化工原理课程设计换热器的设计.

1．概述

化工生产中所用的换热器类型很多。按其用途分，有加热器、

冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器。按其结构分，有列管式、板式等。不同类型换热器，其性能各异。

列管式换热器是目前应用最广泛的一种换热器设备，设计资料

和数据比较完善，目前在许多国家已有系列化标准。列管式换热器在换热效率、紧凑性和金属消耗量等方面不及其它新型换热器，但由于它有结构牢固、适应性大、材料范围广等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中占有绝对优势。

2．设计方案的确定

2.1 列管式换热器型式的选择

本次设计任务是用25 C的自来水将甲苯从105 C冷却到60 C,

两种换热流体的温差较大，故可选用浮头式换热器。浮头式换热器管束可以拉出，便于清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热流体的温差较大时，不会因为管束与壳体的膨胀量不同而产生温差应力。

2.2 流程的选择

可选水走管程，甲苯走壳程。原因：冷却水硬度较高，受热后容易结垢，在管内便于清洗，管内流体易于维持较高流速，可以避免悬浮颗粒的沉积。被冷却物料走壳程，便于散热。

2.3 流速的选择

表1列管式换热器内常用的流速范围

表2不同黏度流体的流速（以普通钢管为例）

由题意选管程流速为0.7m/s 。

2.4确定物性数据

定性温度：可取流体进出口温度的平均值 壳程甲苯的定性温度 T=

10

^

60

=825C

2

管程水的定性温度 t = ^^35

=30 C

2

根据定性温度，分别查表可得有关物性数据:

流体种类

气体

3. 工艺计算

3.1根据传热基本方程式Q=KA △ t m 来估算传热面积 3.11传热量

Q=W h C ph 恥 1.05 =40000x1.19x(105 -60)x1.05 = 3.61 X 106

kJ/h

=1.0X 106

w

3.12平均传热温差

△ t m =M :恥△ =Z

0Z

35

=50.5C

In —— 35

3.13冷却水的用量

3.14估算传热面积

取 K 值为 420w/(m •C )

A= Q

=

1

.^

10

=47.1m 2

KAt m 420咒50.5

甲苯

105C7 60 C

温差

70C 35C

W c

=C pc (仁)4.174 (35 一 25) 3610000

=86488(kg/h)

4. 换热器的工艺结构尺寸计算

4.1管程与管数

选取 F B © 25X 2.5

J=

8648836OO

"

95

.7=1O9.8 取 110 （根） d i 2U i 4

取管长1 =3m

N p =^5.4

^2（管程）

传热管总根数N=110X 2=220（根）

查表可得£ △ t=0.96

则:

a=1.25X 25=31.25〜32mm

横过管中心线管数 b=1.1 J N =1.1X J22O =16.3 取17

采用多管程结构，壳体内径应等于或稍大于关闭的直径:

D =a （b -1） +2e

式中 D ——壳体内径,mm ;

a 管心距，mm ;

n 二一

0.022

X 0.7X

兀

4

4.2 管长的确定

传热管长度L 二丄

47.1

=5.45m

n ；id 110x3.14x0.025

4.3 平均传热温差校正

R=

T 1 -T 2

t 2 —=

105

一

60

=

4.5

p 二t2 7 T 1 —11 = 3=0.125

105-25

4.4 采用三角形排列，取管心距a=1.25d o

4.5 壳体内径

b――最外层的六角形对角线上的管数;

e六角形最外层管中心到壳体内壁距离，一般

取e=(1~1.5)d,取32mm。

D =a(b -1) +2e= 32x(17-1) +2x32 = 576mm

圆整可取D=600mm

L=3000=5 (4~10)

D 600

4.6折流板

采用方形折流板，取方形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>c600=150mm

取折流板间距B=0.3D=0.3 X 600= 180mm 取200mm

折流板数山=传热管长/折流板间距-1=诙亠1^块）查表得拉杆直径为12mm,拉杆数为4。

5.换热器的校核计算

5.1壳程对流给热系数a o

当量直径，由正三角形得:

丁3 2 兀 2 丿3 2 3.14 2

4(——a d。) 4(一0.032 -——0.025 )

de二------ 4— =—2----------- 4------- =0.02m

兀d0 3.14 咒0.025

壳程流通面积:

S

X0.6X(1-器)=0.0263m2 o=BD(1- 7)=0.2