列管换热器的设计

一设计题目

某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2.K/W，试选用一台适当型号的列管式换热器。

二课程设计的目的和要求

课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。

通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：

(1)查阅资料，选用公式和搜集数据的能力；

(2)迅速准确的进行工程计算的能力；

(3)用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。

三课程设计的内容和步骤

1.完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。

说明书是设计的书面总结，也是后续设计工作的主要依据，应包括以下主要内容：

（1）封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间）；

（2）课程设计题目；

（3）设计方案简介；

（4）工艺设计计算；

（5）设计结果汇总

（6）设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论；

（7）参考文献。

课程设计说明书的用纸大小为作业本大小的，全部同学的纸张大小要统一，不要有大有小。

通过工艺计算确定换热器的类型和大小，在2号图纸上画出换热器的主要结构及尺寸。

2. 课程设计的步骤

①布置任务；（星期一上午）

②阅读指导书和查阅资料；（星期一下午）

③设计计算,绘图和编写说明书；（星期二——星期五）

最好在星期四下午之前完成课程设计的所有内容，最迟星期五上午必须上交课程设计说明书和图纸。

四、设计计算的步骤及有关内容

1.冷热流体流动通道的选择

a、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U形管式的不宜走管程；

b、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；

c、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力；

d、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出；

e、被冷却的流体宜走壳程，便于散热；

f、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力；

g、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程100

Re即可达到湍流。

但这不是绝对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。

以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面，作出适宜的决定。

2.确定冷热流体的定性温度、物性数据，并选择列管换热器的型式。（固定管板式、u形管式、浮头式）

3.根据传热任务计算热负荷。

4.计算平均温度差，并根据温度差校正系数不小于0.8的原则，决定壳程数。

5.根据总传热系数的经验值范围，确定K估

6.由总传热速率方程计算传热面积，并确定换热器的基本尺寸。（壳体直径、管程数、管数、管长、管子直径、管子排列方式、折流挡板型式及间距），计算实际的传热面积。

管子规格可选：19×2mm,25×2.5mm

管长可选：1.5m，2.0m，3.0m，6.0m，其中3.0m，6.0m最常用

管子排列方式：三角形排列，正方形排列，正方形错列，其中三角形排列最常用（化工过程及设备设计，化学工业出版社，涂伟萍主编，第十页，表1-2）

壳体直径：D=a(b-1)+2e

a:管心距a=1.25d0(d0为管子外径)

b:正三角形排列：b=1.1n,正方形排列：b=1.19n

e: 管束中心线上最外层中心岛壳体内壁的距离e=1.1～1.5d0

计算后壳体直径应圆整到标准尺寸。（化工过程及设备设计，化学工业出版社，涂伟萍主编，第十二页，表1-4）

折流挡板：圆缺型和圆盘型，圆缺型最常用，缺口高度一般取壳体直径的20%，折流挡板的间距系列为：100mm, 150mm, 200mm, 300mm, 450mm, 600mm, 800mm, 1000mm

传热面积：A

实=

01

nπd(L.)

L为管长

7.计算总传热系数及传热面积

（1）计算管程对流传热系数080023.n λα.Re Pr d

=

（2）计算壳程的对流传热系数圆缺形折流挡板，α的计算式：

14.03155.0)(Pr Re 36.0w

u N μμ= 液体被加热 ≈1.05，液体被冷却 ≈0.95。

定性温度：进、出口温度平均值；

特征尺寸：○11当量直径d e

正方形排列：02

02)785.0(4d d t d e π-= 三角形排列：0

202)785.023(4d d t d e π-= ○

2流速u 根据流体流过的最大截面积S max 计算 )1(S 0max t

d hD -= 式中 h ——相邻挡板间的距离；

D ——壳体的内径。

（3）确定污垢热阻，根据课本172页表4-6取值

（4）计算总传热系数K 计，代入总传热方程计算A 计

8. 实际的传热面积与经过计算得到的传热面积相比，应该有10%-25%的裕量。

五、主要参考书：

1.

化工原理课程设计 2.

化工过程及设备设计 3.

常用化工单元设备设计 4.

化工制图 5.

传热过程及设备 014

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