管壳式换热器的设计论文Word版

成绩

化工原理课程设计

设计说明书

设计题目：管壳式换热器的设计

化工原理课程设计任务书

一、设计任务及操作条件

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（2.5－0.01×18）×104 =23200kg/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

有机化合液 986 0.54*10-3 4.19 0.662 水

994

0.728*10-3

4.174

0.626

注：若采用错流或折流流程，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

两流体温的变化情况：热流体进口温度102℃，出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温40℃，管程压降与壳程压降均不大于60kPa ，壳程压降不高，因此初步确定选用固定板式换热器。 2.管程安排

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，所以从总体考虑，应使循环水走管程，有机化合液走壳程。 三、确定物性数据

定性温度：对于一般气体和水等低粘度立体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程的有机化合液的定性温度为 T ℃71240

102=+=

管程流体的定性温度为 t=℃352

30

40=+

根据定性温度分别查取壳程流体和管程流体的有关物性数据。 有机化合液的有关物性数据如下： 密度 3/986m kg =ρ 粘度 =μ0.54*10-3 Pa ·s 比热容 1Cp =4.19 kJ/（kg ·℃） 导热系数 λ=0.662 W/（m ·℃） 循环水的有关物性数据如下：

密度

3

kg/m 994 =ρ

粘度 =μ0.728*10-3 Pa ·s 比热容 2Cp =4.174 kJ/（kg ·℃） 导热系数 λ=0.626 W/（m ·℃）

四、估算传热面积 1、热流量

Q 1=1

11t c m p ∆

=23200×4.19×(102-40)=6.03×106kj/h =1675.00kw

2、平均传热温差

先按照纯逆流计算，得

℃

5.28304040102ln 304040102=-----=

∆）（）（）

（）（m t

3、传热面积

由于有机化合液的粘度为 =μ0.54*10-3 Pa ·s ，假定总传热系数 K=300W/（2

m .℃），则传热面积为

A=

21195.915

.283001675000m t K Q m =⨯=∆ 4、冷却水用水量

m =

i

pi t c Q ∆1=

4468kg/h 14/ 0.13410

10174.41675000

3

==⨯⨯s kg 五、工艺结构尺寸

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

1u =1.5m/s 。

2、管程数和传热管数 可依靠传热管内径和流速确定单程传热管数

Ns=

905

.102.0785.0)

3.9943600/(1444684

22

≈⨯⨯⨯=

u

d V

i π

按单程管计算，所需的传热管长度为

==

s o n d A πL 90

025.014.3 5.91

19⨯⨯=28m 按单程管设计，宜采用多管程结构。现取传热管长l=7m ，则该换热器的管程数为

47

8

2l L p ===

N 传热管总根数 Nt=346 3、传热温差校平均正及壳程数

平均温差校正系数：

2.630

-4040

-102t -t T -T 1221===

R

139.030

-10230

-40t -T t -t 1112===

P

按单壳程，双壳程结构，查得温差修正系数得

93.0t =∆ϕ

平均传热温差 5.265.2893.0t t

m t m =⨯=∆=∆∆ϕ

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，故取单壳程合适。

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=1.25 o d ，则t=1.25*25=31.35=32mm

隔板中心到离其最近一排管中心距离：S=t/2+6=32/2+6=22mm 各程相邻管的管心距为44mm 。

管数的分程方法，每程各有传热管90根。

5、壳体内径 采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率η=0.75，则壳体内径为：

D= mm N T 71575.0/3403205.1/t 05.1=⨯=η 按卷制壳体的进级档，可取D=800mm 筒体直径校核计算：

壳体的内径i D 应等于或大于管板的直径，所以管板直径的计算可以决定壳

体的内径，其表达式为：i D =t （e n -1）+2e

因为管子安正三角形排列：e n =203401.1N 1.1T == 取e=1.2*20=24mm

所以i D =32*（20-1）+2*34=676mm 按壳体直径标准系列尺寸进行圆整：

i D =800mm

6、折流挡板 采用圆缺形折流挡板，去折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25*800=200

取折流板间距B=0.3D ，则B=0.3*800=240mm ，可取B 为240mm 。 折流板数目N=传热管长/折流板间距-1=7000/240-1=27 7、其他附件

拉杆数量与直径选取，本换热器壳体内径为800mm ，故其拉杆直径为12mm 最少拉杆数6。

8、接管

壳程流体进出口接管：取接管内液体流速为u=0.2m/s ，则接管内径为

203.02

.014.39863600/002234u

41=⨯⨯⨯==

）

（πV

D

圆整后可取管内径为210mm