环境工程原理课程设计
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3
程数为
Np
L 45.4 6 (管程) l 8
传热管总根数 N=558×6=3348(根) 3．平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数
110 60 6 38 29 38 29 P 0.11 110 29 R
按单壳程，六管程结构，温差校正系数应查有关图表。但 R=6 的点在图上难以读出， 因而相应以 1/R 代替 R，PR 代替 P，查同一图线，可得
4
工艺结构设计
4.1 估算总传热系数
Q 0 m 0 c p 0 t 0 215000 3.297 (110 60) 35442750 KJ / h 9845.2KW
1．热流量
2．平均传热温差
t m
t 2 t1 (110 60) (38 29) 23.9 ℃ t 2 (110 60) ln ln t 1 (38 29)
3
Cp=3.297KJ/kg·℃ λ=0.0279W/m·℃ μ=1.5×10 Pa·S
-5
2
概述
两流体温度变化情况：热流体进口温度 110℃，出口温度 60℃；冷流体(循环水)进口温
度 29℃，出口温度 38℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑 到这一因素， 估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大， 因此初步确定选用带膨胀节的浮 头式换热器。 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，混合气体走壳程。 选用 25 x 2.5 的碳钢管，管内流速取
1
设计任务及条件
某生产过程的流程如下图所示。
反应器的混合气体经与进料物流换热 后，用循环冷却水将其从 110℃进一 步冷却至 60℃之后，进入吸收塔吸收 其中的可溶组分。已知混合气体的流 量为 215000kg/h, 压力为 6.5MPa， 循 环冷却水的压力为 0.4 MPa，循环冷 却水入口温度 29℃，出口温度 38℃， 试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 混合气体在 85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） ： 密度 定压比热容 热导率 粘度 ρ＝90kg/m
壳程流通截面积源自文库
d0 0.025 ) 0.67 2.245 (1 ) 0.329m 2 t 0.032 215000 /(3600 90) 壳程流体流速及其雷诺数分别为 u 0 2.02m / s 0.329 S0 BD(1 R e0
普兰特准数
0.02 90 2.02 242400 1.5 10 5 3.297 1.5 10 5 103 1.77 0.0279
ns
2 di ui 4
Vi
942125.2 /(3600 997) 558 (根) 0.785 0.02 2 1.5
按单程管计算，所需的传热管长度为
L
S 1990.3 45.4m d 0 n s 3.14 0.025 558
按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长 l=8 m，则该换热器管
0 ＝90kg/m3 c p 0 =3.297KJ/kg·℃ 0 =0.0279W/m·℃ 0 =1.5×10-5Pa·S
循环冷却水在 33.5℃下的物性数据： 密度 定压比热容 导热系数 粘度
i =997 kg/m3
c pi =4.18 kJ／(kg·℃)
i =0.606 W／(m·℃) i =O．000 775 Pa·s
换热器核算................................................................................................................................... 5 5.1 5.2
6 7 8
=238 W／(rn2·℃)
4.2
估算传热面积
Q 9845.2 103 S 1730.7 m 2 Kt m 238 23.9
考虑 15％的面积裕度， S 1.15 S 1.15 1730.7 1990.3m 。
2
4.3
工艺结构尺寸
1．管径和管内流速 选用 25×2．5 传热管(碳钢)，取管内流速 ui =0．5 m／s。 2．管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数
对设计过程的评述和有关问题的讨论.......................................................................................8 主要参考书目及符号说明........................................................................................................... 9 示意图........................................................................................................................................... 9
Rsi =0.000 344 m2·℃/W Rso =0.000 172 m2·℃/W
管壁的导热系数 =45 W/(m·℃)
K
1 do d o bd o 1 Rsi Rso ai di d i d m ao
=
1 0.025 0.025 0.0025 0.025 1 0.000344 0.000172 6377.32 0.02 0.02 45 0.0225 300
4V u
4 215000 /(3600 90) 0.206m 3.14 20
4
取标准管径为 210mm。 管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u i =1 5 m／s，则接管内径为
d
4 942125.2 /(3600 997) 0.472m 3.14 1.5
取标准管径为 470mm。
5
换热器核算
5.1 热量核算
ao 0.36 o Reo 0.55 Pr 1/ 3 o de w
当量直径，由正三角形排列得
0.14
1. 壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式
d
4(
3 2 2 3 3.14 t d 0 ) 4( 0.032 2 0.025 2 ) 2 4 2 4 0.02m d 0 3.14 0.025
5．壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率 =0.75，则壳体内径为
D 1.05t
N 3348 1.05 32 2244.9 mm 0.75
圆整可取 D=2245 mm。 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 20％，则切去的圆缺高度为
h 0.20 2245 449 mm ，故可取 h=450mm。
3．冷却水用量
wi
Q0 35442750 942125.2Kg / h c pi t i 4.18 (38 29)
4．总传热系数 K 管程传热系数
Re
d i u i i 0.02 1.5 997 38593.55 i 0.000775
2
i 0.023 0.023
i 0.8 i c pi 0.3 Re ( ) di i
0.606 0.000775 4.18 103 0.3 38593.550.8 ( ) 0.02 0.606 6377.32 w /( m 2 ℃)
壳程传热系数 假设壳程的传热系 ao =300W／(m2·℃)； 污垢热阻
