列管式换热器设计说明书

食品科学与工程专业《化工原理课程设计》说明书题目名称列管式换热器设计说明书专业班级 10食品科学与工程1班2012 年 01 月 06 日目录1、设计方案............................................................1 .1 设计条件.........................................................2、衡算...............................................................2.1传热面积的计算：...................................................2.1.1煤油用量 ....................................................2.1.2平均传热温差 ................................................2.1.3热流量 ......................................................2.1.4初传热面积 ..................................................2.2确定换热管数目和管程数目...........................................2.2.1管层数和传热管数 ............................................2.2.2平均传热温差及壳层数平均温差较正系数： ......................2.3传热管排列和分层方法...............................................2.3.1隔板中心到最近一排管中心距 ..................................2.3.2壳体直径 ....................................................2.3.3折流板 ......................................................2.3.4接管 ........................................................2.4换热器核算.........................................................2.4.1传热面积核算 ................................................2.4.2壳程传膜系数 ................................................2.4.3污垢热阻和管壁热阻 ..........................................2.4.4总传热系数K.................................................2.4.5传热面积校核 ................................................2.5换热器内压核算.....................................................2.5.1管程阻力 ....................................................2.5.2壳程阻力 ....................................................3 附录及图纸..........................................................4总结.................................................................5参考文献.............................................................6附图 .................................................................1、设计方案列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。

它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。

本论文是工业生产煤油用冷却水冷却的换热器进行选择、及主要设备工作部件尺寸的设计。

1 .1 设计条件水入口温度10℃，出口温度60℃，流量20 m 3/h ；煤油入口温度170℃，出口温度50℃。

2、衡算管层的定性温度T=10/2+60/2=35℃；壳层的定性温度T=170/2+50/2=110℃。

查询煤油物理性质表[1]煤油在110℃下有关物理参数如下：密度ρ=825kg/m 3；粘度μ=7.15×10-4Pa·s；比热容Cp=2.2kJ/(kg·℃)；导热系数λ=0.14W/(m·℃)。

查询饱和水的物理性质表[2]水在35℃有关的物理参数：密度ρ=994.2kg/m 3；粘度μ=0.723×10-3P a·s；比热容C p =4.174kJ /(kg·℃)；导热系数λ=0.626W /(m·℃)。

2.1传热面积的计算： 2.1.1煤油用量q m,c =体积流量×密度=20×994.2=19884kg/h 2.1.2平均传热温差 先按照逆流计算。

12121212()()(17050)(6010)Δ80.017050ln ln6010m T T t t t T T t t ------===----℃式中T 1为煤油入口温度；T 2为煤油出口温度；t 1为水入口温度；t 2为水出口温度。

,12()19884 4.174(6010)4149790.8T m c p Q q c t t =-=⨯⨯-=(kJ/h)假设K=300W/(m 2·℃)则=48ΔTmQ S K t =⋅估m 22.2确定换热管数目和管程数目 管径和管内流速先取管内流速为ui=2.0m/s ，故d=17mm 。

因市面上无此规格管径，故选取φ2.5×2.5mm 的管子。

其内径为25-2×2.5=0.02m，故内径实际流速 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数： 按单管层计算，所需传热管长度为：035sS L πd N ==估m单管过长，采用多管结构选用l=7m 长的管子，管程数为：按照单壳层，双管层结构，查温差校正系数Δt φ值[3] Δ0.86t φ=，平均传热温差Δmin ΔΔ68.8m t t φt ==℃。

由于平均传热较正系数大于0.8。

同时壳层程流体流量越大，故采取单壳层合适。

2.3传热管排列和分层方法采用组合排列法。

每程均按正三角排列，隔板采用正方形排列。

管心距P t =1.25d 0，则P t =1.25×25=31.25≈32mm6222t PZ =+=mm各程邻管的管心距为44mm 。

采用多管程结构，正三角排列η=0.7~0.85，故计算取管板利用率0.75，则查询壳体直径公式[3]为1.05 1.0532506D ==⨯=mm 式中η为管板利用率；n 为换热器总管数。

故取D=600mm 。

列管式换热器壳程流体流通面积比管程流通面积大，为增大壳程流体的流速，加强其喘流程度，提高其表面传热系数，需设置折流板。

折流板采用弓形流板，弓形折流板圆缺高度为壳体内径25%，则切去圆缺高度为h=0.25×600=150mm，故可取h=150mm 。

取折流板间距B=0.7，则B=0.7×600=420mm。

故可取B=400mm 。

折流板数目壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为u 1=0.7m/s ，则接管内径为10.110D ===m取管内径为150mm 。

管层流体进出口接管：取接管内流体流速u 2=1.0m/s ，则接管内径20.084D ===m 取管内径为100mm 。

2.4换热器核算查询管程低粘度对流传热系数公式[3]式中α——对流传热系数，(W/m 2·℃)；λ——流体的热导率，(W/m·℃)；d i ——为管内径，m ；Re ——雷诺数；Pr ——普朗特数。

管层流体流通面积230 5.65104si d πN s -==⨯m 2管层流体和雷诺数分别为13120 1.03600 5.6510u -==⨯⨯m/s 普朗数查询壳程无相变对流传热系数公式[3]管子按正三角排列，传热当量直径为2200Δ)240.02t e πd d πd -==m P t ——相邻两管中心距，m ；d 0——管外径，m 。

壳程流通截面积00(1)0.053tdS BD p =-=m 2壳层流体 和雷诺数分别为0198840.130.0533600825u ==⨯⨯m/s普朗数 黏度较正10.55300.140.36300011.2 1.054840.02a =⨯⨯⨯⨯=(W/m 2·℃)查询壁面污垢热阻的数值范围表[3]，管外侧污垢热阻R 0=1.7197×10-4m 2·℃/W 管内侧污垢热阻R i =1.7197×10-4m 2· ℃/W 。

已知管壁厚度b=0.0025m ，碳钢在改条件下热导为50W /(m·℃)。

K0000013611i i i i m K d d d R R d a d λd a ==++++(W/m 2·℃)计算出的传热面积'40ΔTmQ S T t ==m 2 换热器实际传热面积S 049T S πd lN ==m 2 换热器面积黏度故该换热器能完成生产任务，即该方案可用。

2.5换热器内压核算 2.5.1管程阻力1s N =，2p N =，2Δ2φρu p λd =⨯由Re=27502>2000为湍流，查询摩擦系数与雷诺数、相对粗糙度间关系图[3]：传热管相对粗糙度0.01，λ=0.038，u i =1.00m/s ，ρ=994.2kg/m 3管程流体阻力在允许范围内。

2.5.2壳程阻力 已知Ns=1，Ft=1流体流经管束的阻力 0.5F =，0.2285Re 0.50fo -=⨯=，17B N = 流体经过折流板缺口阻力 总阻力3 附录及图纸附表一 换热器主要结构尺寸和计算结果备注：本设备采用管程为碳钢，且壳程为金属。