固定管板式换热器的设计

化工原理课程设计

设计题目：固定管板式换热器的设计学院：生命科学与技术学院

班级：生物工程13-1班

姓名：张锦玉

学号：20131106004

指导老师：阿不都吾甫尔·肉孜

时间：2015年12月23日

设计任务书

一、设计题目：有机物冷却器的设计（第1组）

二、设计任务及操作条件

1.处理能力：0.6万吨/年

2.设备形式：列管式换热器

3.操作条件：

（1）有机物：入口温度86°C出口温度30°C

（2）冷却介质：自来水入口温度18°C出口温度26°C （3）允许压降:不大于100Kpa

（4）有机物定性温度下的物性数据：

密度815kg/m3,

粘度7.0*10-4pa.s

比热容2.15kj/(kg.°C)

导热系数0.140W/m.°C

(5)每年按310天计，每天24h连续运行

三、设计适宜的列管换热器

1.传热计算

2.管，壳程流体阻力的计算

3.计算结果表

4.总结

目录

1.概述 (1)

2.设计标准 (1)

3.方案设计和拟定 (1)

4.设计计算 (2)

4.1确定设计方案 (2)

4.1.1流动空间选择 (2)

4.2确定物性数据 (3)

4.3设计总传热系数 (3)

4.3.1热流量 (4)

4.3.2平均传热温差 (4)

4.3.3冷却水用量 (5)

4.3.4总传热系数K (5)

4.4计算传热面积 (5)

4.5工艺结构尺寸 (5)

4.5.1管径和管内流速 (5)

4.5.2管程数和传热管数 (6)

4.5.3传热管排列和分程方法 (6)

4.5.4壳体内径 (6)

4.5.5折流板 (6)

4.6换热器核算 (7)

4.6.1热量核算 (7)

4.6.1.1壳程对流传热系数 (7)

4.6.1.2管程对流传热系数 (8)

4.6.1.3传热系数K (9)

4.6.1.4传热面积A (9)

4.6.2换热器内流体的流动阻力 (9)

4.6.2.1管程流动阻力 (9)

4.6.2.2壳程阻力 (10)

4.6.2.3换热器主要结构尺寸和计算结果 (11)

5.设计小结 (12)

6.参考文献 (12)

7.附图表 (13)

8.符号说明 (14)

1．概述

换热器是实现将热能从一种流体传至另一种流体的设备，在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用，并占有十分重要的地位。由于生产条件不同，所用的换热器的类型也是多种多样。不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。

列管式换热器的应用已有很悠久的历史，它的结构简单，在相同的壳体直径内，排管较多，比较紧凑，因此，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。为此本课题对这类换热器的工艺设计进行了详细的介绍。

2．设计标准

某生产过程中,需将0.6万t∕a的有机物从86℃冷却到30℃冷却水初温为18℃终温为26℃，允许压降不大于100KPa.每年按310天计算，每天按24小时连续运行。试设计一台换热器，完成生产任务。要求实际面积要在理论面积的110%-130%范围内。

3．方案设计及拟定

1.列管式换热器的优缺点比较

2.设计方案

因为固定管板式结构简单，造价低廉，管程程清洗和检修简单，壳程必须是洁净不易结垢的物料，而我们设计的换热器的流体是冷热水，不易结垢且两热流体进口温度86℃，出口温度30℃.冷流体进口温度18℃，出口温度26℃，两流体的温度相差较小，故不用考虑热补尝的问题，再根据造价低，经济的原则我们选用固定管板式换热器。

该固定管板式换热器为单壳程四管程，三角形管束排列，有机物走壳程，水走管程，管长为3米，共有折流挡板29块，每块挡板高55mm,间距为100mm,壳体内径为219mm，选择管径时，应尽可能使流速高些，易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×2.5mm 及φ19×2mm两种规格的管子。在这里选用φ25×2.5mm规格的管子。常见的管长规格有1m、1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m，在此次设计中选用3m管长的管子。传热系数K=300W/㎡·℃,传热面积约为3.67m。

4．设计计算

4.1流动空间的确定

本次换热器设计为单壳程四管程式的。

冷、热流体通道的选择在列管式换热器中，流体走壳程还是走管程，可按下列经验原则确定：

（1）不洁净易结垢的流体应走便于清洗的一侧。所以对固定管板式换热器应走管程

（2）需要冷却的物料宜走壳程，便于散热。

（3）流量小或粘度大的物料可走壳程，因为在折流挡板的作用下，Re﹥100即可达到湍流。

管内流速取对流传热系数明显较低的物料宜走管程, 不洁净易结垢的流体应走管程便于清洗的一侧,自来水易结垢，为了便于清洗，所以循环水走管程，根据有机物的物理性质应走壳程，热流体的物料宜走壳程，便于散热。

4.2确定物性数据

定性温度：可取流体进口温度的平均值。

壳程水的定性温度：

管程流体的定性温度：

根据定性温度，分别在《化工原理》附录中循环水的相关物理性质的有关数据,有机物的物理性质已给定，如下表1：

表1物料的有关物性数据

4.3设计总传热系数

根据有机物的黏度为0.7×10-3 Pa·s，查《化工原理》P152，表4-7列管式换热器中K值大致范围，此次设计K应取200-500W/(m².ºC)之间。