t 0.94
平均传热温差
t m t t m 0.94 23.9 22.5 (℃)
4．传热管排列和分程方法 采用正三角形排列，取管心距 t=1.25 d o ，则
t 1.25 25 31.25 32 (mm)
横过管束中心线的管数
n c 1.19 N 1.19 3348 69 (根)
成都信息工程学院
环境工程原理课程设计
题目： 班级： 姓名： 学号：
列管式换热器的设计 环境工程××× ××× ×××
指 导 教 师 ： 评 审 教 师 ： 完 成 日 期 ：
目 录
1 2 3 4 设计任务及条件........................................................................................................................... 1 概述............................................................................................................................................... 1 确定物性数据............................................................................................................................... 1 工艺结构设计............................................................................................................................... 2 4.1 4.2 4.3 5 估算总传热系数............................................................................................................... 2 估算传热面积................................................................................................................... 3 工艺结构尺寸................................................................................................................... 3 热量核算........................................................................................................................... 5 换热器内流体的流动阻力............................................................................................... 6
取折流板间距 B=0.3D，则
B 0.3 2245 673.5mm ，可取 B 为 670 mm。
折流板数
N B =传热管长/折流板间距-1=8 000/670-1=12(块)
折流板圆缺面水平装配。 7.接管 壳程流体进出口接管：取接管内混合气体流速为 u=20 m／s，则接管内径为
d
ui
=1.5 m／s。
3
确定物性数据
定性温度：可取流体进出口温度的平均值。 壳程混合气体的定性温度为
T
110 60 85 (℃) 2 29 38 33.5 (℃) 2
1
管程流体的定性温度为
t
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
混合气体在 85℃下的有关物性数据如下： 密度 定压比热容 热导率 粘度
程数为
Np
L 45.4 6 (管程) l 8
传热管总根数 N=558×6=3348(根) 3．平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数
110 60 6 38 29 38 29 P 0.11 110 29 R
按单壳程，六管程结构，温差校正系数应查有关图表。但 R=6 的点在图上难以读出， 因而相应以 1/R 代替 R，PR 代替 P，查同一图线，可得
4
工艺结构设计
4.1 估算总传热系数
Q 0 m 0 c p 0 t 0 215000 3.297 (110 60) 35442750 KJ / h 9845.2KW
1．热流量
2．平均传热温差
t m
t 2 t1 (110 60) (38 29) 23.9 ℃ t 2 (110 60) ln ln t 1 (38 29)
3
Cp=3.297KJ/kg·℃ λ=0.0279W/m·℃ μ=1.5×10 Pa·S
-5
2
概述
两流体温度变化情况：热流体进口温度 110℃，出口温度 60℃；冷流体(循环水)进口温
度 29℃，出口温度 38℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑 到这一因素， 估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大， 因此初步确定选用带膨胀节的浮 头式换热器。 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，混合气体走壳程。 选用 25 x 2.5 的碳钢管，管内流速取
1
设计任务及条件
某生产过程的流程如下图所示。
反应器的混合气体经与进料物流换热 后，用循环冷却水将其从 110℃进一 步冷却至 60℃之后，进入吸收塔吸收 其中的可溶组分。已知混合气体的流 量为 215000kg/h, 压力为 6.5MPa， 循 环冷却水的压力为 0.4 MPa，循环冷 却水入口温度 29℃，出口温度 38℃， 试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 混合气体在 85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） ： 密度 定压比热容 热导率 粘度 ρ＝90kg/m
壳程流通截面积源自文库
d0 0.025 ) 0.67 2.245 (1 ) 0.329m 2 t 0.032 215000 /(3600 90) 壳程流体流速及其雷诺数分别为 u 0 2.02m / s 0.329 S0 BD(1 R e0
普兰特准数
0.02 90 2.02 242400 1.5 10 5 3.297 1.5 10 5 103 1.77 0.0279
ns
2 di ui 4
Vi
942125.2 /(3600 997) 558 (根) 0.785 0.02 2 1.5
按单程管计算，所需的传热管长度为
L
S 1990.3 45.4m d 0 n s 3.14 0.025 558
按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长 l=8 m，则该换热器管
0 ＝90kg/m3 c p 0 =3.297KJ/kg·℃ 0 =0.0279W/m·℃ 0 =1.5×10-5Pa·S
循环冷却水在 33.5℃下的物性数据： 密度 定压比热容 导热系数 粘度
i =997 kg/m3
c pi =4.18 kJ／(kg·℃)
i =0.606 W／(m·℃) i =O．000 775 Pa·s
换热器核算................................................................................................................................... 5 5.1 5.2
