换热器设计

换热器的设计

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目录

一．设计任务书 (3)

1.1设计题目 (3)

1.2设计任务及操作条件 (3)

1.3设计项目 (3)

二．换热器概述 (4)

2.1 换热器分类 (4)

2.2 固定管板式换热器 (6)

三．设计方案简介 (7)

3.1 换热器类型选择 (7)

3.2 流体流动空间的确定 (7)

四．换热器的工艺计算 (8)

4.1基础物性数据 (8)

4.2 换热器面积估算 (8)

4.3 换热器工艺结构尺寸的计算 (9)

4.4换热器核算 (12)

五．辅助设备选型与计算 (17)

六．设计结果一览表 (18)

七．评述及有关问题的讨论 (19)

八．致谢 (20)

九．参考文献 (21)

十．主体设备工艺条件图（装配图）

一、列管式换热器设计任务书

1、设计题目

煤油冷却器设计

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+0.1×2×31万吨/年煤油。(n=1,2,为班号；m为学号后两位)

操作条件：

（1）煤油：入口温度140℃，出口40 ℃；

（2）冷却介质：自来水；

（3）允许压降：不大于105Pa；

（4）煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/m3，粘度：

7.15×10-4Pa·s，比热容为2.22kJ/(kg·℃) ，导热系数为

0.14W/(m ·℃)。

（5）每年按330天计算，每天24小时运行。

3、设计项目

试设计选择适宜的列管式换热器并进行核算。根据设计项目绘

出换热器装配图。

二、换热器概述

1、换热器分类

在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备，称为热交换器。在这种设备内，至少有两种温度不同的流体参与传热。一种流体温度较高，放出热量；另一种流体温度较低，吸收热量。

换热器的分类方式：

（1）按照用途来分：预热器（加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。

（2）按照制造换热器的材料来分：金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。

（3）按照热流体与冷流体的流动方向来分：

顺流式（并流式）：两种流体平行地向着同一方向流动。如图（a）

逆流式：两种流体也是平行流动，但它们的流动方向相反。如图（b）错流式（交叉流式）：两种流体的流动方向互相垂直交叉。如图（c）当交叉次数在四次以上时，可根据两种流体流向的总趋势将其看成逆流或顺流。如图（d）及（e）

混流式：两种流体在流动过程中既有顺流部分，又有逆流部分。如同（f）及（g）

（4） 换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，如表1-1所示。

(c)

(e)

(f)

(g)

2.固定管板式换热器

固定管板式即两端管板和壳体连结成一体，因此它具有结构简单造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。有具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但不宜用于两流体温度差太大（不大于70℃）和壳方流体压强过高（一般不高于600kPa）的场合。

三．设计方案简介

1.换热器类型选择

该换热器用循环冷却自来水进行冷却，冷却水的入口温度30℃，根据经验选定冷却水的出口温度40℃。

本次设计换热器的最大使用温差小于120℃,且其压降损失要求小于105Pa，可选用固定管板式换热器，又因为管壳两流体温差大于60℃，故选用带膨胀节的固定管板式换热器。

2.流体流动途径的确定

本换热器处理的是两流体均不发生相变的传热过程，与煤油相比，水更易结垢，根据两流体的情况，故选择水走换热器的管程，煤油走壳程。

四．换热器的工艺计算1.基础物性数据的计算

计算流体的定性温度，确定流体的物性数据

煤油定性温度：T m=140+40

2

=90℃

水定性温度：t m=30+40

2

=35℃

两流体的定性物性如下表所示

2.换热器传热面积的估算

2.1计算热负荷和冷却水流量

煤油流量W=15+0.1×2×31

330×24

×10000×1000≈26768kg/h 传热量Q=W c p（t1-t2）=26768×2.22×（140-40）=5.94×106KJ/h 冷却水量：

W=Q

Cp(t2−t1)= 5.94×10

6

4.174×（40−30）

=142309.5kg/h=39.53kg/s

2.2计算对数平均温差

Δt m=Δt1−Δt2

InΔt1/Δt2= (140−40)−(40−30)

In(140−40

40−30

)

=39℃

2.3估算传热面积

总传热系数可借鉴书籍中的参数或者生产中的实际数据，初步假定。当基本条件（设备型式、雷诺准数、流体物性）相同时，传热系数K值可采用经验数据。