[工学]化工原理课程设计之列管式换热器设计步骤

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1、列管式换热器设计化工原理课程设计24八月20211设计题目拟用200KPa的饱和水蒸气将常压下20℃的苯加热到80℃苯的质量流量为40t/h试设计一列管式换热器已知仓库中现有Φ25×2.5mm，长6m的碳钢钢管2021/8/242设计内容设计说明书布管图187169114装配图1871692021/8/243设计说明书封面目录设计任务书前言设计计算过程附表及相关机械元件尺寸设计说明2021/8/244设计步骤一、确定定性温度、物性数据二、换热器的类型及流体走向三、工艺计算四、换热器尺寸的初步确定五、校核计算六、进出口管径七、

2、校核流体压力降2021/8/245一、确定定性温度、物性数据苯的物性数据t1、t2、tm、ρ２、CP2、μ2、λ2水蒸汽的物性数据Ts、ρ１、γ１同温度下水的物性ρ、μ、λ2021/8/246二、换热器的类型及流体走向卧式固定管板式换热器水蒸汽走壳程，苯走管程不需要进行热补偿不需要加折流挡板2021/8/247三、工艺计算1、热负荷即传热速率Q2、平均温度差Δtm3、选K值，估算传热面积A初2021/8/2481、热负荷即传热速率Q2021/8/2492、平均温度差Δtm由于水蒸汽侧的温度不变，因此可以把两流体的平均温度差看

3、作是逆流来计算（双管程）2021/8/24103、选K值，估算传热面积A初根据条件K值在580～1160W/m2·℃（K＝680W/m2·℃）选用安全系数Φ＝1.15～1.25A初＝ΦA’2021/8/2411四、换热器尺寸的初步确定确定管程结构尺寸壳程设计数据换热器长径比2021/8/24121、确定管程结构尺寸管子规格初步设计总管数校核流速、确定管程管间距及排列方式2021/8/2413（1）管子规格库存Φ25×2.5mm，L＝3.0m的光滑碳钢钢管取管内苯的流速为u0（0.60m/s）——苯系易燃易爆物流速一般低于1m

4、/s2021/8/2414（2）初步设计总管数n”根———三角形排列管数，3a2+3a+1圆整n”2021/8/2415127布管图2021/8/2416169布管图2021/8/2417187布管图2021/8/2418（3）校核流速、确定管程管程（一般双管程）2021/8/2419（4）管间距及排列方式管间距t＝（1.25～1.3）d0采用三角型排列根据总管数n”确定层数a，是否弓形排管，确定NT最外层六角形对角线上管数NTb＝2a+1采用胀管法排列2021/8/24202、壳程设计数据壳体内径D＝t（NTb－1）+2b

5、’t－管间距NTb－最外层六角形对角线上管数b’－六角形最外层管中心到壳体内壁距离，取b’＝（1～1.5）d0壳体内径标准圆整到ΦD×δmm2021/8/2421中心拉杆n3根直径Φ12mm双管程隔板少排NTb根实际管数n＝NT－NTb－n3双管程，每程n/2根排列管子实际流速u，与初设苯流速u0校核2021/8/24223、换热器长径比确定长径比的取值范围2021/8/2423五、校核计算1、校核总传热系数K值2、校核壁温TW3、校核传热面积A2021/8/24241、校核总传热系数K值管内对流传热系数α2管外对流传热系数

6、α1污垢热阻及管壁热阻2021/8/2425（1）管内对流传热系数α2被加热2021/8/2426（2）管外对流传热系数α1n为水平管束垂直列上的管数弓形排管n＝8，弓形不排管n＝7假设管外壁温TW（115.6℃）2021/8/2427（3）污垢热阻及管壁热阻苯侧污垢热阻RS2＝1.76×10-4m2·℃/W蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小，水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计，碳钢钢管的导热系数λ＝45W/m2·℃2021/8/2428（4）校核K值以外表面计算：计算K值与原设值K初比较使相对误差<5%2021/8/24292、校核壁温

7、TW结果与原假设值TW校核——（TW＝115.6℃）2021/8/24303、校核传热面积A水蒸汽侧Ts不变，一壳程双管程换热器平均温度差与逆流平均温度差相等。2021/8/2431实际所需面积实际提供面积余度2021/8/2432六、进出口管径苯进口管、出口管水蒸汽进口管径冷凝水排出口2021/8/24331、苯进口管、出口管取进口流速u1＝1m/s进口直径选用无缝热轧钢管（YB231-64）（Φ150×4.5mm，长200mm）2021/8/24342、水蒸汽进口管径蒸汽用量—富裕量3％蒸汽体积流量V＝Gν取蒸汽流速u’

8、＝20m/s选用无缝热轧钢管（YB231-64）（Φ219×6mm，长200mm）2021/8/24353、冷凝水排出口选用水煤气管Φ42.25×3.25mm，长100mm2021/8/2436七、校核流体压力降管程总压力降壳程压力降壳程是饱和水蒸汽冷凝，阻力很小，不校核其压力降。2021