300÷24=25000kg/hQo=WocpoΔto=25000×2.

5、22×(140-40)=5550000kJ/h=1541.7kW（2）平均传热温差（3）冷却水用量(4)计算传热面积求传热面积需要先知道K值，根据资料查得煤油和水之间的传热系数在350W/(㎡.℃)左右，先取K值为300W/(㎡.℃)计算11由Q=KA△tm得=㎡（5）工艺结构与尺寸1．管径和管内流速选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=5.5m/s。2．管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数Ns=按单程管计算，所需的传热管长度为L=按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=3m

6、，则该换热器的管程数为Np=传热管总根数Nt=16×31=4963.平均传热温差校正及壳程数R=P=按三壳程结构得：平均传热温差℃11由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取三壳程合适。4.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,隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25d0，则t=1.25×25=31.25≈32㎜隔板中心到离其最.近一排管中心距离按式（3-16）计算S=t/2+6=32/2+6=22㎜各程相邻管的管心距为44㎜。管束中心线上的管数Nc=1.1≈11壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η=0.75，则壳体

7、内径为：D=t(Nc-1)+2×1×d0=500按卷制壳体的进级档，可取D=500mm6．折流板采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为：H=0.25×400=100m，故可取H=100mm取折流板间距B=0.3D，则B=0.3×1100=330mm，可取B为330mm。折流板数目NB=4、换热器核算（1）壳程表面传热系数用克恩法计算得：11当量直径：=壳程流通截面积：壳程流体流速及其雷诺数分别为：普朗特数：粘度校正：（2）管内表面传热系数：管程流体流通截面积：管程流体流速：11普朗特数：（3）污垢热阻和管壁热阻：管