课程设计,列管式换热器设计

设计（论文）题目：

列管式换热器的设计

目录

1 前言 (3)

2 设计任务及操作条件 (3)

3 列管式换热器的工艺设计 (3)

3.1换热器设计方案的确定 (3)

3.2 物性数据的确定 (4)

3.3 平均温差的计算 (4)

3.4 传热总系数Ｋ的确定 (4)

3.5 传热面积A的确定 (6)

3.6 主要工艺尺寸的确定 (6)

3.6.1 管子的选用 (6)

3.6.2 管子总数n和管程数Np的确定 (6)

3.6.3 校核平均温度差 t m及壳程数Ns (7)

3.6.4 传热管排列和分程方法 (7)

3.6.5 壳体径 (7)

3.6.6 折流板 (7)

3.7 核算换热器传热能力及流体阻力 (7)

3.7.1 热量核算 (7)

3.7.2 换热器压降校核 (9)

4 列管式换热器机械设计 (10)

4.1 壳体壁厚的计算 (10)

4.2 换热器封头选择 (10)

4.3 其他部件 (11)

5 课程设计评价 (11)

5.1 可靠性评价 (11)

5.2 个人感想 (11)

6 参考文献 (11)

附表换热器主要结构尺寸和计算结果 (12)

1 前言

换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。

列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器等。

设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。

列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，

然后进行机械设计。

2 设计任务及操作条件

2.1 设计题目：用水冷却甲苯的列管式换热器设计 2.2 设计任务及操作条件

某生产过程中，用循环冷却水冷却柴油。 1、甲苯入口温度： 80 ℃，出口温度： 50 ℃ 2、甲苯流量： 33125 kg/h ，压力： 0.4~0.6 MPa

3、循环冷却水压力： 0.4~0.6 MPa ，入口温度： 30 ℃，出口温度： 40 ℃ 已知甲苯的有关物性数据：密度ρ1=867kg/m 3；定压热比容c p ，1=1.85kJ/(kg ·℃)；热导率λ1=0.126W/(m ·℃)；黏度μ1=3.75×10-4 Pa ·s

3 列管式换热器的工艺设计

3.1 换热器设计方案的确定

甲苯入口温度80℃，出口温度50℃，冷却水入口温度30℃，出口温度40℃。壳体和管束壁温差较大，且考虑到冷却水易结垢，需要清洗，故选用浮头式换热器。冷却水走管程，甲苯走壳程。因逆流时的平均温度差最小，传热推动力大，可节省冷却介质的用量，操作无特殊要求，故流动方式选逆流。选用φ25×2.5的碳钢管，管流速设为u i =1.5m/s 。

3.2 物性数据的确定

定性温度：可取流体进口温度的平均值。

壳程甲苯的定性温度：65250

80T =+=℃

管程冷却水的定性温度：352

40

30T =+=℃ 壳程甲苯65℃物性数据： 密度 ρ1=867kg/m 3； 定压热比容 c p ，1=1.85kJ/(kg ·℃)； 热导率 λ1=0.126W/(m ·℃)； 黏度 μ1=3.75×10-4 Pa ·s

管程冷却水35℃时物性数据：查《化工原理》附表可知 密度 ρ2=994.3kg/m 3； 定压热比容 c p ，2=4.174kJ/(kg ·℃)； 热导率 λ2=0.62W/(m ·℃)；

黏度 μ2=7.43×10-4 Pa ·s

3.3 平均温差的计算

1、对于逆流换热过程，其平均温差可按式（3－1）进行计算：

21

2

1

ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆ （3－1） 式中，Δt 1、Δt 2分别为大端温差与小端温差。当Δt 1/Δt 2<2时，可用算术平均值：

()2

21t t t m ∆+∆=∆

Δt 1=80-40=40℃ Δt 2=50-30=20℃ Δt 1/Δt 2=2

℃△△△△△85.2820

40ln 20

40ln 2121=-=-=

t t t t t m 3.4 传热总系数Ｋ的确定

用式（3－2）进行Ｋ值核算。

（3－2）

式中：α－给热系数，W/m 2·℃； R －污垢热阻，m 2·℃／W ； δ－管壁厚度，mm ；

λ－管壁导热系数，W/m ·℃； 下标ｉ、ｏ、ｍ分别表示管、管外和平均。 A 0=4πd 02=4π×252=490.63mm 2

A i =

4πd i 2=4

π×202=314.16mm 2 Ｋ＝

１

＋＋

＋＋1

0000

αδλαR d d R d d d

d m i i i i