热交换器课程设计

热交换器设计说明书

姓名

学号

2013.01.06

1.设计任务与条件

条件 热流体 冷流体 工质 11号润滑油 自来水 进口温度 100℃ 15℃ 出口温度 40℃ 40℃ 流量 10T/h

工作压力

10000Pa

30000Pa

2.设计计算

2.1确定设计方案

2.1.1确定热交换器类型

该热交换器为水—油换热器，管壁温度和壳体温度之差不很大，两流体均不易腐蚀、结垢且定性温度相差在50℃左右，所以初选带有膨胀节的固定板式热交换器。

2.1.2流程的选择

根据设计要求，自来水较为容易结垢，压力较大，流量较大，应走管程；润滑油为被冷却流体，且粘度较大，流量较小，在壳程中容易达到湍流，增大换热系数，所以应走壳程。 2.2确定物性数据

管程润滑油定性温度为 ℃70240

1002111=+=

''+'=t t t 查得物性参数如下：31/857m kg =ρ

Pa ⋅⨯=-31108.16μ

)℃/(148.21⋅=kg kJ c p )℃/(1379

.01⋅=m W λ263Pr 1= s m /107.192

61-⨯=ν 壳程市政供水定性温度为 ℃5.272

4015222

2=+=''+'=

t t t 查得物性参数如下： 32/6.996m kg =ρ Pa ⋅⨯=-32108518.0μ

)℃/(176.42⋅=kg kJ c p )℃/(6129

.02⋅=m W λ8175.5Pr 2= s m /108976.0262-⨯=ν 2.3估算传热面积

2.3.1热流量

W t t c q p m 358000)40100(21486

.310

)(11

11=-⨯⨯='-''=Φ 2.3.2自来水流量

s kg t t c q p m /43.3)(22

22='-''Φ

=

2.3.2平均传热温差 首先按纯逆流计算：

℃4015

4040100ln )

1540()40100(ln 2121=-----=-∆θθθθm

t 2.3.3初算传热面积

由水—油换热，查表选取传热系数为)/(3002K m W K ⋅=，则估算传热面积为

29.29m t K A m

=∆Φ

=

估 2.4工艺结构尺寸 2.4.1管径和管内流速

选用mm 5.225⨯Φ的碳钢传热管，由表2-1，取管内流速s m u /0.11=。 2.4.2管程数和传热管数

根据传热管内径和流速确定单程传热管数

8.100.102.04

43

.3422=⨯⨯==ππi i v s u d q N ，取11 根。

按单管程计算，所需传热管长度为

m N d A L S o 6.3411

025.09

.29=⨯⨯==

ππ估 按单管程计算，传热管过长，宜采用多管程结构，根据换热器规格标准，选取传热管长l 为9m ，则该换热器的管程数为

49

6.34≈==l L N p

则传热管总根数为44

2.4.3平均传热系数和壳程数

按单壳双管程结构，查图得温差修正系数为，则平均传热温差为

℃4.3486.040=⨯=∆m t

2.4.4传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即在每程内按正三角形排列，隔板两侧按正方型排列。 查表得管间距为m P t 032.0= 隔板中心到其最近一排管中心距离为

mm P

Z t 2262

=+=

2.4.5壳体直径

取板管利用率为0.75，壳体内径为

m n P D t 2573.075

.044

032.005.105.1=⨯⨯==η

圆整到标准准可取m D 325.0=

2.4.6折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去圆缺高度 m h 8125.0325.025.0=⨯=

取折流板间距：m D B 1625.0325.05.05.0=⨯== 圆整后，取m B 2.0=

折流板数目：4412.091=-=-=

B l N B

2.4.7接管

管程流体进出接管：取接管体内流速为s m u /11=，则接管内径为

mm u q D V 2.666

.9960.143

.3441

11

=⨯⨯⨯=

=

ππ

圆整后可取管内径为mm D 1001=

壳程流体进出口接管：取接管内流体流速为s m u /12=

mm u q D V 644

.8570.16.310

442

22

=⨯⨯⨯⨯=

=

ππ

圆整后可取管内径为mm D 1001=

2.5热交换器校核

2.5.1管程对流传热系数

流通截面积22003454.01102.04m A i =⨯⨯=π

流体流速s m A q u i v i /996439.0003454

.06.99643.3=⨯==

23317108.85102

.0996439.06.996Re 6

-=⨯⨯⨯==

i i i i i d u μρ 流动属于湍流，计算管程对流传热系数

)/(37298175.52331702

.06129.0023.0Pr Re 023.024

.08.08.0K m W d h n

i i ⋅=⨯⨯⨯==λ

2.5.2壳程对流传热系数