列管式换热器课程结构设计

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1、列管式换热器课程结构设计一、化工原理课程设计任务书某生产过程中，需用循环冷却水将有机料液从102℃冷却至40℃。已知有机料液的流量为（2.5－0.01×24）×104=2.26×104kg/h，循环冷却水入口温度为30℃，出口温度为40℃，并要求管程压降与壳程压降均不大于60kPa，试设计一台列管换热器，完成该生产任务。已知：定性温度下流体物性数据物性流体密度kg/m3粘度Pa·s比热容CPkJ/（kg·℃）导热系数W/（m·℃）有机化合液9860.54*10-34.190.662水9940.728*10-34.1740.626注：若采用错流或折流流程，

2、其平均传热温度差校正系数应大于0.8。二、确定设计方案1.选择换热器的类型两流体的温度变化情况：热流体进口温度102℃，出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温度40℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，故而初步确定选用带有膨胀节的管板式换热器。。2.管程安排已知两流体允许压强降不大于60kPa；两流体分别为有机料液和冷却水。与有机料液相比，水的对流传热系数一般较大。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降，考虑到散热降温方面的因素

3、，应使循环冷却水走管程，而使有机料液走壳程。20三、确定物性数据定型温度：对于一般低粘度和水等粘度低流体，其定性温度可取流体进出口的平均值。故壳程有机料液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的有关物性数据。有机料液在71下的有关物性数据如下：密度定压比热容热导率粘度循环水在35下的物性数据：密度定压比热容热导率粘度四、估算传热面积1.热流量2.平均传热温差暂按单壳程、多管程进行计算。逆流时，=-=102-40=62；=-=40-30=1020平均传热温差为2.传热面积设总传热系数为K0=500W/(m.K)则所需的传热面积

4、为S=Q/(K0Δtm)=1630000/(500×21.3)=153m24.冷却水的用量五、工艺结构尺寸1.管径和管内流速选用的碳钢管，初步选用管内流速m/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按照单程管设计，所需的传热管长度为取L=12m，按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计的实际情况，才用非标设计，现取传热管长则该换热器的管程数为传热管总根数为3.传热平均温差校正与壳程数平均温差校正系数：20按单壳程，双壳程结构，查图4-19b单壳程的温差校正系数可得：平均传热温差由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳

5、程流体流量较大，故壳程合适。4.传热管排列和分程方法换热管标准排列形式有以下几种：本设计中采用正三角形排列.20在上述几种排列中，a、d排列更为合理，因为在相同折流板间距条件下，其流通截面比其他两种要大，有利于提高流速。故本换热器采用混合排列，即在隔板附近采用正方形排列，在其他部分采用正三角形排列。隔板中心到离其最近一排管中心距各程相邻管的管心距为44mm。5.壳体内径采用多管程结构，进行壳体内径计算。取管板的利用率，则壳体内径为：按照卷制壳体的进级档，可取D=700mm。筒体的直径校核计算：壳体的内径壳体应等于或大于（在浮头式换热器中）管板的直径，所以

6、管板直径的计算可以决定壳体的内径，其表达式为：，因为，管子按正三角形排列，管数：取按照壳体直径标准系列尺寸进行圆整可得：6.折流挡板采用圆缺形折流挡板，去折流挡板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为20故，可圆整取取折流板的间距。折流板数7.其他附件拉杆数量与直径选取，本换热器壳体内径为700mm，故其拉杆直径为Φ12拉杆，数量为8，8.接管壳程流体进出口接管：取接管内流体流速为，则接管内径为：m圆整后得到管内径为：管程流体进出口接管：取接管内液体流速，则接管内径为：圆整后得到管内径为：六、换热器核算1.热流量核算（1）壳程对流传热系数对圆缺形

7、折流板，可采用凯恩公式当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积20壳程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数粘度校正（2）管程对流传热系数管程流通截面积:管程流体流速:普兰特准数:（3）污垢热阻和管壁热阻：20取壳程污垢热阻:取管程污垢热阻:该件下的热导率为45w/(m·K)。所以（4）传热系数有：因为，介于1.12至1.5之间符合要求。（5）传热面积裕度：计算传热面积Ac：该换热器的实际传热面积为：该换热器的面积裕度为:综上所述，传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。2.壁温计算因为管壁很薄，而且壁热阻很小，故管壁温度可按式20计算。由于该换热器用循

8、环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度