课程设计—列管式换热器

课程设计设计题目：列管式换热器

专业班级：应化1301班

姓名：王伟

学号： U201310289

指导老师：王华军

时间： 2016年8月

目录

1.课程设计任务书 (5)

1.1 设计题目 (5)

1.2 设计任务及操作条件 (5)

1.3 技术参数 (5)

2.设计方案简介 (5)

3.课程设计说明书 (6)

3．1确定设计方案 (6)

3.1.1确定自来水进出口温度 (6)

3.1.2确定换热器类型 (6)

3.1.3流程安排 (7)

3.2确定物性数据 (7)

3．3计算传热系数 (8)

3.3.1热流量 (8)

3.3.2 平均传热温度差 (8)

3.3.3 传热面积 (8)

3.3.4 冷却水用量 (8)

4.工艺结构尺寸 (9)

4.1 管径和管内流速 (9)

4.2 管程数和传热管数 (9)

4.3 传热管排列和分程方法 (9)

4.4 壳体内径 (10)

4.5 折流板 (10)

4.6 接管 (11)

4.6.1 壳程流体进出管时接管 (11)

4.6.2 管程流体进出管时接管 (11)

4.7 壁厚的确定和封头 (12)

4.7.1 壁厚 (12)

4.7.2 椭圆形封头 (12)

4.8 管板 (12)

4.8.1 管板的结构尺寸 (13)

4.8.2 管板尺寸 (13)

5.换热器核算 (13)

5.1热流量衡算 (13)

5.1.1壳程表面传热系数 (13)

5.1.2 管程对流传热系数 (14)

5.1.3 传热系数K (15)

5.1.4 传热面积裕度 (16)

5.2 壁温衡算 (16)

5.3 流动阻力衡算 (17)

5.3.1 管程流动阻力衡算 (17)

5.3.2 壳程流动阻力衡算 (17)

6.设计结果汇总 (19)

7．设计评述 (20)

8.致谢 (21)

9.工艺流程图 (22)

10.符号说明 (22)

11.参考资料 (24)

§ 1.《化工原理课程设计》任务书

1.1设计题目

煤油冷却器设计

1.2设计任务及操作条件

设备型式：列管式换热器

处理能力：15+0.1*1*89=23.9 万吨/年煤油

操作条件：

（1）煤油：入口温度140℃，出口40℃；

（2）冷却介质：自来水，入口和出口温度由条件衡算；

（3）允许压降：不大于105Pa

（4）每年按360天算，每天运行24小时。

1.3技术参数

煤油定性下的物性数据：

密度：825Kg/m3；粘度： 7.15*10-4Pa.s；比热容：2.22KJ/(Kg.℃)；导热系数：0.14W/（m.℃）。

§2.设计方案简介

本设计任务是利用自来水给煤油降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中

用到的列管式换热器。

选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。

§3.课程设计说明书

3. 1 确定设计方案

（1）确定自来水进出口温度

自来水的进口温度一般为室温，设计进口温度为25℃。在设计出口温度是参考一下标准：

冷却水出口温度不超过60℃，以避免换热器严重结垢，

冷却水的出口温度不应高于工作物流的出口温度。

因此设计冷却剂出口温度为35℃。

（2）确定换热器类型

两流体温度变化情况如下：

煤油：入口温度140℃，出口温度40℃；

自来水：入口温度25℃，出口温度35℃。

该换热器用自来水进行冷却，由于T m-t m=(140+40)/2-（35+25）/2=60℃>50℃，所需换热器的管壁温度与壳体温度相差较大，故从安全、经济、方便的角度考虑采用带有补偿圈的管板式换热器。（3）流程安排

由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。另外，这样的选择可以使煤油通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。

3.2 确定物性数据

定性温度：对于一般的气体及低粘度流体，其定性温度可取其进出口温度平均值。

煤油定性温度：（140+40）/2=90℃，自来水定性温度：（35+25）/2=30℃

在定性温度下，分别查取煤油和自来水的物性参数如下：

煤油在90℃下的有关物性数据如下：

密度ρo=825 kg/m3

定压比热容c p,o=2.22kJ/(kg·℃)

导热系数λo=0.14 W/(m·℃)

粘度μo=0.000715Pa·s

冷却水在30℃下的物性数据：

密度 ρi =995.7kg/m 3 定压比热容 c p,i =4.174kJ/(kg ·℃) 导热系数 λi =0.6176 W/(m ·℃) 粘度 μi =0.000801 Pa ·s

3.3 计算传热系数

1.热流量：

以煤油为计算标准算他所需要被提走的热量： Q=qc Δt=

2.39×108330×24

x2.22x （140-35）=7.034x106KJ/h=1953.8KW

2.平均传热温差：

计算两流体的平均传热温差，暂按单壳程、多管程计算。 逆流时：

煤 油：140℃→40℃， 自来水：35℃←25℃， 从而，Δt m ‘=105−15ln⁡(

105

15

)=46.25℃,

此时， P=

40−25140−25

=0.13， R=

140−,3540−25

=7.00，由公式易算得ψ=0.84>0.8,符

合要求。 3.传热面积：

取传热系数为450 W/(m 2·℃)，则由公式可得传热面积为 A p =

1953.8×103450×46.25

=93.88m 2

4.冷却水用量：

忽略热损失，由公式易得，冷却水用量为：