6 7 8
=238 W／(rn2·℃)
4.2
估算传热面积
Q 9845.2 103 S 1730.7 m 2 Kt m 238 23.9
考虑 15％的面积裕度， S 1.15 S 1.15 1730.7 1990.3m 。
2
4.3
工艺结构尺寸
1．管径和管内流速 选用 25×2．5 传热管(碳钢)，取管内流速 ui =0．5 m／s。 2．管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数
对设计过程的评述和有关问题的讨论.......................................................................................8 主要参考书目及符号说明........................................................................................................... 9 示意图........................................................................................................................................... 9
Rsi =0.000 344 m2·℃/W Rso =0.000 172 m2·℃/W
管壁的导热系数 =45 W/(m·℃)
K
1 do d o bd o 1 Rsi Rso ai di d i d m ao
=
1 0.025 0.025 0.0025 0.025 1 0.000344 0.000172 6377.32 0.02 0.02 45 0.0225 300
4V u
4 215000 /(3600 90) 0.206m 3.14 20
4
取标准管径为 210mm。 管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u i =1 5 m／s，则接管内径为
d
4 942125.2 /(3600 997) 0.472m 3.14 1.5
取标准管径为 470mm。
5
换热器核算
5.1 热量核算
ao 0.36 o Reo 0.55 Pr 1/ 3 o de w
当量直径，由正三角形排列得
0.14
1. 壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式
d
4(
3 2 2 3 3.14 t d 0 ) 4( 0.032 2 0.025 2 ) 2 4 2 4 0.02m d 0 3.14 0.025
5．壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率 =0.75，则壳体内径为
D 1.05t
N 3348 1.05 32 2244.9 mm 0.75
圆整可取 D=2245 mm。 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 20％，则切去的圆缺高度为
h 0.20 2245 449 mm ，故可取 h=450mm。
3．冷却水用量
wi
Q0 35442750 942125.2Kg / h c pi t i 4.18 (38 29)
4．总传热系数 K 管程传热系数
Re
d i u i i 0.02 1.5 997 38593.55 i 0.000775
2
i 0.023 0.023
i 0.8 i c pi 0.3 Re ( ) di i
0.606 0.000775 4.18 103 0.3 38593.550.8 ( ) 0.02 0.606 6377.32 w /( m 2 ℃)
壳程传热系数 假设壳程的传热系 ao =300W／(m2·℃)； 污垢热阻
t 0.94
平均传热温差
t m t t m 0.94 23.9 22.5 (℃)
4．传热管排列和分程方法 采用正三角形排列，取管心距 t=1.25 d o ，则
t 1.25 25 31.25 32 (mm)
横过管束中心线的管数
n c 1.19 N 1.19 3348 69 (根)
成都信息工程学院
环境工程原理课程设计
题目： 班级： 姓名： 学号：
列管式换热器的设计 环境工程××× ××× ×××
指 导 教 师 ： 评 审 教 师 ： 完 成 日 期 ：
目 录
1 2 3 4 设计任务及条件........................................................................................................................... 1 概述............................................................................................................................................... 1 确定物性数据............................................................................................................................... 1 工艺结构设计............................................................................................................................... 2 4.1 4.2 4.3 5 估算总传热系数............................................................................................................... 2 估算传热面积................................................................................................................... 3 工艺结构尺寸................................................................................................................... 3 热量核算........................................................................................................................... 5 换热器内流体的流动阻力............................................................................................... 6
取折流板间距 B=0.3D，则
B 0.3 2245 673.5mm ，可取 B 为 670 mm。
折流板数
N B =传热管长/折流板间距-1=8 000/670-1=12(块)
折流板圆缺面水平装配。 7.接管 壳程流体进出口接管：取接管内混合气体流速为 u=20 m／s，则接管内径为
d
ui
=1.5 m／s。
3
确定物性数据
定性温度：可取流体进出口温度的平均值。 壳程混合气体的定性温度为
T
110 60 85 (℃) 2 29 38 33.5 (℃) 2
1
管程流体的定性温度为
t
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
混合气体在 85℃下的有关物性数据如下： 密度 定压比热容 热导率 粘度